DE2731938C3 - Wechselrichter mit mindestens zwei steuerbaren Lastthyristoren - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Wechselrichter mit mindestens zwei steuerbaren Lastthyristoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Wechselrichter ist in den wesentlichen Teilen bekannt aus der DE-OS 16 13 841.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Wechselrichters ist zunächst in der F i g. 1 ein üblicher, beispielsweise durch die DE-AS 14 38 446 bekannter Wechselrichter dargestellt. Er weist eine Last 1 auf, die in der einen Diagonale einer Brücke aus Lastthyristoren bis 5 liegt. Die andere Diagonale dieser Brücke ist an einer Gleichspannungsquelle 6 angeschlossen. Antiparallel zu jedem Lastthyristor 2 bis 5 ist je eine Diode 7 bis 10 geschaltet, die Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung für den entsprechenden Lastthyristor ist. Zur Kommutierung der Lastthyristoren 2 und 3 ist dabei ein LC-Reihenschwingkreis 11, 12 vorhanden, der einerseits am Verbindungspunkt der Dioden 7 und 8 und andererseits am Verbindungspunkt zweier Kommutierungsthyristoren 13 und 14 angeschlossen ist. Analog dazu ist zur Kommutierung der Lastthyristoren 4 und 5 ein LC-Reihenschwingkreis 15, 16 zwischen den Verbinduhgspunkt der Dioden 9 und 10 und den Verbindungspunkt zweier Kommutierungsthyristoren und 18 geschaltet. Die Lastthyristoren 2 bis 5 und die Kommutierungsthyristoren 13, 14, 17, 18 sind an einer gemeinsamen Steuervorrichtung 19 angeschlossen.

Es sei zunächst davon ausgegangen, daß die Kondensatoren 11 und 16 der LC-Reihenschwingkreise ti, 12 und 15, 16 mit den angegebenen Polaritäten aufgeladen sind und daß über die Steuervorrichtung 19 die Lastthyristoren 2 und 5 gezündet sind. Dadurch ist die Last 1 an die Spannungsquelle 6 mit den angegebenen Polaritäten angeschaltet Zur Umpolung

ίο der Spannung an der Last 1 müssen die Lastthyristoren 2 und 5 gelöscht und die Lastthyristoren 3 und 4 gezündet werden. Hierzu wird zunächst den Kommutierungsthyristoren 13 und 18 über die Steuervorrichtung 19 ein Zündimpuls zugeführt Nach dem Zünden der Kommutierungsthyristoren 13 und 18 werden die Kondensatoren 11 und 16 umgeladen, und zwar zunächst über die Last 1 und die Gleichspannungsquelle 6. Der Umladestrom ersetzt dabei den durch die Lastthyristoren 2 und 5 fließenden Strom. Da der Laststrom durch die Last 1 konstant ist, erlöschen somit die Lastthyristoren 2 und 5. Nach dem Erlöschen dieser Thyristoren fließt der Umladestrom über die Dioden 7 und 10 weiter, bis die Kondensatoren 11 und 16 auf eine Spannung aufgeladen sind, die die entgegengesetzte Polarität der in F i g. 1 dargestellten Spannung hat Nach dem Abschluß des Umladevorganges erlöschen die Kommutierungsthyristoren 13 und 18.

Kurz vorher können die Lastthyristoren 3 und 4 durch Zuführung von Zündimpulsen mittels der Steuervorrichtung 19 gezündet werden. Zum Löschen der Lastthyristoren 3 und 4 werden die Kommutierungsthyristoren 14 und 17 gezündet, wobei die Kondensatoren 11 und 16 entsprechend der oben geschilderten Wirkungsweise erneut umgeladen werden. Dabei werden die Lastthyristören 3, 4 gelöscht. Danach werden wieder die Lastthyristoren 2 und 5 gezündet usw. Bei dem Wechselrichter gemäß F i g. 1 müssen die LC-Schwingkreise entsprechend dem Laststrom dimensioniert sein, da sie diesen ja kurzzeitig übernehmen müssen.

Ein Anwendungsgebiet für einen Wechselrichter gemäß F i g. 1 ist beispielsweise die Röntgentechnik. Hier kann ein Wechselrichter gemäß F i g. 1 zur Speisung des Hochspannungstransformators eines Röntgengenerators dienen. In diesem Fall kann die Gleichspannungsquelle 6 entweder ein Netzgleichrichter oder ein Akkumulator sein. Die Speisung des Hochspannungstransformators kann dabei mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Frequenz erfolgen, so daß der Hochspannungstransformator im

so Vergleich zu direkt vom Netz gespeisten Röntgengeneratoren wesentlich leichter und kleiner ausgebildet werden kann.

Beim Betrieb eines Wechselrichters gemäß F i g. 1 besteht die Gefahr daß der Strom in den Lastthyristoren 2 bis 5 nach dem Zünden zu schnell ansteigt, wodurch diese Thyristoren gefährdet werden. Ferner kann auch die Spannung an den Lastthyristoren 2 bis 5 zu schnell ansteigen, so daß hohe Anforderungen an die zulässige Spannungsanstiegsgeschwindigkeit gestellt werden.

Schließlich kann in den Freilaufdioden 7 bis 10 dann ein Rückstrom auftreten, wenn der der jeweiligen Freilaufdiode gegenüberliegende Lastthyristor gezündet wird, solange die Freilaufdiode noch leitend ist. Dieser Rückstrom würde zu einer unzulässig großen Verlustlei-

M stung an der Freilaufdiode führen.

Zur Vermeidung einer Gefährdung der Lastthyristoren durch zu hohe Stromanstiegsgeschwindigkeiten, eines zu steilen Spannungsanstiegs an den Lastthyristo-

ren sowie einer zu hohen Verlustleistung an den parallel dazu liegenden Freilaufdioden ist es bereits bekannt, in Reihe mit jedem Thyristor und jeder Diode eines Wechselrichters (DE-OS 16 13 841) je eine sättigbare Drossel zu schalten sowie Mittel vorzusehen, durch die diese sättigbare Drosseln in die Sättigung gebracht werden können. Beim Gegenstand der DE-OS 16 13 841 sind jedoch die Drosseln immer gesättigt, so daß für die Induktivität das eine Ende der Hystereseschleife niaßgebisid ist und der ganze Hub der Hystereseschleife ι ο zur Verfügung steht, so daß der Kern gegenüber dem Fall, in dem ohne Vormagnetisierung gearbeitet wird, wesentlich kleiner ausgebildet werden kann. Die sättigbaren Drosseln können beim Gegenstand dieser DE-OS unerwünschte Spannungsspitzen auf der Ausgangsspannung des Wechselrichters nur bei entsprechender Materialauswahl und Dimensionierung vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Patenten-Spruchs 1 so auszubilden, daß die Drosseln der Freilaufdioden und der Thyristoren auf der Ausgangsspannung des Wechselrichters keine unerwünschten Spannungsspitzen erzeugen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Ausbildung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

Die Fig.2 zeigt die obere Hälfte des linken Phasenbausteins des Wechselrichters gemäß F i g. 1. Die untere Hälfte dieses Phasenbausteins sowie der rechte Phasenbaustein sind entsprechend ausgebildet.

In der Fig.2 sind Teile, die mit Teilen des Wechselrichters gemäß F i g. 1 gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In Reihe mit jedem Thyristor liegt je eine sättigbare Drossel 20 bis 22. Ferner liegt parallel zu jedem Thyristor und jeder Diode je ein flC-Glied 23 bis 25. Die Drosseln 20 bis 22 begrenzen den Stromanstieg in den Thyristoren und in den Freilaufdioden auf zulässige Werte. Sie begrenzen ferner in Verbindung mit den ÄC-Gliedern 23 bis 25 den Spannungsanstieg an den Thyristoren und den Dioden auf zulässige Werte. Sie verhindern auch einen Rückstrom in den Freilaufdioden. Wenn der der jeweiligen Freilaufdiode gegenüberliegende Hauptthyristor gezündet wird, solange die Freilaufdiode noch leitend ist, kann also kein die Diode durchfließender Rückstrom zu einer unzulässig hohen Verlustleistung führen.

In dem Zeitpunkt, in dem der Strom durch einen Lastthyristor, z. B. durch den Lastthyristor 2, Null wird, übernimmt die entsprechende Freilaufdiode, ζ. Β. 7, den überschüssigen Kommutierungsstrom. Damit dieser Vorgang nicht zu induktiven Spannungsabfällen an den sättigbaren Drosseln 21 und 22 und damit Spannungsspitzen an der Last 1, die bei dem Beispiel gemäß F i g. 2 ein Hochspannungstransformator für einen Röntgengenerator ist, führt, welche der etwa rechteckförmigen Lastspannung überlagert sind, ist in die Drosseln 21 und 22 eine zusätzliche Leitung 26 eingefädelt, welche über einen Schalttransistor 27 an eine Gleichspannungsquelle 28 anschaltbar ist Beim Schließen des Schalttransistors 27 werden die Drosseln 21 und 22 in die Sättigung getrieben, so daß ihre Induktivität vernachlässigbar klein wird. Die Steuerung der Schalttransistoren 27 kann von der Steuervorrichtung 19 in der Weise erfolgen, daß die Drosseln 21 und 22 kurzzeitig in die Sättigung getrieben werden, wenn der Strom durch den entsprechenden Lastthyristor Null wird. Der hierzu dem Schalttransistor 27 zugeführte kurzzeitige Stromimpuls bringt hinsichtlich der schützenden Wirkung der Drosseln 21 und 22 keine Nachteile, da diese schützende Wirkung in diesem Zeitpunkt nicht benötigt wird. Es muß aber natürlich dafür gesorgt werden, daß dieser dem Schalttransistor 27 zugeführte Stromimpuls abgeklungen ist, wenn der nächste Laslthyristor gezündet wird.

Die Fig.2 zeigt einen Wechselrichter nach der Erfindung in Brückenschaltung. Die Erfindung ist aber prinzipiell auch bei einem Wechselrichter anwendbar, bei dem nur ein einziger Phasenbaustein entsprechend der F i g. 2 vorhanden ist, wenn die Gleichspannungsquelle 6 eine Mittelanzapfung hat, an der das rechte Ende der Last 1 angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wechselrichter mit mindestens zwei steuerbaren Lastthyristoren, an denen eine Steuervorrichtung angeschlossen ist, die sie zum wechselweisen Verbinden einer Last mit den Polen einer Gleichspannungsquelle wechselweise einschaltet, bei dem zu jedem Lastthyristor je eine Diode antiparallel geschaltet ist, die Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung für den entsprechenden Lastthyristor ist, welche einen für einen bestimmten Laststrorn dimensionierten LC-Reihenschwingkreis und für jeden Lastthyristor einen an der Steuervorrichtung angeschlossenen steuerbaren Kommutierungsthyristor aufweist, wobei jeder Kommutierungsthyristor mit dem LC-Reihenschwingkreis und einer Diode einen geschlossenen Stromkreis bildet, so daß die Energie des LC-Reihenschwingkreises bei der Kommutierung jeweils auf einem niederohmigen, von der Last und der Gieichspannungsquelle freien Kommutierungspfad umschwingt, bei dem in Reihe mit jedem Thyristor und jeder Diode je eine sättigbare Drossel liegt, bei dem parallel zu jedem Thyristor und jeder Diode je ein ÄC-Glied geschaltet ist und bei dem für die Drosseln der Dioden und Lastthyristoren Mittel zum Sättigen vorhanden sind, die auch zur Vermeidung unerwünschter Spannungsspitzen an der Last dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (z. B. 26,27,28) zum Sättigen von der Steuervorrichtung (19) zum Zeitpunkt, in dem der Strom durch den zugeordneten Lastthyristor (2, 3, 4 bzw. 5) zu Null wird, eingeschaltet werden.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, bei dem zum Sättigen der Drosseln in deren Kerne eine Leitung eingefädelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (26) über einen von der Steuervorrichtung (19) steuerbaren elektronischen Schalter (27) an eine Gleichspannungsquelle (28) anschaltbar ist.