DE1488382B2 - Anordnung zum steuern oder regeln der leistung von ueber einen wechselrichter aus einer gleichspannungsquelle gespeisten verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Steuern oder Regeln der Leistung von Verbrauchern, die über einen Wechselrichter mit Halbleiterschaltelementen und einem Transformator aus einer Gleichspannungsquelle gespeist werden, wobei in einer Einrichtung ein Vergleich einer aus einer Sekundärwicklung des Transformators über eine Gleichrichteranordnung gewonnenen Spannung mit einer Sollwertspannung in dem Sinne vorgenommen ist, daß ein Regler von der Differenz beider Spannungen geführt und die Halbleiterschaltelemente im sperrenden und durchlassenden Sinn beeinflußt werden.

Es ist ein selbstschwingender Transistorwechselrichter mit einem mindestens eine Primärwicklung, eine Rückkopplungswicklung und eine Lastwicklung aufweisenden Übertrager bekannt, der als Streufeldtransformator ausgebildet ist (deutsches Gebrauchsmuster 1883 898). Über die Primärwicklung des Streufeldtransformators, der die Reihenschaltung einer Diode mit einem Widerstand parallel geschaltet ist, liegt der Kollektor-Emitterpfad eines Transistors an der speisenden Gleichspannung. Der Basis des Transistors wird eine an einem Spannungsteiler abgegriffene Gleichspannung und eine in der Rückkopplungswicklung induzierte Wechselspannung zugeführt. Dabei ist in dem Basiskreis des Transistors ein Basisvorwiderstand zur Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors eingeschaltet. Das Sperren des Transistors wird durch Transistorsättigung bewirkt. Dieser bekannte Transistorwechselrichter ist nur für den Betrieb von Verbrauchern bestimmter Leistung und Leistungsart geeignet. Er arbeitet nicht mehr, wenn sich die Leistung während des Betriebes hinsichtlich des Wirk- und/oder Blindanteiles erheblich ändert.

Bei Gleichstromfahrzeugen hat man zum Laden der Batterie und zum Betrieb der Beleuchtung mit Gleich- oder Wechselstrom die Energie entweder aus dem Fahrleitungsnetz über verlustbehaftete Widerstandskombinationen entnommen oder zum Betrieb dieser Verbraucher Maschinenumformer benutzt. Für Hilfs- und Sicherheitseinrichtungen elektrischer Bahnen sind die rotierenden Umformer auch schon durch Halbleiter-Wechselrichter ersetzt worden. Durch die Zeitschrift »AEG-Mitteilungen« 54 (1964), Heft 5/6, Seite 444 und 445 ist ein Wechselrichter mit zwei Haupt-Thyristoren, zwei Löschthyristoren und einem Transformator bekannt, der in Mittelpunktschaltung betrieben ist. Zur Regelung der

ίο Ausgangsspannung wird ein Vergleich eines aus einer Sekundärwicklung über eine Gleichrichteranordnung gewonnenen Spannungs-Istwertes mit einem Spannungssollwert vorgenommen und ein Spannungsregler von der Differenz beider Spannungen geführt, der die Steuerung zweier Hauptventile im sperrenden und durchlassenden Sinn beeinflußt. Derartige Halbleiter-Wechselrichter sind wegen ihrer geringen Wartung geeigneter als die bisher verwendeten rotierenden Umformer. Bei der bekannten Ausführung ergibt sich jedoch unter anderem eine sehr umfangreiche Steuereinrichtung, da jedem Hauptthyristor zusätzlich zu den Steuerelementen jeweils ein getrennter Löschkreis mit Löschzellen zugeordnet werden muß. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Steuern oder Regeln der Leistung von über einen Wechselrichter aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Verbrauchern anzugeben, die bis zu relativ hohen Werten der speisenden Gleichspannung auch bei Kurzzeitspannungsspitzen und kurzzeitigen Unterbrechungen sowie bei beliebiger Welligkeit arbeiten können, ohne daß der bei den bekannten Wechselrichtern erforderliche Aufwand benötigt wird. Ausgehend von einer Anordnung der eingangs - genannten Art besteht die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß darin, daß in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators ein Halbleiterschaltelement geschaltet ist und parallel zur Primärwicklung des Transformators ein aus einer Diode und einer Widerstandsanordnung gebildeter Rückmagnetisierungspfad angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Zahl der für den Wechselrichter erforderlichen Bauelemente verringert und damit eine bedeutende Vereinfachung gegenüber bisher bekannten Steuereinrichtungen erzielt. Die Anordnung nach der Erfindung ist für spezifisch hohe Leistungen, bezogen auf Platzbedarf und Gewicht, einsetzbar.

Wird der Transformator — wie es durch die vorgenannte Zeitschrift »AEG-Mitteilungen« bekannt ist — mit mehreren Sekundärwicklungen versehen, so können bei galvanischer Trennung mehrere Verbraucherzweige gespeist werden, wobei diese Verbraucher Gleichstromverbraucher und Wechselstromverbraucher sein können. Die auf der Sekundärseite entnehmbare Energie ist je nach der Wahl der primär- und sekundärseitigen Zeitkonstanten ein mehr oder weniger welliger Wechselstrom. Für Wechselstromverbraucher erfolgt die Anpassung über Transformatoren, und für Gleichstromverbraucher wird die Leistung über Gleichrichter abgenommen.

In F i g. 1 ist in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung gezeigt.
Zwischen dem Pluspol und dem Nullpotential einer nicht näher dargestellten Gleichspannungsquelle von beliebiger Welligkeit ist über eine Schutzdrossel D die Primärwicklung P des Transformators T_H in Reihe mit einem steuerbaren Halbleiter-

schaltelement St angeschlossen. Parallel zur Primärwicklung P liegt ein Rückmagnetisierungspfad, der aus der Reihenschaltung einer Diode Sp und einem Widerstand R gebildet ist. Dieser Rückmagnetisierungspfad erlaubt bei Stromunterbrechung durch das Halbleiterschaltelement St ein kurzzeitiges Weiterfließen des Primärstromes bis zu seinem Verschwinden. Sekundärseitig sind an die Sekundärwicklungen S₁ bzw. S₂ zwei voneinander galvanisch getrennte Verbraucherkreise angeschlossen, bestehend aus einer über einen Zwischentransformator Γ gespeisten Leuchtstofflampe L und einer Last W mit einem Regelkreis.

Die Transformatorzeitkonstanten des Transformators T_H sind so gewählt, daß in der Primärwicklung ein welliger Gleichstrom auftritt. Aus dem an die Sekundärwicklung S₁ angeschlossenen Transformator T kann dann die Leuchtstofflampe L mit Wechselspannung gespeist werden. An die Sekundärwicklung S₂ ist über eine Gleichrichteranordnung G eine Ohmsehe oder induktive Last W angeschlossen.

Bei einer Steuerung eines Halbleiterschaltelementes St in Abhängigkeit vom Steuersatz SS, bei der die Taktfrequenz wesentlich höher als die Welligkeit der Gleichspannung sein soll, wird am Ausgang der an der Sekundärwicklung S₂ liegenden Gleichrichteranordnung G eine bestimmte Gleichspannung auftreten. Zur Einhaltung der hierzu notwendigen Taktung wird ein Vergleich einer Sollwertspannung »Soll« mit der an der Last W abfallenden Spannung vorgenom- 30, men in der Form, daß ein Regler Rg von der Differenz beider Spannungen geführt wird und die Steuerung des Halbleiterschaltelementes Si im sperrenden und durchlassenden Sinn entsprechend beeinflußt.

Selbstverständlich kann auch jede andere gewünschte Größe geregelt bzw. konstant gehalten oder in Abhängigkeit von der Zeit in gewünschtem Maße beeinflußt, d. h. geführt werden.

F i g. 2 zeigt eine Schaltung in vereinfachter Form, wie sie für eine Batterieladung unter Umformung der hohen Gleichspannung in eine für die Batterie zulässige Ladespannung bei Erhalten eines guten elektrischen Wirkungsgrades vorteilhaft verwendet werden kann. Gleiche Teile sind hierbei wiederum mit gfeichen Bezugszeichen versehen wie in der Anordnung nach F ig. 1.

Die speisende, verhältnismäßig hohe Wechselspannung eines Fahrleitungsnetzes wird über einen Gleichrichter G₁ gleichgerichtet der Reihenschaltung von Schutzdrossel, Primärwicklung und Halbleiterschaltelement Si zugeführt, wobei dieser Reihenschaltung der genannten Teile noch ein Kondensator C parallel liegt, der Schnellspannungsanstiege unschädlich macht. Solche Spannungsanstiege können beispielsweise bei Gewitterüberspannungen, Schaltspannungsspitzen oder Spannungsunterbrechungen beim Bügelspringen auftreten. Der Kondensator leitet diese Überspannungen am Primärkreis vorbei und fängt sie dabei ab. Die trotzdem auf das Halbleiterschaltelement Si gelangenden Überspannungen sind wegen des verhältnismäßig mit hoher Induktivität versehenen Transformators ungefährlch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zum Steuern oder Regeln der Leistung von Verbrauchern, die über einen Wechselrichter mit Halbleiterschaltelementen und einem Transformator aus einer Gleichspannungsquelle gespeist werden, wobei in einer Einrichtung ein Vergleich einer aus einer Sekundärwicklung des Transformators über eine Gleichrichteranordnung gewonnenen Spannung mit einer Sollwertspannung in dem Sinne vorgenommen ist, daß ein Regler von der Differenz beider Spannungen geführt und die Halbleiterschaltelemente im sperrenden und durchlassenden Sinn beeinflußt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators ein einziges Halbleiterschaltelement geschaltet ist und parallel zur Primärwicklung des Transformators ein aus einer Diode und einer Widerstandsanordnung gebildeter Rückmagnetisierungspfad angeordnet ist.