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DE19508348A1 - Intermediate circuit capacitor charger for three=phase bridge network e.g. of static converter, such as frequency changer - Google Patents

Intermediate circuit capacitor charger for three=phase bridge network e.g. of static converter, such as frequency changer

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DE19508348A1
DE19508348A1 DE1995108348 DE19508348A DE19508348A1 DE 19508348 A1 DE19508348 A1 DE 19508348A1 DE 1995108348 DE1995108348 DE 1995108348 DE 19508348 A DE19508348 A DE 19508348A DE 19508348 A1 DE19508348 A1 DE 19508348A1
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DE
Germany
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intermediate circuit
phase
phase bridge
voltage
circuit capacitor
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Withdrawn
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DE1995108348
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German (de)
Inventor
Ulrich Dipl Ing Wallisch
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ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
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Abstract

The bridge rectifier network is formed of three thyristors (V1,V3,V5) controllable from an electronic pulse generator (7), and three uncontrolled diodes (V2,V4,V6). On the DC side the intermediate circuit (DC link) has a capacitor (10) between positive and negative poles (8,9), charged from a diode (4) through a Zener diode (5) and the light-emitting diode of an opto-coupler (6) which energises the pulse generator. The conductive phase of the opto-coupler is registered while the voltage (UV1) across the corresp. thyristor (V1) is greater than the Zener breakdown voltage (UR). At the end of this phase the thyristor is triggered by the generated pulse.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladeeinrichtung für einen Zwischenkreiskondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs und kann allgemein bei Stromrichtergeräten, beispielsweise Fre­ quenzumrichtern, verwendet werden.The invention relates to a charging device for a DC link capacitor according to the preamble of claim and can generally with converter devices, for example Fre frequency inverters can be used.

Es ist beispielsweise aus der DE 92 16 662 U1 bekannt, eine halbgesteuerte Drehstrombrückenschaltung an einen Zwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator anzuschließen. Der Zwischenkreis­ kondensator sollte zu Betriebsbeginn voll aufgeladen sein, damit er die ihm zugedachte Aufgabe der Spannungsstützung und Span­ nungsglättung während des Betriebes erfüllen kann. Die Aufladung des Zwischenkreiskondensators zu Betriebsbeginn kann beispiels­ weise über einen eigenen Hilfsgleichrichter und Ladewiderstände erfolgen. Dies erfordert jedoch eine aufwendige und zusätzliche Schaltungseinrichtung inklusive relativ großer Ladewiderstände, welche abhängig von der Netzspannung zu dimensionieren und damit nicht universell einsetzbar sind.It is known from DE 92 16 662 U1, for example semi-controlled three-phase bridge circuit to an intermediate circuit to connect with DC link capacitor. The intermediate circuit capacitor should be fully charged at the start of operation so that he the intended task of tension support and chip smoothing during operation. The charging the intermediate circuit capacitor at the start of operation can for example wise via its own auxiliary rectifier and charging resistors respectively. However, this requires a complex and additional Circuit device including relatively large charging resistors, which have to be dimensioned depending on the mains voltage and thus are not universally applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladeeinrichtung für einen Zwischenkreiskondensator der eingangs genannten Art anzugeben, welche kostengünstig ist und nur einen minimalen Bau­ komponentenaufwand erfordert. The invention has for its object a charging device for an intermediate circuit capacitor of the type mentioned indicate which is inexpensive and only a minimal construction component effort required.  

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.This task is combined with the characteristics of the Oberbe handle according to the invention in the characterizing part of the claim specified features solved.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Ladeeinrichtung eine minimale Konfiguration dar­ stellt und keinen Hilfsgleichrichter und Ladewiderstände benö­ tigt. Der Steuerwinkel bzw. der Zündzeitpunkt zur Beaufschlagung eines die Aufladung des Zwischenkreiskondensators bewirkenden Stromrichterventils wird in der Ladeeinrichtung selbst gebildet, so daß ein eigener Steuersatz nicht erforderlich ist. Die Lade­ einrichtung ist universell für unterschiedliche Netzspannungen und unterschiedliche Kapazitäten des Zwischenkreiskondensators einsetzbar.The advantages that can be achieved with the invention are in particular in that the charger is a minimal configuration and does not require an auxiliary rectifier or charging resistors does. The steering angle or the ignition timing for the application one causing the charging of the intermediate circuit capacitor Converter valve is formed in the charging device itself, so that a separate tax rate is not required. The ark The device is universal for different mains voltages and different capacitance of the intermediate circuit capacitor applicable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawing presented embodiment explained. Show it:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Ladeeinrichtung für einen Zwischenkreiskondensator, Fig. 1 shows the basic structure of the charging means for an intermediate circuit capacitor,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Ventilspannung, Fig. 2 shows the time course of the valve voltage,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Leitphasen des Optokopp­ lers, Figure 3 shows the time course of the conducting periods of the opto-coupler.,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Zündimpulsbildung. Fig. 4 shows the timing of the ignition pulse formation.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der Ladeeinrichtung für einen Zwischenkreiskondensator dargestellt. Es sind drei Phasen L1, L2, L3 eines Drehspannungsnetzes mit Netzinduktivitäten 1, 2, 3 zu erkennen. An die Phasen L1, L2, L3 ist eine halbgesteu­ erte Drehstrombrückenschaltung mit Thyristoren V1, V3, V5 (all­ gemein steuerbare Ventile) und Dioden V2, V4, V6 (allgemein nichtsteuerbare Ventile) angeschlossen. Die Leiterspannungen zwischen L1 und L2 bzw. zwischen L1 und L3 sind mit UL12 bzw. UL13 bezeichnet. Die Ventilspannung am Thyristor V1 beträgt UV1.In Fig. 1 the basic construction of the charging device is shown for an intermediate circuit capacitor. Three phases L1, L2, L3 of a three-phase network with network inductances 1 , 2 , 3 can be seen. At the phases L1, L2, L3 a semi-controlled three-phase bridge circuit with thyristors V1, V3, V5 (generally controllable valves) and diodes V2, V4, V6 (generally non-controllable valves) is connected. The conductor voltages between L1 and L2 or between L1 and L3 are labeled U L12 and U L13 . The valve voltage at thyristor V1 is U V1 .

An die Drehstrombrückenschaltung ist gleichspannungsseitig ein Zwischenkreis mit positivem Pol 8, negativem Pol 9 und Zwischen­ kreiskondensator 10 zwischen beiden Polen angeschlossen. Die Kondensatorspannung am Zwischenkreiskondensator 10 beträgt UZ. To the three-phase bridge circuit, an intermediate circuit with positive pole 8 , negative pole 9 and intermediate capacitor 10 is connected between the two poles on the DC voltage side. The capacitor voltage at the intermediate circuit capacitor 10 is U Z.

Die Ladeeinrichtung für den Zwischenkreiskondensator 10 ist wie folgt aufgebaut: Eine Diode 4 ist mit ihrer Anode mit der Phase L1 sowie mit ihrer Kathode mit der Kathode einer Zenerdiode 5 verbunden. Die Anode der Zenerdiode 5 liegt über der Leuchtdiode eines Optokopplers 6 am positiven Pol 8. Der Lichtempfänger des Optokopplers 6 ist an eine Elektronikschaltung 7 angeschlossen. Die Elektronikschaltung 7 liefert Zündimpulse IZ zum Steuerein­ gang des Thyristors V1. Ein Anschluß der Elektronikschaltung 7 führt zum positiven Pol 8. Die Zenerdioden-Durchbruchspannung beträgt UR.The charging device for the intermediate circuit capacitor 10 is constructed as follows: A diode 4 is connected with its anode to phase L1 and with its cathode to the cathode of a Zener diode 5 . The anode of the Zener diode 5 lies above the light-emitting diode of an optocoupler 6 on the positive pole 8 . The light receiver of the optocoupler 6 is connected to an electronic circuit 7 . The electronic circuit 7 supplies ignition pulses I Z to the control input of the thyristor V1. A connection of the electronic circuit 7 leads to the positive pole 8 . The Zener diode breakdown voltage is U R.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Ladeeinrichtung für den Zwischenkreiskondensator erläutert. In Fig. 2 ist hierzu der zeitliche Verlauf der Ventilspannung, in Fig. 3 der zeitliche Verlauf der Leitphasen L des Optokopplers und in Fig. 4 der zeitliche Verlauf der Zündimpulsbildung dargestellt.The mode of operation of the charging device for the intermediate circuit capacitor is explained below. In FIG. 2 this, 3 the timing of the conducting periods L of the optocoupler and in Fig. 4, the time course of Zündimpulsbildung is the timing of the valve voltage, in Fig. FIG.

Für die Spannungen lassen sich folgende Gleichungen aufstellen:The following equations can be drawn up for the voltages:

UV1 = UL12 - UZ für UL12 < UL13
UV1 = UL13 - UZ für UL12 < UL13 U V1 = U L12 - U Z for U L12 <U L13
U V1 = U L13 - U Z for U L12 <U L13

Für den Zündzeitpunkt zum Zeitpunkt t2 gilt:The following applies to the ignition point in time t2:

UV1 = UR für UV1 < 0U V1 = U R for U V1 <0

Hieraus erkennt man den festen Zusammenhang zwischen der Ventil­ spannung UV1 im positiven (leitenden) Bereich und der Kondensa­ torspannung UZ. Der Zündzeitpunkt ist immer abhängig von der ak­ tuellen Kondensatorspannung. Hierdurch erfolgt die Aufladung des Zwischenkreiskondensators im Sinne einer Regelung.From this you can see the fixed relationship between the valve voltage U V1 in the positive (conductive) area and the capacitor gate voltage U Z. The ignition timing is always dependent on the current capacitor voltage. As a result, the intermediate circuit capacitor is charged in the sense of a regulation.

Wenn die Ventilspannung UV1 zum Zeitpunkt t1 die Zenerdi­ oden-Durchbruchspannung UR erreicht und nachfolgend überschrei­ tet, fließt Strom über die Leuchtdiode des Optokopplers. Die Elektronikschaltung 7 registriert die Leitphase L des Optokopp­ lers und gibt am Ende der Leitphase zum Zeitpunkt t2, in dem die Ventilspannung UV1 die Zenerdioden-Durchbruchspannung erreicht und nachfolgend wieder unterschreitet, einen Zündimpuls IZ an den Steuereingang des Thyristors V1.When the valve voltage U V1 at the time t1 reaches the Zener diode breakdown voltage U R and subsequently exceeds it, current flows through the light-emitting diode of the optocoupler. The electronic circuit 7 registers the leading phase L of the optocoupler and gives an ignition pulse I Z to the control input of the thyristor V1 at the end of the leading phase at the time t2, in which the valve voltage U V1 reaches the Zener diode breakdown voltage and then falls below again.

Folglich ergibt sich ein Ladestrom von der Phase L1 über den durchgezündeten Thyristor V1 und den positiven Pol 8 zum Zwi­ schenkreiskondensator 10 und von dort über Diode V4 bzw. V6 zur Phase L2 bzw. L3.Consequently, a charging current results from the phase L1 via the blown thyristor V1 and the positive pole 8 to the intermediate circuit capacitor 10 and from there via diode V4 or V6 to the phase L2 or L3.

Die resultierende Spannung über der Netzinduktivität nach dem Zünden des Thyristors V1, die zum Aufladen des Kondensators 10 führt, soll während des Ladevorgangs möglichst konstant sein. Diese resultierende Spannung wird durch die den Zündzeitpunkt bestimmende Zenerdioden-Durchbruchspannung festgelegt. Die Zenerdioden-Durchbruchspannung wird derart gewählt, daß der Nennstrom der halbgesteuerten Drehstrombrückenschaltung nicht überschritten wird.The resulting voltage across the network inductance after the firing of the thyristor V1, which leads to the charging of the capacitor 10 , should be as constant as possible during the charging process. This resulting voltage is determined by the Zener diode breakdown voltage that determines the ignition timing. The Zener diode breakdown voltage is selected such that the nominal current of the semi-controlled three-phase bridge circuit is not exceeded.

Claims (1)

Ladeeinrichtung für einen Zwischenkreiskondensator eines mit einer halbgesteuerten Drehstrombrückenschaltung verbundenen Zwischenkreises, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phase (L1) des mit der halbgesteuerten Drehstrombrückenschaltung verbundenen Drehspannungsnetzes über eine Diode (4), eine Zenerdiode (5) und einen Optokoppler (6) an einen Pol (8) des Zwischenkreises ange­ schlossen ist, wodurch ein paralleler Strompfad zu einem steuer­ baren Ventil (V1) der Drehstrombrückenschaltung gebildet wird, daß eine Auswerteeinrichtung (7) die Leitphasen (L) des Opto­ kopplers (6) auswertet, während der die Ventilspannung (UV1) an diesem steuerbaren Ventil (V1) die Zenerdioden-Durchbruchspan­ nung (UR) der Zenerdiode (5) überschreitet und daß die Auswerte­ schaltung (7) am Ende einer Leitphase einen Zündimpuls (IZ) an dieses steuerbare Ventil abgibt.Charging device for an intermediate circuit capacitor of an intermediate circuit connected to a semi-controlled three-phase bridge circuit, characterized in that a phase (L1) of the three-phase voltage network connected to the semi-controlled three-phase bridge circuit via a diode ( 4 ), a zener diode ( 5 ) and an optocoupler ( 6 ) to a pole ( 8 ) of the intermediate circuit is connected, whereby a parallel current path to a controllable valve (V1) of the three-phase bridge circuit is formed, that an evaluation device ( 7 ) evaluates the leading phases (L) of the opto-coupler ( 6 ) during which the valve voltage (U V1 ) on this controllable valve (V1) the Zener diode breakdown voltage (U R ) of the Zener diode ( 5 ) exceeds and that the evaluation circuit ( 7 ) emits an ignition pulse (I Z ) to this controllable valve at the end of a leading phase.
DE1995108348 1995-03-09 1995-03-09 Intermediate circuit capacitor charger for three=phase bridge network e.g. of static converter, such as frequency changer Withdrawn DE19508348A1 (en)

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