DE4218662A1 - Wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter, der Halbleitervorrichtungen mit Selbstabschaltung enthält.

Fig. 17 zeigt einen bekannten Dreiphasen-Dreipegel-Wechsel­ richter. Ein solcher Dreipegel-Wechselrichter ist beispiels­ weise in IEEE TRANSACTION ON INDUSTRY APPLICATIONS, Band 1A- 17, No. 5, 1981, "A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter" beschrieben. Dieser Dreipegel-Wechselrichter hat Halbleiter­ vorrichtungen 1a bis 1d mit Eigenlichtbogenunterdrückung, die zwischen einen positiven Anschluß P und einen negativen Anschluß N einer Gleichstromquelle 3 geschaltet sind, und Freilaufdioden 2a bis 2d, die antiparallel zu den Halblei­ tervorrichtungen 1a bis 1d geschaltet sind. Zwei Parallel­ schaltungen mit jeweils einer Halbleitervorrichtung und einer Freilaufdiode sind in Reihe als ein positiver Zweig zwischen einen Ausgangsanschluß A des Wechselrichters und den positiven Anschluß P der Gleichstromquelle 3 geschaltet. Gleichermaßen sind zwei Parallelschaltungen mit jeweils einer Halbleitervorrichtung und einer Freilaufdiode in Reihe als ein negativer Zweig zwischen den Ausgangsanschluß A und den negativen Anschluß N der Gleichstromquelle 3 geschaltet. Bei diesem Dreipegel-Wechselrichter werden Kondensatoren 4a und 4b als Vorrichtung zum Teilen der Spannung der Gleich­ stromquelle 3 verwendet. Klemmdioden 5a und 5b sind jeweils zwischen einen Neutralpotentialpunkt der Gleichstromquelle 3 und einen neutralen Punkt C des positiven Zweigs bzw. zwi­ schen den Neutralpotentialpunkt und einen neutralen Punkt D des negativen Zweigs geschaltet.

Fig. 18 zeigt einen gewöhnlichen Zweipegel-Wechselrichter. Zur Verdeutlichung der Zeichnung ist nur der Teil des Wech­ selrichters für eine Phase dargestellt. Bei diesem Wechsel­ richter kann jede Phase eine Ausgangsspannung liefern, die zwischen dem vollen Pegel und dem Nullpegel der Spannung E der Gleichstromquelle schaltbar ist. Im Falle eines in Fig. 19 gezeigten Dreipegel-Wechselrichters ist es jedoch mög­ lich, für jede Phase eine Ausgangsspannung zu erhalten, deren Pegel die volle Spannung 2E der Gleichstromquelle, eine mittlere Spannung oder 0 V ist. Es wird die Funktion dieses Wechselrichters bei dem Erzeugen des jeweiligen Pegels der dreipegligen Ausgangsspannung beschrieben. Wenn nur die Halbleitervorrichtungen 1a und 1b mit Eigenlichtbo­ genunterdrückung bzw. Selbstabschaltung eingeschaltet sind, sind der positive Anschluß P der Gleichstromquelle und der Ausgangsanschluß A miteinander verbunden, so daß an dem Ausgangsanschluß A eine Spannung mit einem Pegel erhalten wird, der gleich dem vollen Pegel 2E der Gleichstromquelle ist. Wenn nur die Halbleitervorrichtungen 1b und 1c mit Selbstabschaltung beiderseits des Ausgangsanschlusses A eingeschaltet sind, ist mit dem Ausgangsanschluß A der neutrale Potentialpunkt der Gleichstromquelle 3 verbunden, so daß aus dem Ausgangsanschluß A eine mittlere Spannung E mit einem Pegel erhalten wird, der gleich der Hälfte des vollen Pegels 2E der Gleichstromquelle ist. Wenn nur die Halbleitervorrichtungen 1c und 1d des negativen Zweigs eingeschaltet sind, sind der negative Anschluß N der Gleich­ stromquelle 3 und der Ausgangsanschluß A miteinander verbun­ den, so daß an dem Ausgangsanschluß A als Ausgangsspannung 0 V erhalten wird.

In dem Dreipegel-Wechselrichter nach Fig. 19 kann als Halb­ leitervorrichtung mit Eigenlichtbogenunterdrückung bzw. Selbstabschaltung ein Abschaltthyristor (GTO-Thyristor) eingesetzt werden, obgleich bei einer derartigen Halbleiter­ vorrichtung Einschränkungen hinsichtlich der Spannungs- und Stromanstiegsgeschwindigkeit bzw. -Steilheit bestehen. Wenn eine solche Halbleitervorrichtung eingesetzt wird, ist es erforderlich, eine Dämpfungsschaltung gemäß der Darstellung in Fig. 20 zu verwenden. Im einzelnen ist in Fig. 20 mit 6 ein Dämpfungsglied bezeichnet, das zu dem Abschaltthyristor 1 in Reihe geschaltet ist und daher als Seriendämpfungsglied bezeichnet wird. Dieses Seriendämpfungsglied besteht aus einer Anoden-Reaktanz 7, einer Diode 8 und einem Widerstand 9. Mit 10 ist ein Dämpfungsglied (RCD-Glied) mit einem Kondensator 11, einer Diode 12 und einem Widerstand 13 bezeichnet, das zu dem Abschaltthyristor 1 parallel geschal­ tet ist und daher als Paralleldämpfungsglied bezeichnet wird.

Diese grundlegende Schaltungsanordnung ist in APPLICATION OF GTO TO VEHICLE PROPULSION CONTROL SYSTEM, Technischer Be­ richt von Mitsubishi Denki Giho, Band 58, No. 12, 1984 beschrieben. Im Betrieb wirkt die Dämpfungsschaltung derart, daß bei eingeschaltetem Abschaltthyristor 1 die Anoden- Reaktanz 7 unter Energiespeicherung die Geschwindigkeit des Anstiegs des Stroms im Abschaltthyristor 1 verringert, wogegen bei ausgeschaltetem Abschaltthyristor 1 der Dämp­ fungskondensator 11 unter Energiespeicherung die Geschwin­ digkeit des Anstiegs der an dem Abschaltthyristor 1 anlie­ genden Spannung auf einen vorbestimmten Wert herabsetzt. Auf diese Weise wirkt die Dämpfungsschaltung als Schutzschal­ tung, die den Abschaltthyristor 1 gegen eine Zerstörung bzw. einen Ausfall während des Schaltens des Abschaltthyristors 1 schützt. In dieser Dämpfungsschaltung werden jedesmal dann, wenn der Abschaltthyristor 1 umschaltet, die in der Anoden- Reaktanz 7 gespeicherte Energie und die in dem Dämpfungskon­ densator 11 gespeicherte Energie jeweils durch den Wider­ stand 9 bzw. 13 verbraucht.

Fig. 21 zeigt einen Dreipegel-Wechselrichter, in dem bei­ spielsweise Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d als Halb­ leitervorrichtungen mit Selbstabschaltung verwendet werden und zu jedem Abschaltthyristor ein Paralleldämpfungsglied der in Fig. 20 mit 10 bezeichneten Art parallel geschaltet ist. In der in Fig. 21 gezeigten Schaltung sind die in Fig. 17 gezeigten Kondensatoren 4a und 4b durch Gleichstromquel­ len 3a und 3b als äquivalente Komponenten ersetzt. Es sei angenommen, daß jede der Gleichstromquellen 3a und 3b als Teilpotentialquelle eine Spannung E liefert. Theoretisch gesehen ist es möglich, die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms in jedem der Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d der jeweiligen Phasen dadurch herabzusetzen, daß gemäß Fig. 21 ein Paar von Anoden-Reaktanzen bzw. Drosseln 7a und 7b eingefügt wird. Bei der in Fig. 21 gezeigten Schaltungsan­ ordnung ist in eine von dem Mittelpotentialpunkt weg führen­ de Leitung eine zusätzliche Anoden-Reaktanz bzw. Drossel 7c eingefügt, so daß die in allen Drosseln, 7a, 7b gespeicherte Energie vorübergehend von Spannungsklemmschaltungen 14a und 14b aufgenommen und dann über Widerstände 17a und 17b entla­ den und verbraucht wird. Auf diese Weise werden die den Dreipegel-Wechselrichter bildenden Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d zur Abgabe von drei Ausgangspegeln gemäß den vorangehenden Ausführungen geschaltet. Bei einem jeden derartigen Schalten werden die in den Drosseln gespeicherte Energie und die in den Kondensatoren gespeicherte Energie durch die Widerstände verbraucht.

Es wird nun die Funktion der Schaltung nach Fig. 21 be­ schrieben. Die in der folgenden Beschreibung genannten Strompfade oder Stromwege sind gemeinsam in Fig. 22 darge­ stellt. Der Dreipegel-Wechselrichter nach Fig. 21 hat einen positiven Zweig aus den Abschaltthyristoren 1a und 1b und den Freilaufdioden 2a und 2b sowie einen negativen Zweig aus den Abschaltthyristoren 1c und 1d und den Freilaufdioden 2c und 2d. Mit 5a und 5b sind Klemmdioden bezeichnet. Die Klemmschaltungen 14a und 14b sind jeweils vorzugsweise durch Kondensatoren 15a und 15b mit großen Kapazitätswerten, Dioden 16a und 16b und die Widerstände 17a und 17b gebildet. Der Abschaltthyristor 1a hat ein Paralleldämpfungsglied, das aus einem Dämpfungskondensator 11a, einer Dämpfungsdiode 12a und einem Widerstand 13a besteht. Die anderen Abschaltthyri­ storen 1b, 1c und 1d sind gleichfalls mit eigenen Dämpfungs­ gliedern versehen. Mit 7a, 7b und 7c sind die Anoden- Reaktanzen bzw. Drosseln bezeichnet, die als Dämpfungsglied wirken. Obgleich dies nicht dargestellt ist, ist an den Dreipegel-Wechselrichter eine induktive Last angeschlossen. Es sei angenommen, daß sich während des Schaltens des jewei­ ligen Abschaltthyristors 1a, 1b, 1c oder 1d der Vektor des Laststroms nicht ändert.

Es wird nun das Ausschalten des Abschaltthyristors 1a be­ schrieben. Die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positi­ ven Zweig sind eingeschaltet, während die Abschaltthyristo­ ren 1c und 1d in dem negativen Zweig ausgeschaltet sind. Es sei angenommen, daß ein Laststrom aus dem Ausgangsanschluß A in Pfeilrichtung über einen in Fig. 22 gezeigten Stromweg Nr. 1 fließt, so daß die Spannungen an den Dämpfungskonden­ satoren 11a und 11b "0" sind, während die Dämpfungskondensa­ toren 11c und 11d auf die Teilpotentiale, nämlich auf die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen wurden. Der folgende Vorgang läuft ab, wenn aus diesem Zustand heraus der Abschaltthyristor 1a ausgeschaltet wird, um den Laststrom zu unterbrechen, wonach nach Ablauf einer vorbestimmten Kurzschluß-Schutzzeit der Abschaltthyristor 1c eingeschaltet wird. Wenn der Abschaltthyristor 1a ausge­ schaltet wird, wird der unterbrochene Strom zu einem Strom­ weg Nr. 2 umgeleitet, so daß der Kondensator 11a aufgeladen wird. Wenn die Spannung an dem Kondensator 11a ansteigt und die Spannung E der Gleichstromquelle 3 übersteigt, wird die Klemmdiode 5a durchgeschaltet und leitend, so daß sie den Laststrom über einen Stromweg Nr. 3 durchläßt. Bei diesem Vorgang wird der Strom aus der Drossel 7a über einen Strom­ weg Nr. 4 geleitet, so daß die in der Drossel 7a aufgenomme­ ne Energie von dem Kondensator 15a aufgenommen wird. Die in den Kondensatoren 11c und 11d gespeicherte Energie wird über einen Stromweg Nr. 5 zur Last hin über die Widerstände 13c und 13d entladen und damit durch die letzteren verbraucht. Wenn nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Aus­ schalten des Abschaltthyristors 1a an der Abschaltthyristor 1c eingeschaltet wird, verbleibt noch Energie in den Konden­ satoren 11c und 11d, jedoch wird die in dem Kondensator 11c verbliebene Energie über einen Stromweg Nr. 6 durch den Widerstand 13c vollständig verbraucht, während der Kondensa­ tor 11d auf die Spannung E der Teil-Spannungsquelle aufgela­ den wird. Infolgedessen wird der Laststrom über den Stromweg Nr. 3 geleitet, so daß die Energie, die vorübergehend in dem Kondensator 15a gespeichert wurde, über den Widerstand 17a entladen wird.

Der folgende Vorgang läuft ab, wenn der Abschaltthyristor 1b ausgeschaltet wird. Es sei angenommen, daß die Abschaltthy­ ristoren 1a und 1b im positiven Zweig jeweils eingeschaltet bzw. ausgeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig jeweils eingeschaltet bzw. ausgeschaltet sind, so daß ein Laststrom in Pfeilrichtung über den Stromweg Nr. 3 zum Ausgangsanschluß A fließt und die Spannungen an den Kondensatoren 11b und 11c jeweils "0" sind, während die Kondensatoren 11a und 11d auf die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen wurden. Es sei ferner angenommen, daß bei diesem Zustand des Wech­ selrichters der Abschaltthyristor 1b ausgeschaltet wird und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit danach der Abschaltthy­ ristor 1d eingeschaltet wird. Der infolge des Ausschaltens des Abschaltthyristors 1b unterbrochene Strom wird über einen Stromweg Nr. 7 umgeleitet und lädt den Kondensator 11b auf, wonach dann, wenn die Ladespannung des Kondensators 11b den Pegel E der aus der Gleichstromquelle 3b zugeführten Teil­ speisespannung übersteigt, die Freilaufdioden 2c und 2d durchgeschaltet werden, so daß der Laststrom über einen Stromweg Nr. 8 fließt. Bei diesem Vorgang wird der Strom aus der Drossel 7c über einen Stromweg Nr. 9 geleitet, so daß die in der Drossel 7c gespeicherte Energie von dem Kondensa­ tor 15b aufgenommen wird. Während dessen wird die in dem Kondensator 11d gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 10 und den Widerstand 13d zur Last hin entladen und durch den Widerstand verbraucht. Wenn nach dem Ablauf der vorbe­ stimmten Zeit von dem Ausschalten des Abschaltthyristors 1b an der Abschaltthyristor 1d eingeschaltet wird und in dem Kondensator 11d irgendwelche Energie zurückgeblieben ist, wird diese Energie über einen Stromweg Nr. 11 durch den Widerstand 13d vollständig verbraucht. Infolgedessen wird der Laststrom über den Stromweg Nr. 8 geleitet. Außerdem wird die Energie, die durch überladen in dem Kondensator 15b gespeichert wurde, über den Widerstand 17b entladen und durch diesen verbraucht.

Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1d ausgeschal­ tet wird und dann nach Ablauf einer bestimmten Zeit danach der Abschaltthyristor 1b eingeschaltet wird, beginnt der Laststrom über den Stromweg Nr. 3 zu fließen, während die in dem Kondensator 11b gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 12 entladen und durch den Widerstand 13b verbraucht wird, bis die Spannung an diesem Kondensator zu 0 wird. Während dessen wird der Kondensator 11d über einen Stromweg Nr. 13 auf die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3b aufgeladen und die Energie, die übermäßig in den Drosseln 7b und 7c gespeichert wurde, wird über einen Stromweg Nr. 14 von dem Kondensator 15b aufgenommen. Infolgedessen wird der Laststrom über den Stromweg Nr. 3 geleitet. Als Ergebnis wird die Energie, die vorübergehend in dem Kondensator 15b als Überladungsspannung gespeichert wurde, über den Wider­ stand 17b entladen.

Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1c eingeschal­ tet wird und dann nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit danach der Abschaltthyristor 1a eingeschaltet wird, beginnt die Zufuhr des Laststroms über den Stromweg Nr. 1, während die in dem Kondensator 11a gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 15 entladen und durch den Widerstand 13a ver­ braucht wird, bis die Spannung an diesem Kondensator zu 0 wird. Während dessen wird der Kondensator 11c über einen Stromweg Nr. 16 auf die Spannung E der Teil-Gleichstromquel­ le 3a aufgeladen, während die Energie, die übermäßig in den Drosseln 7a und 7c gespeichert war, über einen Stromweg Nr. 17 von dem Kondensator 15a aufgenommen wird. Folglich wird der Laststrom über den Stromweg Nr. 1 geleitet. Infolgedes­ sen wird die Energie, die vorübergehend in dem Kondensator 15a als Überspannung gespeichert war, über den Widerstand 17a abgeleitet.

Die Schaltvorgänge der Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d bei dem Fließen des Laststroms in Gegenrichtung zu dem Pfeil in der Figur werden nicht beschrieben, da sie völlig symme­ trisch zu denjenigen dieser Abschaltthyristoren bei dem Fließen des Stroms in der Pfeilrichtung sind.

Bei den bekannten Dreipegel-Wechselrichtern mit den be­ schriebenen Gestaltungen nehmen die Widerstände einen be­ trächtlich großen Teil der Komponenten ein und durch diese Widerstände wird jedesmal dann, wenn das Halbleiterelement mit Eigenlichtbogenunterdrückung bzw. Selbstabschaltung wie z. B. der Abschaltthyristor ein- und ausgeschaltet wird, die in den Kondensatoren und Drosseln gespeicherte Energie verbraucht, welche die Energiespeicherelemente der Serien­ und Paralleldämpfungsglieder sind. Hierdurch wird auf uner­ wünschte Weise der Wirkungsgrad des Wechselrichters verrin­ gert, wobei es schwierig ist, einen bei höheren Frequenzen betreibbaren Dreipegel-Wechselrichter zu erhalten, während zugleich eine höhere Leistungsfähigkeit von Kühlvorrichtun­ gen in dem Wechselrichter erforderlich wird, was eine Ver­ größerung der Abmessungen des Dreipegel-Wechselrichters selbst zur Folge hat.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum Ausschalten der vorstehend beschriebenen, bei dem bekannten Stand der Technik auftretenden Probleme einen Wechselrichter zu schaffen, in welchem die Anzahl von Widerständen auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist, um einen kompakten Aufbau, einen höheren Wirkungsgrad und eine Betreibbarkeit bei höheren Frequenzen zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den jeweils im Patent­ anspruch 1 oder 5 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wechsel­ richters sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines erfindungsge­ mäßen Dreipegel-Wechselrichters gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 2 ist eine Darstellung von Stromwegen bei verschiedenen Betriebsvorgängen bei dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 3 ist ein Schaltbild des erfindungsge­ mäßen Wechselrichters gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel.

Fig. 4 ist eine Darstellung von Stromwegen bei verschiedenen Betriebsvorgängen bei dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 5 ist ein Schaltbild des erfindungsge­ mäßen Wechselrichters gemäß einem dritten Ausführungsbei­ spiel.

Fig. 6 ist eine Darstellung von Stromwegen bei verschiedenen Betriebsvorgängen bei dem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 7 ist ein Schaltbild des erfindungsge­ mäßen Wechselrichters gemäß einem vierten Ausführungsbei­ spiel.

Fig. 8 ist eine Darstellung von Stromwegen bei verschiedenen Betriebsvorgängen bei dem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 9 und 10 sind Schaltbilder, die Abwand­ lungsformen des vierten Ausführungsbeispiels zeigen.

Fig. 11 ist ein Schaltbild des vierten Aus­ führungsbeispiels mit einer konkreten Schaltung einer Strom­ rückgewinnungsvorrichtung.

Fig. 12 bis 16 sind Schaltbilder, die jeweils den Aufbau des erfindungsgemäßen Wechselrichters gemäß einem fünften bis neunten Ausführungsbeispiel zeigen.

Fig. 17 ist ein Schaltbild eines bekannten Dreipegel-Wechselrichters.

Fig. 18 ist ein Schaltbild eines bekannten Zweipegel-Wechselrichters.

Fig. 19 ist ein Schaltbild eines anderen bekannten Dreipegel-Wechselrichters.

Fig. 20 ist eine Darstellung von Dämpfungs­ gliedern.

Fig. 21 ist ein Schaltbild eines bekannten Dreipegel-Wechselrichters mit Dämpfungsgliedern.

Fig. 22 ist eine Darstellung von Stromwegen bei jeweiligen Schritten der Funktion der in Fig. 21 gezeig­ ten Schaltung.

In dem in Fig. 1 gezeigten Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden als Halbleitervorrich­ tungen mit Eigenlichtbogenunterdrückung bzw. Selbstlöschung Thyristoren (Abschaltthyristoren) 1a, 1b, 1c und 1d verwen­ det. Es sei angenommen, daß diese Abschaltthyristoren als ideale Schalter behandelt werden können, bei denen es nicht erforderlich ist, irgendeine Zeit für das Verhindern von Kurzschlüssen vorzusehen. In Fig. 1 sind die gleichen Be­ zugszeichen für die Bezeichnung von Teilen oder Komponenten verwendet, die den in Fig. 17 und 21 gezeigten entsprechen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält ein positiver Zweig einen Abschaltthyristor 1a als erste Halbleitervorrichtung mit Selbstabschaltung, einen Abschaltthyristor 1b als zweite Halbleitervorrichtung, Freilaufdioden 2a und 2b und eine Anoden-Reaktanz bzw. Drossel 7a. Auf ähnliche Weise enthält ein negativer Zweig einen Abschaltthyristor 1c als dritte Halbleitervorrichtung, einen Abschaltthyristor 1d als vierte Halbleitervorrichtung, Freilaufdioden 2c und 2d und eine Drossel 7b. Mit 5a und 5b sind Klemmdioden bezeichnet, die jeweils zwischen den Mittelpotentialpunkt und die Anode des Abschaltthyristors 1b bzw. zwischen die Kathode des Ab­ schaltthyristors 1c und den Mittelpotentialpunkt geschaltet sind. Zu dem Abschaltthyristor 1a ist als Paralleldämpfungs­ glied eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 11a und einer Diode 12a parallel geschaltet. Zu den anderen Ab­ schaltthyristoren 1b, 1c und 1d sind gleichartige Reihen­ schaltungen parallel geschaltet. Die Drosseln 7a und 7b wirken als Seriendämpfungsglieder und sind jeweils zwischen den Abschaltthyristor 1a und den Abschaltthyristor 1b bzw. zwischen den Abschaltthyristor 1c und den Abschaltthyristor 1d geschaltet. Die Kondensatoren 11a und 11c und die Konden­ satoren 11b und 11d haben jeweils gemeinsame Entladewider­ stände 18a bzw. 18b. Im einzelnen ist der Entladewiderstand 18a zwischen den Verbindungspunkt des Kondensators 11a mit der Diode 12a und den Verbindungspunkt des Kondensators 11c mit der Diode 12c geschaltet. Der Entladewiderstand 18b ist zwischen den Verbindungspunkt des Kondensators 11b mit der Diode 12b und den Verbindungspunkt des Kondensators 11d mit der Diode 12d geschaltet. Gemäß Fig. 1 sind die Kondensato­ ren 4a und 4b nach Fig. 17 durch zwei äquivalente Gleich­ stromquellen 3a und 3b ersetzt. Jede der Teil-Gleichstrom­ quellen 3a und 3b liefert eine Spannung E. Es sei ferner angenommen, daß an den Dreipegel-Wechselrichter eine nicht dargestellte induktive Last angeschlossen ist und daß wäh­ rend des Schaltens eines jeden Abschaltthyristors 1a, 1b, 1c und 1d sich der Vektor des Laststroms nicht ändert.

Die Funktion dieses Dreipegel-Wechselrichters wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben. Stromwege sind zusam­ mengestellt in Fig. 2 gezeigt. Der durch das Ausschalten des Abschaltthyristors 1a verursachte Betriebsvorgang ist fol­ gender: Es sei hier angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b im positiven Zweig eingeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d im negativen Zweig ausgeschal­ tet sind, und daß ein Laststrom in Pfeilrichtung über einen Stromweg Nr. 21 aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11a und 11b beide 0 V sind, während die Kondensatoren 11c und 11d auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen wurden. Wenn bei diesem Zustand der Abschalt­ thyristor 1a ausgeschaltet wird, um den Laststrom zu unter­ brechen, wonach unmittelbar das Einschalten des Abschaltthy­ ristors 1c folgt, wird der infolge des Ausschaltens des Abschaltthyristors 1a unterbrochene Strom zu einem Stromweg Nr. 22 umgeleitet, um zum Vermindern des Anstiegs der an dem Abschaltthyristor 1a anliegenden Spannung den Kondensator 11a aufzuladen. Wenn der Kondensator 11a auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3a aufgeladen ist, wird die Klemmdiode 5a leitend, so daß der Laststrom über einen Stromweg Nr. 23 geleitet wird. Während dessen wird die in dem Kondensator 11c gespeicherte Ladung über einen Stromweg Nr. 24 und den Entladewiderstand 18a entladen, bis die Spannung an dem Kondensator 11c auf 0 V herabgesetzt ist. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Entladen des Kondensators 11c wurde übermäßige Energie in der Drossel 7a gespeichert, jedoch wird diese Energie über einen Stromweg Nr. 25 vollständig durch den Entladewider­ stand 18a verbraucht. Nach Abschluß des beschriebenen Be­ triebsvorgangs fließt der Laststrom über den Stromweg Nr. 23.

Der durch das Ausschalten des Abschaltthyristors 1b verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei hier angenom­ men, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b im positiven Zweig jeweils ausgeschaltet bzw. eingeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig jeweils eingeschaltet bzw. ausgeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 23 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11b und 11c beide 0 V sind, während die Konden­ satoren 11a und 11d auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen wurden. Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1b für das Unterbrechen des Laststroms ausgeschaltet wird, wonach unmittelbar das Einschalten des Abschaltthyristors 1d folgt, wird der infolge des Ausschaltens des Abschaltthyristors 1b unterbrochene Strom zu einem Stromweg Nr. 26 umgeleitet, so daß der Kondensator 11b aufgeladen wird und der Anstieg der an dem Abschaltthyristor 1b anliegenden Spannung verringert wird. Wenn der Kondensator 11b auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3b aufgeladen ist, werden die Freilaufdioden 2c und 2d leitend, so daß der Laststrom über einen Stromweg Nr. 27 fließen kann. Während dessen wird die in dem Kondensator 11d gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 28 und über den Entladewiderstand 18b entladen, bis die Spannung an dem Kondensator 11d auf 0 V verringert ist. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Entla­ den des Kondensators 11c war in der Drossel 7b übermäßig Energie gespeichert, jedoch wird diese Energie über den Stromweg Nr. 29 vollständig durch den Entladewiderstand 18b verbraucht. Nach Abschluß des beschriebenen Vorgangs fließt der Laststrom über den Stromweg Nr. 27.

Der durch das Einschalten des Abschaltthyristors 1b verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig ausgeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig eingeschaltet sind, und daß der Ladestrom über den Stromweg Nr. 27 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11c und 11d beide 0 V sind, während die Konden­ satoren 11a und 11b auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen worden sind. Wenn bei diesem Zustand unmittelbar nach dem Ausschal­ ten des Abschaltthyristors 1d der Abschaltthyristor 1b eingeschaltet wird, beginnt der Laststrom über den Stromweg Nr. 23 zu fließen, während durch die Drossel 7b die Ge­ schwindigkeit des Stromanstiegs in dem Abschaltthyristor 1b verringert wird, so daß die in dem Kondensator 11d gespei­ cherte Energie über einen Stromweg Nr. 30 und den Entladewi­ derstand 18b entladen wird und durch letzteren verbraucht wird, bis die Spannung an dem Kondensator 11b auf 0 V ver­ ringert ist. Während dessen wird der Kondensator 11d über einen Stromweg Nr. 31 auf den Pegel E der Teil-Gleichstrom­ quelle 3b aufgeladen, so daß die übermäßig in der Drossel 7b gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 29 entladen und vollständig durch den Entladewiderstand 18b verbraucht wird. Nach dem Abschluß dieses Betriebsvorgangs fließt der Last­ strom über den Stromweg Nr. 23.

Der durch das Einschalten des Abschaltthyristors 1a verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig jeweils ausgeschaltet bzw. eingeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig einge­ schaltet bzw. ausgeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 23 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsan­ schluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11b und 11c beide 0 V sind, während die Kondensatoren 11a und 11d auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil- Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen worden sind. Wenn bei diesem Zustand unmittelbar nach dem Ausschalten des Abschaltthyristors 1c der Abschaltthyristor 1a eingeschaltet wird, beginnt der Laststrom über den Stromweg Nr. 21 zu fließen, während die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms in dem Abschaltthyristor 1b durch die Drossel 7b verringert wird, so daß die in dem Kondensator 11a gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 32 und den Entladewiderstand 18a entladen wird und durch letzteren verbraucht wird, bis die Spannung an dem Kondensator 11a auf 0 V verringert ist. Während dessen wird der Kondensator 11c über einen Stromweg Nr. 33 auf den Pegel E der Teil-Gleichstromquelle 3a aufge­ laden, so daß die übermäßig in der Drossel 7b gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 25 entladen und vollständig durch den Entladewiderstand 18a verbraucht wird. Nach dem Abschluß dieses Betriebsvorgangs fließt der Laststrom über den Stromweg Nr. 21.

Wenn der Laststrom in Gegenrichtung zu der Richtung des Pfeils in dieser Fig. 1 fließt, sind die durch das Schalten der Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d verursachten Betriebsvorgänge genau symmetrisch zu den vorstehend be­ schriebenen. Daher erübrigt sich eine ausführliche Beschrei­ bung bezüglich der Betriebsvorgänge bei dem Fließen des Laststroms in Gegenrichtung zur Pfeilrichtung.

Es wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden als selbstab­ schaltende Halbleitervorrichtungen beispielsweise Thyristo­ ren (Abschaltthyristoren) 1a, 1b, 1c und 1d eingesetzt.

Der Aufbau des Wechselrichters gemäß diesem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel entspricht teilweise demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, so daß nur diejenigen Teile des Schal­ tungsaufbaus beschrieben werden, die von denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden sind. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Klemmdiode 5a mit einem Hilfs-Abschaltthyristor 1e und mit einer Reihenschaltung versehen, die aus einem Dämpfungskondensator 11e und einer Dämpfungsdiode 12e besteht und die als Parallel-Dämpfungs­ glied wirkt. Die Klemmdiode 5b ist mit einer gleichartigen Anordnung versehen. Die Entladewiderstände 18a und 18b sind jeweils für die Kondensatoren 11a, 11c und 11e bzw. die Kondensatoren 11b, 11d und 11f vorgesehen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß an den Wechselrich­ ter eine nicht dargestellte induktive Last angeschlossen ist und daß während des Schaltens eines jeglichen Abschaltthyri­ stors 1a, 1b, 1c und 1d der Vektor des Laststroms unverän­ dert ist.

Es wird die Funktion dieses Dreipegel-Wechselrichters be­ schrieben. Betreffende Stromwege sind gemeinsam in Fig. 4 dargestellt. Der durch das Ausschalten des Abschaltthyri­ stors 1a verursachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig eingeschaltet sind, während die Abschaltthy­ ristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig sowie die Hilfs- Abschaltthyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 41 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11a, 11b und 11f alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11c, 11d und 11e auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufge­ laden worden sind. Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthy­ ristors 1a ausgeschaltet wird, um den Laststrom zu unterbre­ chen, und zugleich der Hilfs-Abschaltthyristor 1f einge­ schaltet wird, wonach nach Ablauf einer vorbestimmten Kurz­ schlußverhütungszeit der Abschaltthyristor 1c eingeschaltet und zugleich der Hilfs-Abschaltthyristor 1f ausgeschaltet wird, wird der infolge des Ausschaltens des Abschaltthyri­ stor 1a unterbrochene Strom zu einem Stromweg Nr. 42 umge­ leitet, um dadurch den Kondensator 11a aufzuladen, wodurch die Anstiegsgeschwindigkeit der an dem Abschaltthyristor 1a anliegenden Spannung verringert wird. Während dessen ist der Laststrom auf den Ladestrom aus dem Kondensator 11a und Entladeströme aus den Kondensatoren 11c und 11e aufgeteilt, die über Stromwege Nr. 43 und 44 fließen. Folglich werden die in den Kondensatoren 11c und 11e gespeicherten Ladungen zu der Last hin entladen. Genau genommen wird folglich die Anstiegsgeschwindigkeit der an dem Abschaltthyristor 1a anliegenden Spannung durch die zusammengefaßte elektrostati­ sche Kapazität der Kondensatoren 11a, 11c und 11e verrin­ gert. Wenn nach dem Ablauf der Kurzschlußverhütungszeit von dem Ausschalten des Abschaltthyristors 1a an der Abschalt­ thyristor 1c eingeschaltet und zugleich der Hilfs-Abschalt­ thyristor 1f ausgeschaltet wird und in den Kondensatoren 11c und 11e irgendwelche Energie verblieben ist, werden die Energie im Kondensator 11c und die Energie im Kondensator 11e jeweils über Stromwege Nr. 45 und 46 entladen und durch den Entladewiderstand 18a vollständig verbraucht, bis die Spannung an diesen Kondensatoren auf 0 verringert ist. Der Kondensator 11a wird auf den Pegel der Spannung E der Teil- Gleichstromquelle 3a aufgeladen. Zu dem Zeitpunkt unmittel­ bar nach diesem Betriebsvorgang wurde in der Drossel 7a überschüssige Energie gespeichert, jedoch wird diese Energie über einen Stromweg Nr. 47 vollständig von dem Entladewider­ stand 18a verbraucht. Wenn der Kondensator 11a auf die Spannung E aufgeladen ist, wird die Klemmdiode 5a leitend. Nach Abschluß des vorstehend beschriebenen Vorgangs fließt der Laststrom über einen Stromweg Nr. 48. Über die Dauer des vorstehend beschriebenen Vorgangs hinweg zeigen die Konden­ satoren 11a, 11c und 11e die gleichen Spannungsanstiegs- und Spannungsabfallgeschwindigkeiten.

Der durch das Ausschalten des Abschaltthyristors 1b verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig eingeschaltet bzw. ausgeschaltet sind, während die Ab­ schaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig jeweils eingeschaltet bzw. ausgeschaltet sind und die Hilfs- Abschaltthyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 48 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11b, 11c, 11e und 11f alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11a und 11d auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen worden sind. Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthyristors 1b ausgeschaltet wird, um den Laststrom zu unterbrechen, und darauffolgend nach dem Ablauf einer vorbestimmten Kurz­ schlußverhütungszeit der Abschaltthyristor 1d eingeschaltet wird, wird der durch das Ausschalten des Abschaltthyristors 1b unterbrochene Strom zu einem Stromweg Nr. 49 umgeleitet, um dadurch den Kondensator 11b aufzuladen, wodurch die An­ stiegsgeschwindigkeit der an dem Abschaltthyristor 1b anlie­ genden Spannung verringert wird. Während dessen ist der Laststrom auf den Ladestrom für das Laden des Kondensators 11b und den Entladestrom aus dem Kondensator 11d sowie den Ladestrom zum Kondensator 11f aufgeteilt, welche jeweils über Stromwege Nr. 50 und 51 fließen. Infolgedessen werden die in dem Kondensator 11d gespeicherten Ladungen zu der Last hin entladen. Genau genommen wird als Folge die An­ stiegsgeschwindigkeit der an dem Abschaltthyristor 1b anlie­ genden Spannung durch die zusammengesetzte elektrostatische Kapazität der Kondensatoren 11b, 11d und 11f verringert. Wenn nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Ausschal­ ten des Abschaltthyristors 1b an der Abschaltthyristor 1d eingeschaltet wird und in dem Kondensator 11d irgendwelche Energie zurückgeblieben ist, wird diese Energie über einen Stromweg Nr. 52 entladen und durch den Entladewiderstand 18b vollständig verbraucht, bis die Spannung an diesem Kondensa­ tor auf 0 abgefallen ist. Die Kondensatoren 11b und 11f werden auf den Pegel der Spannung E der Teil-Gleichstrom­ quelle 3b aufgeladen. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach diesem Betriebsvorgang wurde in der Drossel 7b übermäßig Energie gespeichert, jedoch wird diese übermäßige Energie über einen Stromweg Nr. 53 vollständig durch den Entladewi­ derstand 18b verbraucht. Wenn der Kondensator 11b auf die Spannung E aufgeladen ist, werden die Freilaufdioden 2c und 2d leitend. Nach Abschluß des beschriebenen Betriebsvorgangs fließt der Laststrom über einen Stromweg Nr. 54. Während der Dauer des vorstehend beschriebenen Vorgangs zeigen durchge­ hend die Kondensatoren 11b, 11d und 11f die gleichen Ge­ schwindigkeiten des Anstiegs und Abfallens der Spannung.

Der durch das Einschalten des Abschaltthyristors 1b verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig sowie die Hilfs-Abschaltthyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig eingeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 54 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangs­ anschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensato­ ren 11c, 11d und 11e alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11a, 11b und 11f auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3a und 3b aufgeladen wurden. Es sei angenommen, daß bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1d unter gleichzeitigem Einschalten des Hilfs-Abschaltthyri­ stors 1e ausgeschaltet wird und dann nach Ablauf einer vorbestimmten Kurzschlußverhütungszeit der Hilfs-Abschalt­ thyristor 1e ausgeschaltet und zugleich der Abschaltthyri­ stor 1b eingeschaltet wird. Das Ausschalten des Abschaltthy­ ristors 1d und das gleichzeitige Einschalten des Hilfs- Abschaltthyristors 1e verursacht keinerlei Änderungen des Zustands der Schaltung, da der Laststrom über den Stromweg Nr. 54 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt. Das darauffolgende Ausschalten des Hilfs-Abschaltthyristors 1e und das gleichzeitige Einschalten des Abschaltthyristors 1b bewirkt, daß die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3b an die Drossel 7b angelegt wird, so daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 48 zu fließen beginnt, während durch die Drossel 7b die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms über den Abschaltthyristor 1b verringert wird. Der über den Ab­ schaltthyristor 1b zugeführte Strom nimmt dann über den Laststrom hinaus zu. Der überschüssige Strom wird auf Stromwegen Nr. 55, 56 und 57 abgeleitet, so daß der Konden­ sator 11d auf den Pegel der Spannung E der Teil-Gleichstrom­ quelle 3b aufgeladen wird, während der Kondensator 11f zu der Teil-Gleichstromquelle 3b hin und der Kondensator 11b auf 0 V entladen werden, da die darin gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 58 durch den Entladewiderstand 18b verbraucht wird. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach diesem Betriebsvorgang war in der Drossel 7b übermäßig Energie gespeichert, jedoch wird diese übermäßige Energie über den Stromweg Nr. 53 vollständig durch den Entladewiderstand 18b verbraucht. Wenn der Kondensator 11a auf die Spannung E aufgeladen ist, wird die Klemmdiode 5a leitend. Nach Ab­ schluß des vorstehend beschriebenen Betriebsvorgangs fließt der Laststrom über den Stromweg Nr. 48. Während der Dauer des vorstehend beschriebenen Vorgangs zeigen die Kondensato­ ren 11b, 11d und 11f die gleichen Geschwindigkeiten des Spannungsanstiegs und Spannungsabfalls.

Der durch das Einschalten des Abschaltthyristors 1a verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig sowie die Hilfs-Abschaltthyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig eingeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 48 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangs­ anschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensato­ ren 11a, 11b, 11e und 11f alle 0 V sind, während die Konden­ satoren 11c und 11d auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b aufgeladen wurden. Es sei angenommen, daß bei diesem Zustand der Abschaltthyri­ stor 1a nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach Ausschal­ ten des Abschaltthyristors 1c an eingeschaltet wird. Das Ausschalten des Abschaltthyristors 1c bewirkt keinerlei Änderungen des Zustands der Schaltung, da der Laststrom über den Stromweg Nr. 84 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsan­ schluß A fließt. Das Einschalten des Abschaltthyristors 1a bewirkt, daß die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3a an die Drossel 7a angelegt wird, so daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 41 zu fließen beginnt, während die Anstiegs­ geschwindigkeit des Stroms über den Abschaltthyristor 1a von der Drossel 7a verringert wird. Der über den Abschaltthyri­ stor 1a zugeführte Strom nimmt dann über den Laststrom hinaus zu. Der überschüssige Strom wird auf Stromwegen Nr. 59, 60 und 61 abgeleitet, so daß die Kondensatoren 11c und 11e auf den Pegel der Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3a aufgeladen werden, während der Kondensator 11c auf 0 V zu der Teil-Gleichstromquelle hin entladen wird, da die darin gespeicherte Energie über einen Stromweg Nr. 62 durch den Entla­ dewiderstand 18a verbraucht wird. Zu dem Zeitpunkt unmittel­ bar nach diesem Betriebsvorgang war in der Drossel 7a über­ mäßig Energie gespeichert, jedoch wird diese übermäßige Energie über den Stromweg Nr. 47 vollständig durch den Entlade­ widerstand 18a verbraucht. Nach Abschluß des vorstehend beschriebenen Betriebsvorgangs fließt der Laststrom über den Stromweg Nr. 41. Während der Dauer des vorstehend beschrie­ benen Vorgangs zeigen die Kondensatoren 11a, 11c und 11e durchgehend die gleichen Geschwindigkeiten des Spannungsan­ stiegs und Spannungsabfalls.

Wenn der Laststrom in Gegenrichtung zu der Richtung des Pfeils in dieser Fig. 3 fließt, sind die durch das Schalten der Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d verursachten Betriebsvorgänge genau symmetrisch zu den vorstehend be­ schriebenen. Daher wird eine ausführliche Beschreibung der Betriebsvorgänge weggelassen, die ablaufen, wenn der Last­ strom in Gegenrichtung zur Pfeilrichtung fließt.

Es wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

In dem in Fig. 5 gezeigten Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel werden als Vorrichtungen mit Eigenlichtbogenunterdrückung bzw. Selbstabschaltung z. B. Thyristoren (Abschaltthyristoren, GTO-Thyristoren) 1a, 1b, 1c und 1d eingesetzt.

Der Aufbau des Dreipegel-Wechselrichters gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel entspricht teilweise demjenigen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, so daß nur diejenigen Teile des Schaltungsaufbaus beschrieben werden, die von denjenigen bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ver­ schieden sind. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist die Klemmdiode 5a nur mit einer Reihenschaltung versehen, die aus einem Dämpfungskondensator 11e und einer Dämpfungs­ diode 12e zusammengesetzt ist und die als Paralleldämpfungs­ glied wirkt. Eine gleichartige Anordnung ist für die Klemm­ diode 5b vorgesehen. Die Funktion der in Fig. 5 gezeigten Schaltung unterscheidet sich von derjenigen der Schaltung nach Fig. 3 nur hinsichtlich des Ausschaltens des Abschalt­ thyristors 1a, so daß die Funktionsbeschreibung auf dieses Ausschalten konzentriert wird. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel wird gleichfalls vorausgesetzt, daß an den Wechsel­ richter eine nicht gezeigte induktive Last angeschlossen ist und daß während des Schaltens der jeweiligen Abschaltthyri­ storen 1a, 1b, 1c und 1d sich der Vektor des Laststroms nicht ändert.

Die Funktion dieses Dreipegel-Wechselrichters wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben. Stromwege sind zusam­ mengestellt in Fig. 6 gezeigt. Der durch das Ausschalten des Abschaltthyristors 1a verursachte Betriebsvorgang ist fol­ gender: Es sei hier angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b im positiven Zweig eingeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d im negativen Zweig ausgeschal­ tet sind, und daß ein Laststrom in Pfeilrichtung über einen Stromweg Nr. 71 aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11a, 11b und 11f alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11c, 11d und 11e auf den gleichen Pegel wie die Spannung E der Teil-Gleichstromquel­ len 3a und 3b aufgeladen wurden. Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1a ausgeschaltet wird, um den Laststrom zu unterbrechen, und nach Ablauf einer vorbestimmten Kurz­ schlußverhütungszeit danach der Abschaltthyristor 1c einge­ schaltet wird, wird der infolge des Ausschaltens des Ab­ schaltthyristors 1a unterbrochene Strom zu einem Stromweg Nr. 72 umgeleitet, um zum Vermindern des Anstiegs der an dem Abschaltthyristor 1a anliegenden Spannung den Kondensator 11a aufzuladen. Während dessen besteht der Laststrom aus dem Ladestrom für das Laden des Kondensators 11a und Entlade­ strömen aus den Kondensatoren 11c und 11e, die über Stromwe­ ge Nr. 73 und 74 fließen. Folglich werden die in den Kondensa­ toren 11c und 11e gespeicherten Ladungen zu der Last hin entladen. Demgemäß wird der Kondensator 11f durch den Strom aus dem Kondensator 11c geladen. Wenn nach Ablauf der Kurz­ schlußverhütungszeit von dem Ausschalten des Abschaltthyri­ stors 1a an der Abschaltthyristor 1c eingeschaltet wird, verbleibt Energie in den Kondensatoren 11c und 11f. Die Energie in dem Kondensator 11c und die Energie in dem Kon­ densator 11f werden jedoch jeweils über Stromwege Nr. 75 bzw. 76 entladen, so daß sie jeweils durch die Entladewider­ stände 18a bzw. 18b völlig verbraucht werden, bis die Span­ nung an diesen Kondensatoren auf 0 abgefallen ist. Der Kondensator 11a wird auf den Pegel der Spannung E der Teil- Gleichstromquelle 3a aufgeladen. Zu dem Zeitpunkt unmittel­ bar nach dem Entladen des Kondensators wurde übermäßige Energie in den Drosseln 7a und 7b gespeichert, jedoch wird diese Energie über Stromwege Nr. 77 und 78 vollständig durch die Entladewiderstände 18a bzw. 18b verbraucht. Die Klemmdiode 5a wird leitend, wenn der Kondensator 11a auf die Spannung E aufgeladen ist. Nach Abschluß des beschriebenen Betriebsvorgangs fließt der Laststrom über den Stromweg Nr. 79. Die Funktion dieser Schaltung wird dadurch stabilisiert, daß in jeden Entladestromkreis eine Diode eingesetzt wird, die die Richtung der Entladung aus dem jeweiligen Kondensa­ tor bestimmt.

Es wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

In dem in Fig. 7 gezeigten Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel werden als Vorrichtungen mit Eigenlichtbogenunterdrückung bzw. Selbstabschaltung z. B. Thyristoren (Abschaltthyristoren, GTO-Thyristoren) 1a, 1b, 1c und 1d eingesetzt.

Der Schaltungsaufbau des Dreipegel-Wechselrichters gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht teilweise demjenigen bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel, so daß nur diejenigen Teile des Schaltungsaufbaus beschrieben werden, die von denjenigen bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel verschieden sind. Mit 19a und 19b sind Rückgewinnungskondensatoren bezeichnet, die jeweils in den gemeinsamen Entladungsstromweg der Kondensatoren 11a, 11c und 11e bzw. in den gemeinsamen Entladungsstromweg der Kondensatoren 11b, 11d und 11f eingesetzt sind. Diese Rück­ gewinnungskondensatoren haben eine bestimmte Ladepolarität und vorzugsweise große elektrostatische Kapazität. Mit 20a und 20b sind Stromrückgewinnungsvorrichtungen bezeichnet, die Energie aus den Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b aufnehmen und die Energie zu den Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b zurückführen, wobei die Ladespannung der Rückgewin­ nungskondensatoren 19a und 19b auf einen konstanten Span­ nungspegel e gesteuert wird. Der Spannungspegel e ist ein Bruchteil der Spannung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird gleichermaßen vor­ ausgesetzt, daß wie im Falle des in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiels an den Wechselrichter eine nicht gezeigte induktive Last angeschlossen ist und daß sich während des Schaltens eines jeden Abschaltthyristors 1a, 1b, 1c und 1d der Vektor des Laststroms nicht verändert. Es wird ferner vorausgesetzt, daß durch die Stromgewinnungsvorrichtungen 20a und 20b an jedem Rückgewinnungskondensator 19a und 19b die konstante Spannung e aufrechterhalten wird. Mit 21, 21b, 21c und 21d sind Dioden für das Bestimmen der Richtung des Entladestroms aus den jeweiligen Dämpfungskondensatoren bezeichnet.

Die Funktion dieses Dreipegel-Wechselrichters wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 beschrieben. Stromwege sind zusam­ mengefaßt in Fig. 8 gezeigt. Der durch das Ausschalten des Abschaltthyristors 1a verursachte Betriebsvorgang ist fol­ gender: Es sei hier angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b im positiven Zweig eingeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d im negativen Zweig sowie die Hilfs-Abschaltthyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, und daß ein Laststrom in Pfeilrichtung über einen Stromweg Nr. 81 aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11a, 11b und 11f alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11c, 11d und 11e auf einen Pegel aufgela­ den wurden, der der Summe der Spannung E aus den Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b und der Spannung e an den Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b entspricht. Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1a ausgeschaltet wird, um den Laststrom zu unterbrechen, und zugleich der Hilfs- Abschaltthyristor 1f eingeschaltet wird, wonach nach Ablauf einer vorbestimmten Kurzschlußverhütungszeit der Abschaltt­ hyristor 1c eingeschaltet und zugleich der Hilfs-Abschalt­ thyristor 1f ausgeschaltet wird, wird der infolge des Aus­ schaltens des Abschaltthyristors 1a unterbrochene Strom zu einem Stromweg Nr. 82 umgeleitet, um den Kondensator 11a aufzuladen, das das Vermindern des Anstiegs der an dem Abschaltthyristor 1a anliegenden Spannung bewirkt. Während dessen besteht der Laststrom aus dem Ladestrom für das Laden des Kondensators 11a und Entladeströmen aus den Kondensato­ ren 11c und 11e, die über Stromwege Nr. 83 und 84 fließen, die den Rückgewinnungskondensator 19a enthalten. Folglich werden die in den Kondensatoren 11c und 11e gespeicherten Ladungen zu der Last hin entladen, wobei sie mittels des Rückgewinnungskondensators 19a zurückgehalten werden. Demge­ mäß wird genaugenommen die Geschwindigkeit des Anstiegs der an dem Abschaltthyristor 1a anliegenden Spannung durch die zusammengesetzte elektrostatische Kapazität verringert, die durch die Kondensatoren 11a, 11c und 11e gebildet ist. Wenn nach dem Ablauf der Kurzschlußverhütungszeit von dem Ausschalten des Abschaltthyristors 1a an der Abschaltthyri­ stor 1c eingeschaltet und zugleich der Hilfs-Abschaltthyri­ stor 1f ausgeschaltet wird und in den Kondensatoren 11c und 11d Energie verbleibt, werden die Energie in dem Kondensator 11c und die Energie in dem Kondensator 11d jeweils über Stromwege Nr. 85 bzw. 86 von dem Rückgewinnungskondensator 19a aufgenommen, bis die Spannung an diesen Kondensatoren auf 0 gesunken ist. Der Kondensator 11a wird auf den Pegel aufgeladen, der gleich der Summe der Spannung E der Teil- Gleichstromquelle 3a und der Spannung e an dem Rückgewin­ nungskondensator 19a ist. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach diesem Vorgang wurde übermäßige Energie in der Drossel 7a gespeichert, jedoch wird diese Energie über einen Stromweg Nr. 87 vollständig von dem Rückgewinnungskondensator 19a aufgenommen. Die Klemmdiode 5a wird leitend, wenn der Kon­ densator 11a auf die Spannung E aufgeladen ist. Nach Ab­ schluß des beschriebenen Betriebsvorgangs fließt der Last­ strom über den Stromweg Nr. 88. Während der ganzen Dauer des vorstehend beschriebenen Vorgangs zeigen die Kondensatoren 11a, 11c und 11e gleiche Geschwindigkeiten des Spannungsan­ stiegs und Spannungsabfalls.

Der durch das Ausschalten des Abschaltthyristors 1b verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig ausgeschaltet bzw. eingeschaltet sind, während die Abschalt­ thyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig jeweils einge­ schaltet bzw. ausgeschaltet sind und die Hilfs-Abschalt­ thyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, und daß der Last­ strom über den Stromweg Nr. 88 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11b, 11c, 11e und 11f alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11a und 11d auf einen Pegel aufgeladen wurden, der gleich der Summe aus der Spannung E der Teil- Gleichstromquellen 3a und 3b und aus der Spannung e an den Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b ist. Wenn bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1b ausgeschaltet wird, um den Laststrom zu unterbrechen, und darauffolgend nach dem Ablauf einer vorbestimmten Kurzschlußverhütungszeit der Abschalt­ thyristor 1d eingeschaltet wird, wird der durch das Aus­ schalten des Abschaltthyristors 1b unterbrochene Strom zu einem Stromweg Nr. 89 umgeleitet, um dadurch den Kondensator 11b aufzuladen und dadurch die Anstiegsgeschwindigkeit der an dem Abschaltthyristor 1b anliegenden Spannung zu verring­ ern. Während dessen ist der Laststrom auf den Ladestrom für das Laden des Kondensators 11b und den Entladestrom aus dem Kondensator 11d sowie den Ladestrom zum Kondensator 11f aufgeteilt, welche jeweils über den Stromweg Nr. 90 mit dem Rückgewinnungskondensator 19b bzw. über den Stromweg Nr. 91 fließen. Infolgedessen werden die in dem Kondensator 11d gespeicherten Ladungen zu der Last hin entladen, wobei sie mittels des Rückgewinnungskondensators 19b zurückgewonnen werden. Genau genommen wird als Folge die Anstiegsgeschwin­ digkeit der an dem Abschaltthyristor 1b anliegenden Spannung durch die zusammengesetzte elektrostatische Kapazität der Kondensatoren 11b, 11d und 11f verringert. Wenn nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Ausschalten des Abschalt­ thyristors 1b an der Abschaltthyristor 1d eingeschaltet wird und in dem Kondensator 11d irgendwelche Energie zurückge­ blieben ist, wird diese Energie über einen Stromweg Nr. 92 entladen und von dem Rückgewinnungskondensator 19b vollstän­ dig aufgenommen, bis die Spannung an diesem Kondensator auf 0 abgefallen ist. Die Kondensatoren 11b und 11f werden auf einen Pegel aufgeladen, der gleich der Summe aus den Pegeln der Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3b und der Span­ nung e an den Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b ist. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach diesem Betriebsvorgang wurde in der Drossel 7b übermäßig Energie gespeichert, jedoch wird diese übermäßige Energie über einen Stromweg Nr. 93 vollständig von dem Rückgewinnungskondensator 19b aufge­ nommen. Die Freilaufdioden 2c und 2d werden leitend, wenn der Kondensator 11b auf die Spannung E aufgeladen worden ist. Nach Abschluß des beschriebenen Betriebsvorgangs fließt der Laststrom über einen Stromweg Nr. 94. Während der Dauer des vorstehend beschriebenen Vorgangs zeigen durchge­ hend die Kondensatoren 11b, 11d und 11f die gleichen Ge­ schwindigkeiten des Anstiegs und Abfallens der Spannung.

Der durch das Einschalten des Abschaltthyristors 1b verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß die Abschaltthyristoren 1a und 1b in dem positiven Zweig sowie die Hilfs-Abschaltthyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, während die Abschaltthyristoren 1c und 1d in dem negativen Zweig eingeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 94 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangs­ anschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensato­ ren 11c, 11d und 11e alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11a, 11b und 11f auf einen Pegel aufgeladen wurden, der gleich der Summe aus der Spannung E der Teil-Gleichstrom­ quellen 3a und 3b und der Spannung e an den Rückgewinnungs­ kondensatoren 19a und 19b ist. Es sei angenommen, daß bei diesem Zustand der Abschaltthyristor 1d ausgeschaltet wird und zugleich der Hilfs-Abschaltthyristor 1e eingeschaltet wird und dann nach Ablauf einer vorbestimmten Kurzschlußver­ hütungszeit der Hilfs-Abschaltthyristor 1e ausgeschaltet und zugleich der Abschaltthyristor 1b eingeschaltet wird. Das Ausschalten des Abschaltthyristors 1d und das gleichzeitige Einschalten des Hilfs-Abschaltthyristors 1e verursacht keinerlei Änderungen des Zustands der Schaltung, da der Laststrom über den Stromweg Nr. 94 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt. Das darauffolgende Ausschalten des Hilfs-Abschaltthyristors 1e und das gleichzeitige Ein­ schalten des Abschaltthyristors 1b bewirkt, daß die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3b an die Drossel 7b angelegt wird, so daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 88 zu fließen beginnt, während durch die Drossel 7b die Anstiegs­ geschwindigkeit des Stroms über den Abschaltthyristor 1b verringert wird. Der über den Abschaltthyristor 1b zugeführ­ te Strom nimmt dann über den Laststrom hinaus zu. Der über­ schüssige Strom wird auf Stromwegen Nr. 95, 96 und 97 abge­ leitet, so daß der Kondensator 11d auf einen Pegel geladen wird, der gleich der Summe aus dem Pegel der Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3b und der Spannung e an dem Rückge­ winnungskondensator 19b ist, während der Kondensator 11f zu der Teil-Gleichstromquelle 3b hin unter Aufnahme durch den Rückgewinnungskondensator 19b entladen wird. Zugleich wird die Energie in dem Kondensator 11b über einen Stromweg 98 von dem Rückgewinnungskondensator 19b aufgenommen, bis die Spannung an dem Kondensator 11b auf 0 abgefallen ist. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach diesem Betriebsvorgang war in der Drossel 7b übermäßig Energie gespeichert, jedoch wird diese übermäßige Energie über den Stromweg 87 vollständig von dem Rückgewinnungskondensator 19b aufgenommen. Nach Abschluß des vorstehend beschriebenen Betriebsvorgangs fließt der Last­ strom über den Stromweg Nr. 88. Während der Dauer des vor­ stehend beschriebenen Vorgangs zeigen die Kondensatoren 11b, 11d und 11f die gleichen Geschwindigkeiten des Spannungsan­ stiegs und Spannungsabfalls.

Der durch das Einschalten des Abschaltthyristors 1a verur­ sachte Betriebsvorgang ist folgender: Es sei angenommen, daß der Abschaltthyristor 1a in dem positiven Zweig, der Ab­ schaltthyristor 1d in dem negativen Zweig und die Hilfs- Abschaltthyristoren 1e und 1f ausgeschaltet sind, während der Abschaltthyristor 1b in dem positiven Zweig und der Abschaltthyristor 1c in dem negativen Zweig eingeschaltet sind, und daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 88 in Pfeilrichtung aus dem Ausgangsanschluß A fließt, so daß die Spannungen an den Kondensatoren 11b, 11c, 11e und 11f alle 0 V sind, während die Kondensatoren 11a und 11d auf einen Pegel aufgeladen wurden, der gleich der Summe aus der Span­ nung E der Teil-Gleichstromquellen 3a und 3b und der Span­ nung e an den Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b ist. Es sei ferner angenommen, daß bei diesem Zustand nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Ausschalten des Abschalt­ thyristors 1c an der Abschaltthyristor 1a eingeschaltet wird. Das Ausschalten des Abschaltthyristors 1c bewirkt keinerlei Änderung des Schaltungszustands, da der Laststrom über den Stromweg Nr. 88 in Pfeilrichtung aus dem Ausgang­ sanschluß A fließt. Das Einschalten des Abschaltthyristors 1a bewirkt, daß die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3a an die Drossel 7a angelegt wird, so daß der Laststrom über den Stromweg Nr. 81 zu fließen beginnt, während die An­ stiegsgeschwindigkeit bzw. Steilheit des über den Abschalt­ thyristor 1a fließenden Stroms durch die Drossel 7a verrin­ gert wird. Der über den Abschaltthyristor 1a zugeführte Strom steigt dann über den Laststrom hinaus an. Der über­ schüssige Strom wird zu Stromwegen Nr. 88, 100 und 101 abgeleitet, so daß die Kondensatoren 11c und 11e auf den Pegel aufgeladen werden, der gleich der Summe aus der Span­ nung E der Teil-Gleichstromquelle 3a und der Spannung e an dem Rückgewinnungskondensator 19a ist, während der Kondensa­ tor 11a auf 0 V entladen wird, wobei dessen Energie über einen Stromweg Nr. 102 vollständig von dem Rückgewinnungs­ kondensator 19a aufgenommen wird. Zu dem Zeitpunkt unmittel­ bar nach diesem Vorgang war übermäßige Energie in der Dros­ sel 7a gespeichert, jedoch wird diese überschüssige Energie über den Stromweg Nr. 87 vollständig von dem Rückgewinnungs­ kondensator 19a aufgenommen. Nach Abschluß des beschriebenen Vorgangs fließt der Laststrom über den Stromweg Nr. 81. Während der ganzen Dauer des vorstehend beschriebenen Be­ triebsvorgangs zeigen die Kondensatoren 11a, 11c und 11e die gleiche Spannungsanstiegs- und Spannungsabfallsteilheit.

Bei dem auf das Ausschalten des Abschaltthyristors 1a fol­ genden Betriebsvorgang kann die Geschwindigkeit des durch das Einschalten des Abschaltthyristors 1c verursachten Stromanstiegs in dem Abschaltthyristor 1a übermäßig hoch werden. Zum Vermeiden dieses Problems ist es möglich, durch Einfügen von zusätzlichen Reaktanzen bzw. Drosseln 7c und 7d einen Schaltungsaufbau gemäß der Darstellung in Fig. 9 oder 10 zu verwenden. Im einzelnen sind bei der in Fig. 9 gezeig­ ten Schaltungsanordnung die zusätzlichen Drosseln 7c und 7d zwischen den Abschaltthyristoren 1b und 1c in Reihe geschal­ tet und der Ausgangsanschluß A ist von dem Mittelpunkt dieser Reihenschaltung hergeleitet. Bei der in Fig. 10 gezeigten Schaltungsanordnung ist die zusätzliche Drossel 7c zwischen die Drossel 7a und den Abschaltthyristor 1b ge­ schaltet, während die zusätzliche Drossel 7d zwischen die Drossel 7b und den Abschaltthyristor 1c geschaltet ist. Es ist offensichtlich, daß das Nutzen der Induktivität der Leitungsführung möglich ist. In den meisten Fällen ist jedoch bei dem Einschalten des Abschaltthyristors 1c die an diesem anliegende Spannung infolge des Entladens aus dem Kondensator 11c beträchtlich niedriger als die Spannung E der Teil-Gleichstromquelle 3a. Außerdem ist die Stromstoß­ stärke selbst ziemlich niedrig. Infolgedessen liegt die an dem Abschaltthyristor anliegende Spannung innerhalb des Bereichs, in welchem der Abschaltthyristor sicher arbeiten kann.

Wenn der Laststrom in Gegenrichtung zu der Pfeilrichtung in diesen Figuren fließt, sind die durch das Schalten der Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d verursachten Betriebs­ vorgänge genau symmetrisch zu den vorstehend beschriebenen. Daher erübrigt sich eine ausführliche Beschreibung der Betriebsvorgänge, die ablaufen, wenn der Laststrom in Gegen­ richtung zu der Pfeilrichtung fließt.

Es werden nun die Stromrückgewinnungsvorrichtungen 20a und 20b beschrieben. Jede dieser Vorrichtungen 20a und 20b ist nicht erfindungswesentlich, jedoch in Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 7 für die Gestaltung des erfindungsge­ mäßen Wechselrichters wirkungsvoll. Die Fig. 11 zeigt ein praktisches Beispiel für den Schaltungsaufbau der Stromrück­ gewinnungsvorrichtung, die als Rückwandler bekannt ist. Es kann unter Anwendung beispielsweise dieser bekannten Schal­ tung die Funktion der Stromrückgewinnungsvorrichtung 20a und 20b, nämlich das Zurückführen von Energie aus den Rückgewin­ nungskondensatoren 19a und 19b mit der vorbestimmten Ladepo­ larität zu beispielsweise den Gleichstromquellen 3a und 3b in der Weise erzielt werden, daß die Ladespannung an den Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b auf einen konstanten Pegel gesteuert wird. Die Funktion der in Fig. 11 gezeigten Schaltung wird für den positiven Zweig beschrieben. Als erster Schritt wird eine Halbleitervorrichtung 22a mit Selbstabschaltung eingeschaltet, wodurch die in dem Rückge­ winnungskondensator 19a gespeicherte Energie aus diesem entladen wird. Bei diesem Zustand fließt über die Sekundär­ wicklung eines Transformators 24a kein Strom, da durch eine Diode 23a eine Gegenspannung angelegt ist. Infolgedessen wird die Entladungsenergie in dem Transformator 24a gespei­ chert. Dann wird zum Unterbrechen des Entladestroms die Halbleitervorrichtung 22a ausgeschaltet, so daß in der Sekundärwicklung des Transformators 24a durch die im Trans­ formator gespeicherte Energie Strom induziert wird, wodurch die Energie zu der Teil-Gleichstromquelle 3a zurückgeführt wird. Die Ladespannung des Rückgewinnungskondensators 19a kann dadurch auf einem konstanten Pegel gehalten werden, daß die Ein- oder Ausschaltdauer der Halbleitervorrichtung 22a oder deren Schaltperiode gesteuert wird, um dadurch die Spannung an dem Rückgewinnungskondensator 19a zu verändern. Die Funktion der Rückgewinnungsvorrichtung bezüglich des negativen Zweigs wird nicht beschrieben, da sie im wesentli­ chen die gleiche wie diejenige für den positiven Zweig ist. Die in Fig. 11 gezeigte Schaltung dient nur als Beispiel und es ist für den Fachmann ersichtlich, daß eine gleichartige Wirkung erzielt werden kann, wenn anstelle der Schaltung nach Fig. 11 ein anderer bekannter Gleichstrom/Gleichstrom- Wandler eingesetzt wird. Der gleiche Vorteil wird auch erreicht, wenn die Kombination aus dem Rückgewinnungskonden­ sator und der Stromrückgewinnungsvorrichtung durch eine Potentialvorrichtung ersetzt wird, die primärseitig an die Selbstabschaltungs-Halbleitervorrichtung und sekundärseitig an eine Diodenbrückenschaltung angeschlossen ist.

Es wird nun ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

In dem in Fig. 12 gezeigten Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel werden als Selbstabschal­ tungsvorrichtungen beispielsweise Abschaltthyristoren (GTO- Thyristoren) 1a, 1b, 1c und 1d eingesetzt. Dieser Wechsel­ richter ist kurz gesagt dadurch gebildet, daß in den Wech­ selrichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Rückge­ winnungskondensatoren 19a und 19b und die Stromrückgewin­ nungsvorrichtungen 20a und 20b des vierten Ausführungsbei­ spiels eingebaut sind. Auf diese Weise wird die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch die Entladewiderstände 18a und 18b verbrauchte Energie durch die in Fig. 12 gezeig­ ten Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b zurückgewonnen. Die grundlegende Betriebsweise der Schaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nicht ausführlich beschrieben, da sie im wesentlichen die gleiche wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist.

Es wird nun ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Bei dem in Fig. 13 gezeigten Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel werden als Halbleitervor­ richtungen beispielsweise Abschaltthyristoren 1a, 1b, 1c und 1d verwendet. Dieser Wechselrichter ist dadurch gebildet, daß in den Wechselrichter gemäß dem dritten Ausführungsbei­ spiel die Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b und die Stromrückgewinnungsvorrichtungen 20a und 20b des vierten Ausführungsbeispiels eingebaut sind. Daher wird die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 durch die Entladewiderstände 18a und 18b verbrauchte Energie durch die in Fig. 13 gezeig­ ten Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b zurückgewonnen. Die grundlegende Funktion der Schaltung gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wird nicht ausführlich beschrieben, da sie im wesentlichen die gleiche wie diejenige bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist.

Es wird nun ein siebentes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Bei dem in Fig. 14 gezeigten Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel werden als Halbleitervor­ richtungen mit Eigenlichtbogenunterdrückung Abschaltthyri­ storen 1a, 1b, 1c und 1d verwendet. Dieser Wechselrichter hat das Merkmal, daß Stromrückgewinnungsvorrichtungen 20a und 20b für mehrere Phasen gemeinsam benutzt werden, um von dem Dreipegel-Wechselrichter gemäß dem vierten Ausführungs­ beispiel ausgehend einen mehrphasigen Wechselrichter zu bilden. Die grundlegende Funktion der Schaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nicht ausführlich beschrieben, da sie im wesentlichen die gleiche wie diejenige bei dem drit­ ten Ausführungsbeispiel ist. Bei diesem siebenten Ausfüh­ rungsbeispiel ist es möglich, die Schaltungsfunktion durch Hinzufügen von Dioden 25a, 25b, 25c und 25d zu stabilisie­ ren, welche die Richtungen der Entladeströme aus den jewei­ ligen Rückgewinnungskondensatoren 19a und 19b bestimmen.

Die Fig. 15 und 16 zeigen jeweils den Schaltungsaufbau des erfindungsgemäßen Mehrfachpegel-Wechselrichters gemäß einem achten bzw. neunten Ausführungsbeispiel. Die Figuren zeigen zur Vereinfachung der Zeichnung nur den Schaltungsaufbau für eine Phase. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele werden als Halbleitervorrichtungen beispielsweise Abschaltthyristoren bzw. GTO-Thyristoren verwendet. Im einzelnen ist das in Fig. 15 gezeigte achte Ausführungsbeispiel ein 4-Pegel-Wechsel­ richter, während das in Fig. 16 gezeigte neunte Ausführungs­ beispiel ein 5-Pegel-Wechselrichter ist. Der grundlegende Schaltungsaufbau bei dem achten und neunten Ausführungsbei­ spiel wird dadurch erhalten, daß die vorangehend im Zusam­ menhang mit Fig. 7 beschriebene Schaltung bei dem vierten Ausführungsbeispiel erweitert wird. Die Funktionen dieser Ausführungsbeispiele sind gleichfalls im wesentlichen die gleichen wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel, so daß sich eine ausführliche Beschreibung erübrigt.

Ein Mehrfachpegel-Wechselrichter enthält einen ersten und einen zweiten Abschaltthyristor, die zwischen einen Aus­ gangsanschluß und den positiven Anschluß einer Gleichstrom­ quelle mit einem Mittelpotentialpunkt in Reihe geschaltet sind, und einen dritten und vierten Abschaltthyristor, die zwischen den Ausgangsanschluß und den negativen Anschluß der Gleichstromquelle in Reihe geschaltet sind. Eine erste und eine zweite Drossel bilden zusammen mit dem ersten und zweiten bzw. mit dem dritten und vierten Abschaltthyristor einen positiven bzw. negativen Zweig. Zwischen einen An­ schluß der ersten Drossel und den Mittelpotentialpunkt der Gleichstromquelle ist in Vorwärtsrichtung in bezug auf den Ausgangsanschluß eine erste Diode geschaltet, während zwi­ schen einen Anschluß der zweiten Drossel und den Mittelpo­ tentialpunkt der Gleichstromquelle in Rückwärtsrichtung in bezug auf den Ausgangsanschluß eine zweite Diode geschaltet ist. Zu dem ersten bis vierten Abschaltthyristor ist jeweils eine erste bis vierte Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator parallel geschaltet. Mit der ersten bis vierten Reihenschaltung sind ein erster und ein zweiter Entladewiderstand für das Verbrauchen der aus den Kondensa­ toren entladenen Energie verbunden.

Claims (10)

1. Wechselrichter mit einer ersten und einer zweiten Selbst­ abschaltungs-Halbleitervorrichtung, die zwischen einen Ausgangsanschluß und den positiven Anschluß einer Gleich­ stromquelle mit Mittelpotentialpunkt in Reihe geschaltet sind, und einer dritten und vierten Selbstabschaltungs- Halbleitervorrichtung, die zwischen den Ausgangsanschluß und den negativen Anschluß der Gleichstromquelle in Reihe ge­ schaltet sind, gekennzeichnet durch
eine zwischen die erste und zweite Halbleitervorrichtung (1a, 1b) geschaltete erste Drossel (7a), die zusammen mit diesen Halbleitervorrichtungen einen positiven Zweig bildet,
eine zwischen die dritte und vierte Halbleitervorrich­ tung (1c, 1d) geschaltete zweite Drossel (7b), die zusammen mit diesen Halbleitervorrichtungen einen negativen Zweig bildet,
eine erste Diode (5a), die in Vorwärtsrichtung in bezug auf den Ausgangsanschluß (A) zwischen einen Anschluß der ersten Drossel und den Mittelpotentialpunkt (B) der Gleich­ stromquelle (3a, 3b) geschaltet ist,
eine zweite Diode (5b), die in Rückwärtsrichtung in bezug auf den Ausgangsanschluß zwischen einen Anschluß der zweiten Drossel und den Mittelpotentialpunkt der Gleich­ stromquelle geschaltet ist,
eine erste bis vierte Reihenschaltung (11, 12), die jeweils eine Diode (12) und einen zu dieser in Reihe ge­ schalteten Kondensator (11) enthalten und die jeweils zu der ersten bis vierten Halbleitervorrichtung parallel geschaltet sind,
einen ersten Entladewiderstand (18a), der zwischen den Verbindungspunkt der Diode (12a) und des Kondensators (11a) der ersten Reihenschaltung und den Verbindungspunkt der Diode (12c) und des Kondensators (11c) der dritten Reihen­ schaltung geschaltet ist, und
einen zweiten Entladewiderstand (18b), der zwischen den Verbindungspunkt der Diode (12b) und des Kondensators (11b) der zweiten Reihenschaltung und den Verbindungspunkt der Diode (12d) und des Kondensators (11d) der vierten Reihen­ schaltung geschaltet ist.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine zu der ersten Diode (5a) parallel geschaltete fünfte Reihenschaltung mit einer Diode (12e) und einem zu dieser in Reihe geschalteten Kondensator (11e),
eine zu der zweiten Diode (5b) parallel geschaltete sechste Reihenschaltung mit einer Diode (12f) und einem zu dieser in Reihe geschalteten Kondensator (11f),
eine Leitung, die einen Anschluß des ersten Entladewi­ derstands (18a) mit dem Verbindungspunkt der Diode und des Kondensators der fünften Reihenschaltung verbindet, und
eine Leitung, die einen Anschluß des zweiten Entladewi­ derstands (18b) mit dem Verbindungspunkt der Diode und des Kondensators der sechsten Reihenschaltung verbindet.

3. Wechselrichter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
eine zu der ersten Diode (5a) parallel geschaltete fünfte Selbstabschaltungs-Halbleitervorrichtung (1e) und
eine zu der zweiten Diode (5b) parallel geschaltete sechste Selbstabschaltungs-Halbleitervorrichtung (1f).

4. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter ein Dreipegel- Wechselrichter ist.

5. Wechselrichter mit einer ersten und einer zweiten Selbst­ abschaltungs-Halbleitervorrichtung, die zwischen einen Ausgangsanschluß und den positiven Anschluß einer Gleich­ stromquelle mit Mittelpotentialpunkt in Reihe geschaltet sind, und einer dritten und vierten Selbstabschaltungs- Halbleitervorrichtung, die zwischen den Ausgangsanschluß und den negativen Anschluß der Gleichstromquelle in Reihe ge­ schaltet sind, gekennzeichnet durch
ein zwischen die erste und zweite Halbleitervorrichtung (1a, 1b) geschaltete erste Drossel (7a), die zusammen mit diesen Halbleitervorrichtungen einen positiven Zweig bildet,
eine zwischen die dritte und vierte Halbleitervorrich­ tung (1c, 1d) geschaltete zweite Drossel (7b), die zusammen mit diesen Halbleitervorrichtungen einen negativen Zweig bildet,
eine erste Diode (5a), die in Vorwärtsrichtung in bezug auf den Ausgangsanschluß (A) zwischen einen Anschluß der ersten Drossel und den Mittelpotentialpunkt (B) der Gleich­ stromquelle (3a, 3b) geschaltet ist,
eine zweite Diode (5b), die in Rückwärtsrichtung in bezug auf den Ausgangsanschluß zwischen einen Anschluß der zweiten Drossel und den Mittelpotentialpunkt der Gleich­ stromquelle geschaltet ist,
eine erste bis vierte Reihenschaltung (11, 12), die jeweils eine Diode (12) und einen zu dieser in Reihe ge­ schalteten Kondensator (11) enthalten und die jeweils zu der ersten bis vierten Halbleitervorrichtung parallel geschaltet sind,
einen ersten Rückgewinnungskondensator (19a), der zwischen den Verbindungspunkt der Diode (12a) und des Kon­ densators (11a) der ersten Reihenschaltung und den Verbin­ dungspunkt der Diode (12c) und des Kondensators (11c) der dritten Reihenschaltung geschaltet ist,
einen zweiten Rückgewinnungskondensator (19b), der zwischen den Verbindungspunkt der Diode (12b) und des Kon­ densators (11b) der zweiten Reihenschaltung und den Verbin­ dungspunkt der Diode (12d) und des Kondensators (11d) der vierten Reihenschaltung geschaltet ist,
eine zu dem ersten Rückgewinnungskondensator parallel geschaltete erste Stromrückgewinnungsvorrichtung (20a) zum Zurückführen von Energie aus dem ersten Rückgewinnungskon­ densator zu der Gleichstromquelle und
eine zu dem zweiten Rückgewinnungskondensator parallel geschaltete zweite Stromrückgewinnungsvorrichtung (20b) zum Zurückführen von Energie aus dem zweiten Rückgewinnungskon­ densator zu der Gleichstromquelle.

6. Wechselrichter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
eine zu der ersten Diode (5a) parallel geschaltete fünfte Reihenschaltung mit einer Diode (12e) und einem zu dieser in Reihe geschalteten Kondensator (11e),
eine zu der zweiten Diode (5b) parallel geschaltete sechste Reihenschaltung mit einer Diode (12f) und einem zu dieser in Reihe geschalteten Kondensator (11f),
eine Leitung, die einen Anschluß des ersten Rückgewin­ nungskondensators (19a) mit dem Verbindungspunkt der Diode und des Kondensators der fünften Reihenschaltung verbindet, und
eine Leitung, die einen Anschluß des zweiten Rückgewin­ nungskondensators (19b) mit dem Verbindungspunkt der Diode und des Kondensators der sechsten Reihenschaltung verbindet.

7. Wechselrichter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
eine zu der ersten Diode (5a) parallel geschaltete fünfte Selbstabschaltungs-Halbleitervorrichtung (1e) und
eine zu der zweiten Diode (5b) parallel geschaltete sechste Selbstabschaltungs-Halbleitervorrichtung (1f).

8. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Stromrückgewin­ nungsvorrichtung (20a, 20b) jeweils einen Rückstromwandler enthält.

9. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter ein Dreipegel- Wechselrichter ist.

10. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter ein Mehrfachpegel- Wechselrichter ist.