DE69304091T2

DE69304091T2 - Dämpfungskreis mit Energierückgewinnung zum Schutz von Schaltgeräten gegen Spannung und Strom

Info

Publication number: DE69304091T2
Application number: DE69304091T
Authority: DE
Inventors: William Ofosu-Amaah; Shigeru Tanaka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2013-02-06
Also published as: US5535085A; EP0554903B1; DE69304091D1; EP0554903A2; EP0554903A3; US5444594A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Schutz von Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen, die in Invertern, Zerhackerschaltungen oder dergleichen enthalten sind und insbesondere auf eine Dampfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung zum Rückgewinnen von Energie von einer Dämpfungsschaltung, die Energie gespeichert hat, infolge des Schaltens der Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen.
Fig 23 zeigt den Aufbau einer Zerhackerschaltung mit einer herkömmlichen Dämpfungsschaltung und einer Rückgewinnungsschaltung. In der Zerhackerschaltung ist der positive Anschluß einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsversorgung Vd mit einem Ende einer Last 1 über eine Drossel La und eine Schaltvorrichtung mit einer Selbstgatterabschaltfunktion (im folgenden als ein GTO bezeichnet) verbunden, und ihr negativer Anschluß ist mit dem anderen Ende der Last 1 verbunden, über welcher eine Freilaufdiode Df liegt.
Parallel zu dem GTO liegt eine Dämpfungsschaltung aus einer Reihenschaltung, die eine Dämpfungsdiode Ds und einen Dämpfungskondensator Cs enthält. Der Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds und des Dämpfungskondensators Cs ist mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle Vd über eine Reihenschaltung verbunden, die eine Rückgewinnungsdiode Do, eine Drossel Lo und eine Hilfsleistungsversorgung Eo enthält. Eine herkömmliche Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung besteht aus der oben erwähnten Dämpfungsschaltung und einer Rückgewinnungsschaltung.
Wenn in der Zerhackerschaltung von Fig. 23 der GTO einschaltet, wird die Last 1 mit der Spannung Vd beaufschlagt, was den Laststrom IL ansteigen läßt. Wenn der GTO ausschaltet, veranlaßt dies VL=0, was den in der Last 1 fließenden Strom IL durch die Freilaufdiode Df fließen läßt, bis er gedämpft ist.
Die Dämpfungsschaltung hat die Funktion des Absorbierens von Stoßspannungen, die durch die Drossel La, Induktivitätskomponenten der Drähte usw. verursacht sind, wenn der GTO abschaltet. Wenn insbesondere keine Dämpfungsschaltung verwendet wird, kann der Laststrom IL bei abgeschaltetem GTO durch die Freilaufdiode Df, wie oben erwähnt, zirkulieren, jedoch hat der durch die Drossel La fließende Strom nirgendwo zu gehen, mit dem Ergebnis, daß eine übermäßige Spannung an dem GTO liegt, um so den GTO zu zerstören.
Wenn eine Dämpfungsschaltung mit dem GTQ verbunden ist, wird bei abgeschaltetem GTO die Energie in der Drossel La in dem Kondensator Cs über die Diode Ds gespeichert, um so den GTO vor übermäßigen Spannungen und Strömen zu schützen.
Wenn der GTO dann einschaltet, entlädt sich die Spannung des Kondensators Cs mittels einer geschlossenen Schleife aus der Rückgewinnungsdiode Do, der Drossel Lo, der Hilfsleistungsversorgung Eo, der Drossel La, dem GTO und dem Kondensator Cs.
Jedoch verlängert bei der oben beschriebenen Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung die in die Rückgewinnungsschaltung eingefügte Drossel Lo die Entladungszeit des Kondensators Cs, was es unmöglich macht, dieses Gerät für einen GTO mit einer hohen Schaltfrequenz zu verwenden.
Wenn die Drossel Lo aus der Rückgewinnungsschaltung entfernt wird, wird ein Resonanzstrom durch den Kondensator Cs und die Drossel La verursacht, was das Problem hervorruft, daß ein großer Strom durch den GTO fließt.
Das zum Stand der Technik zählende Dokument JP-62 221 865 offenbart eine Energiereduktionsschaltung aus einem Stromtyp-Leistungsumsetzer, bei dem ein durch eine Hauptgleichstromdrossel fließender Gleichstrom so gesteuert ist, daß er durch einen Hauptumsetzer bzw. -konverter im wesentlichen konstant ist. Eine Konstantstromquelle zum Entfernen von Dämpfungsenergie ist durch den Hauptkonverter eingestellt, eine sättigbare Drossel ist für jede Dämpfungsschaltung vorgesehen, und ein Entladungsstrom des Dämpfungskondensators wird durch das Windungsverhältnis der sättigbaren Drossel bestimmt. Wenn sich in dieser Energiereduktions schaltung der Gleichstrom verändert, liegt daher eine Möglichkeit vor, daß ein notwendiger Entladungsstrom nicht aufrechterhalten werden kann, was insbesondere für Start- und Stop-Operationen gilt, und daß die Spannung des Dämpfungskondensators nicht ausreichend bis zu Null durch die nächste Abschaltoperation entladen werden kann.
Weiterhin offenbart das zum Stand der Technik zählende Dokument DE-A-35 21 983 eine Entlastungsschaltung, die ähnlich zu derjenigen von Fig. 23 ist. In dieser Schaltung wird eine Phase eines Inverters anstelle einer Zerhackerschaltung verwendet, und während eine Konstantstromquelle vorgesehen ist, werden zu der Zeit des Einschaltens eines Elementes Ladungen, die in einem Dämpfungskondensator gesammelt sind, über einen spezifischen Weg in richtiger Reihenfolge entladen. Um einen übermäßigen Entladestrom zu vermeiden, ist eine Drossel in den Weg eingefügt. Der Wert des Entladestromes hängt von der Drossel ab, so daß es wichtig ist, die Drossel in geeigneter Weise zu wählen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Probleme zu lösen, indem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung vorgesehen wird, die geeignet ist, um schaltvorrichtungen zu schützen, die aus Hochkapazitäts Zerhackerschaltungen, Inverter oder dergleichen gebildet sind, die einen Anstieg im Strom unterdrücken kann, wenn die Schaltvorrichtung einschaltet, indem die Entladezeit des Dämpfungskondensators verkürzt wird, und die einen kompakten Aufbau erlaubt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, wie diese im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung umfaßt: eine Dämpfungsschaltung, die eine Reihenschaltung enthält, welche parallel zu einer Schaltvorrichtung liegt, wobei die Reihenschaltung aus einer Dämpfungsdiode und einem Dämpfungskondensator besteht, einen Rückgewinnungsweg, bei dem ein erstes Ende mit dem Verbindungspunkt des Dämpfungskondensators und der Dämpfungsdiode der Reihenschaltung und ein zweite Ende mit einer Hauptschaltung verbunden ist und der die in dem Dämpfungskondensator gespeicherte Energie zu der Hauptschaltung rückgewinnt, und eine mit dem Rückgewinnungsweg verbundene Gleichstromquelle die den in dem Rückgewinnungsweg fließenden Strom auf einem vorbestimmten konstanten Wert hält.
Das heißt, der Rückgewinnungsweg hat eine Rückgewinnungsdiode und eine Gleichstromdrossel, und die Konstantstromquelle enthält eine Wechselstrom- (AC-)Leistungsquelle, einen Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungskonverter, der mit der Wechselstronquelle verbunden und zwischen die Gleichstromdrossel in dem Rückgewinnungsweg und die Hauptschaltung eingefügt ist, und eine Steuerschaltung zum Steuern des Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungskonverters, so daß der durch die Gleichstromdrossel fließende Strom konstant sein kann.
Wenn bei der so aufgebauten vorliegenden Erfindung angenommen wird, daß eine Drossel (im folgenden als Anodendrossel La bezeichnet) in der Hauptschaltung liegt, so läßt die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP einen konstanten Gleichstrom in dem Weg fließen, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP, die Anodendrossel La, die Dämpfungsdiode Ds, die Rückgewinnungsdiode Do und die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP in dieser Reihen folge führt, unabhängig von dem Laden und Entladen des Dämpfungskondensators Cs.
Insbesondere sind ein Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungskonverter SS und eine Gleichstromdrossel Lo vorgesehen, und der Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungskonverter SS ist so gesteuert, daß der durch die Gleichstromdrossel Lo fließende Strom konstant sein kann.
Der Wert des Gleichstromes Io wird zu einem Wert nahezu eine Ziffer kleiner als diejenige des Nennstromes IL in der Hauptschaltung gewählt. Die Induktivität der Gleichstromdrossel Lo wird zu einem großen Wert von ungefähr 10 mH gewählt, um Stromwelligkeiten zu unterdrücken.
Wenn die Schaltvorrichtung eingeschaltet wird, fließt ein Strom gleich zu der Summe des Laststromes IL und des Konstanten Stromes Io durch die Schaltvorrichtung Da der Gleichstrom-Konstantstrom Io eine Ziffer kleiner als der Laststrom IL ist, wird eine Steigerung im Strom in der Vorrichtung ein weniger bedeutendes Problem.
Wenn die Schaltvorrichtung abschaltet, wird der durch die Anodendrossel La fließende Laststrom IL zugemacht, und er kann dann in den Dämpfungskondensator Cs über die Dämpfungsdiode Ds fließen, um den Kondensator zu laden.
Wenn sodann die Schaltvorrichtung einschaltet, ist die Dämpfungsdiode Ds mit einer Rückwärts-Vorspannung beaufschlagt, was den aus der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP fließenden Strom in einen Weg fließen läßt, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP, die Anodendrossel La, die Schaltvorrichtung, den Dämpfungskondensator Cs, die Rückgewinnungsdiode Do und die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP in dieser Reihenfolge führt. Dieser Stromweg verbleibt, bis die Spannung Vc an dem Dämpfungskondensator Cs auf Null abfällt. Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo, die für die Spannung Vc am Dämpfungskondensator Cs erforderlich ist, um Null zu werden, wie folgt ausgedrückt:
ΔTo = Vc Cs/Io
Wenn Vc = 2.000 V, Cs = 6 µF und 10 = 200 A vorliegen, so wird die Zeit ΔTo zu ΔTo = 60 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds wieder einen Strom, was den Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP in einem Weg fließen läßt, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP, die Anodendrossel La, die Dämpfungsdiode Ds, die Rückgewinnungsdiode Do und die Gleichstrom-Konstantstromquelle in dieser Reihenfolge führt.
Danach ist das Schalten immer bereit, abgeschaltet bzw. abgestimmt zu werden. Die Schaltvorrichtung erfordert le diglich eine minimale Ein-Zeit von ΔTo = 60 µs.
Wenn beispielsweise die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP aus einer Wechselstromquelle AC-SUP, einem Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungskonverter SS und einer Gleichstromdrossel Lo besteht, wird die Energie (1/2)Cs Vc² in dem Dämpfungskondensator Cs einmal zu der Gleichstromdrossel Lo übertragen, weiterhin in Wechselstromleistung durch einen Leistungskonverter (beispielsweise einen Thyristor-Konverter) SS umgesetzt und dann zu der Wechselstrom-Leistungsversorgung rückgewonnen.
Weiterhin umfaßt eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung, die auf eine Hauptschaltung angewandt ist, welche eine Schaltvorrichtung und eine Stromunterdrückungsdrossel enthält, die in Reihe geschaltet sind: eine Dämpfungsschaltung aus einer Reihenschaltung, die mit der Hauptschaltung verbunden ist, um parallel mit der Schaltvorrichtung zu sein, wobei die Reihenschaltung aus einer Dämpfungsdiode und einem Dämpfungskondensator aufgebaut ist, einen ersten Rückgewinnungsweg, der ein erstes Ende, das mit dem Verbindungspunkt des Dämpfungskondensators und der Dämpfungsdiode der Reihenschaltung verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der Hauptschaltung verbunden ist, hat, und der die Energie, die in dem Dämpfungskondensator gespeichert ist, zu der Hauptschaltung über eine erste Rückgewinnungsdiode rückgewinnt, einen zweiten Rückgewinnungsweg, der zwischen einem Ende und dem anderen Ende der Drossel verbunden ist, die mit der Schaltvorrichtung verbunden ist, und der die in der Drossel belassene Energie zu der Hauptschaltung über eine zweite Rückgewinnungsdiode rück gewinnt, wenn die Spannung des Dämpfungskondensators einen spezifischen Wert erreicht hat, eine Gleichstrom- Konstantstromquelle, die mit dem ersten Rückgewinnungsweg verbunden ist und den in dem ersten Rückgewinnungsweg fließenden Strom auf einem vorbestimmten konstanten Wert hält, und eine Gleichstrom-Konstantstromquelle, die in den zweiten Rückgewinnungsweg eingefügt ist.
Wenn bei der so aufgebauten vorliegenden Erfindung die Schaltvorrichtung abgeschaltet ist, läßt die Gleichstrom- Konstantstromquelle CSUP einen konstanten Strom in einen Weg fließen, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP, die Anodendrossel La, die Dämpfungsdiode Ds, die erste Rückgewinnungsdiode D1 und die Gleichstrom- Konstantstromouelle CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Wenn die Schaltvorrichtung abschaltet, wird die in der Induktivität der Drähte und der Anodendrossel La für eine Stromunterdrückung gespeicherte Energie zu dem Dämpfungskondensator Cs über die Dämpfungsdiode Ds übertragen.
Wenn die Ladespannung Vc an dem Dämpfungskondensator Cs hoch wird, wird die Energie in der Anodendrossel La zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle VSUP über die zweite Rückgewinnungsdiode D2 rückgewonnen. Das heißt, die durch die Anodendrossel La erzeugte Spannung wird auf die Spannung Edc der Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP unterdrückt. In dem Fall einer Zerhackerschaltung ist der Maximalwert Vcm der in den Dämpfungskondensator Cs geladenen Spannung gleich zu der Summe der Hauptgleichspannung Vd, der Spannung AE, die durch die Induktivität Lc der Drähte verursacht ist, und der Spannung Edc der Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP:
Vcm = Vd + ΔE + Edc
ΔE = Lc (di/dt)
Die Spannung Edc der Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP ist zu einem Wert nahezu eine Ziffer kleiner als die Hauptgleichstromquellenspannung Vd gewählt. Wenn beispielsweise bei ausreichend kleinem ΔE Vd = 3.000 V und Edc = 300 V gelten, so wird der Maximalwert Vcm zu Vcm = 3,300 V.
Die Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP, die eine Spannungsquelle ist, welche zur Leistungsrückgewinnung fähig ist, besteht beispielsweise aus einem Gleichstrom- Glättungskondensator, einem Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer bzw. -Konverter und anderen Bauteilen. Daher wird die Energie in der Stromunterdrückungsanodendrossel La zuerst zu dem Dämpfungskondensator Cs übertragen, und sodann wird das Meiste der Energie zu der Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP rückgewonnen.
Wenn sodann die Schaltvorrichtung einschaltet, fließt der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in einem Weg, der durch CSUP, La, Schaltvorrichtung, Os, D1 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Insbesondere wird die Spannung Vs des Dämpfungskondensators Os bei einem konstanten Strom Io entladen. Der Gleichstrom Io ist zu einem Wert gewählt, der um eine Ziffer kleiner als der Nennstrom (Laststrom) IL in der Hauptschaltung ist.
Wenn die Schaltvorrichtung einschaltet, führt die Schaltvorrichtung einen Strom gleich zu der Summe des Laststromes IL und des konstanten Stromes Io. Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo, die für die Spannung Vc des Dämpfungskondensators Cs erforderlich ist, um Null zu werden, wie folgt ausgedrückt:
Wenn beispielsweise Vc = 3.000 V, Cs = 6 µF und 10 = 200 A vorliegen, so führt dies zu ΔTo = 90 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds wieder einen Strom, der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP fließt in einem Weg, der durch CSUP, La, Ds, D1 und CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Danach ist die Schaltvorrichtung immer bereit, um abgeschaltet zu werden. Die Schaltvorrichtung erforderlich die minimale Ein-Zeit von ΔTo = 90 µs.
Weiterhin ist eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung auf einen Leistungskonverter angewandt, der aufweist: eine Gleichstromquelle, erste und zweite Schaltblöcke, die in Reihe zwischen dem positiven Anschluß und dem negativen Anschluß der Gleichstromquelle liegen, und eine Drossel, die wenigstens entweder zwischen den positiven Anschluß der Gleichstromquelle und das positive Ende des ersten Schaltblockes oder zwischen den negativen Anschluß der Gleichstromquelle und das negative Ende des zweiten Schaltblockes eingefügt ist, wobei die ersten und zweiten Schaltblöcke jeweils die gleiche Anzahl von Schaltvorrichtungen, die in Reihe in einer Vorwärtsrichtung verbunden sind, und Freilaufdioden, die umgekehrt parallel mit den Schaltvorrichtungen verbunden sind, haben, wobei die Dämpfungsenergie- Rückgewinnungsschaltung aufweist: eine Rückgewinnungsschaltung mit Reihenschaltungen, die parallel zu jeder Schaltvorrichtung verbunden sind, wobei jede Reihenschaltung, die für jede Schaltvorrichtung in dem ersten Schaltblock vorgesehen ist, eine Dämpfungsdiode, deren Kathode mit der Kathode der Schaltvorrichtung verbunden ist, und einen Kondensator, der zwischen der Anode der Dämpfungsdiode und der Anode der Schaltvorrichtung vorgesehen ist, enthält, und wobei jede Reihenschaltung, die für jede Schaltvorrichtung in dem zweiten Schaltblock vorgesehen ist, eine Dämpfungsdiode, deren Anode mit der Anode der Schaltvorrichtung verbunden ist, und einen Dämpfungskondensator, der zwischen der Kathode der Dämpfungsdiode und der Kathode der Schaltvorrichtung vorgesehen ist, enthält, einen Rückgewinnungsweg zum Verbinden des Verbindungspunktes der Dämpfungsdiode einer Reihen schaltung, die für eine Schaltvorrichtung an dem positiven Ende des ersten Schaltblockes vorgesehen ist, und der Schaltvorrichtung mit dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode einer Reihenschaltung, die für eine Schaltvorrichtung an dem positiven Ende des zweiten Schaltblockes vorgesehen ist, und der Schaltvorrichtung, und eine Konstantstromquelle, die mit dem Rückgewinnungsweg verbunden ist, um einen durch den Rückgewinnungsweg fließenden Strom auf einem vorbestimmten konstanten Wert zu halten.
Wenn eine einzige erste Schaltvorrichtung in dem ersten Schaltblock vorgesehen ist, und wenn eine einzige zweite Schaltvorrichtung in dem zweiten Schaltblock vorgesehen ist, so bildet dies einen Zweipegel-Ausgangskonverter. In der folgenden Erläuterung wird der Name jeder Komponente, die der ersten Schaltvorrichtung zugeordnet ist, durch "die erste" und derjenige jeder Komponente, die der zweiten Schaltvorrichtung zugeordnet ist, durch vorgestelltes "die zweite" angegeben.
Wenn die erste Schaltvorrichtung einschaltet, entladen sich die in dem ersten Dämpfungskondensator während der Aus-Periode der ersten Schaltvorrichtung gesammelten Ladungen bei einem konstanten Strom in einem Weg, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle, den ersten Dämpfungskondensator, die erste Schaltvorrichtung, die zweite Dämpfungsdiode und die Gleichstrom-Konstantstromquelle in dieser Reihenfolge führt, was die in dem ersten Dämpfungskondensator gespeicherte Dämpfungsenergie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle rückgewinnen läßt.
Wenn andererseits die zweite Schaltvorrichtung einschaltet, entladen sich die in dem zweiten Dämpfungskondensator während der Aus-Periode der zweiten Schaltvorrichtung gesammelten Ladungen bei einem konstanten Strom in einem Weg, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle, die erste Dämpfungsdiode, die zweite Schaltvorrichtung, den zweiten Dämpfungskondensator und die Gleichstrom-Konstantstromquelle in dieser Reihenfolge führt, was die in dem zweiten Dämpfungskondensator gespeicherte Dämpfungsenergie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle rückgewinnen läßt.
Eine erste und eine zweite Schaltvorrichtung in dem ersten Schaltblock und eine dritte und vierte Schaltvorrichtung in dem zweiten Schaltblock vorgesehen sind, so bildet dies einen Dreipegel-Ausgangskonverter. In der folgenden Erläuterung wird der Name jeder Komponente, die der dritten Schaltvorrichtung zugeordnet ist, durch "die dritte" vorgestellt, und derjenige jeder Komponente, die der vierten Schaltvorrichtung zugeordnet ist, wird durch "die vierte" vorgestellt.
Wenn die zweiten und dritten Schaltvorrichtungen eingeschaltet sind (die ersten und vierten Schaltvorrichtungen sind ausgeschaltet), dann sind die ersten und vierten Dämpfungskondensatoren mit einer Spannung von angenähert der Hälfte der Gleichstrom-Leistungsquellenspannung beaufschlagt. Wenn in diesem Zustand die dritte Schaltvorrichtung dann ausschaltet und die erste Schaltvorrichtung einschaltet, so werden die erste und zweite Dämpfungsdiode rückwärts vorgespannt mit der Spannung des ersten Dämpfungskondensators, was den Entladestrom in einem Weg fließen läßt, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle, die erste Rückgewinnungsdiode, den ersten Dämpfungskondensator, die erste Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung, die dritte Dämpfungsdiode und die Gleichstrom-Konstantstromquelle in dieser Reihenfolge fließt, mit dem Ergebnis, daß die in dem ersten Dämpfungskondensator gespeicherte Energie zu der Gleichstrom- Konstantstromquelle rückgewonnen wird.
Wenn die erste und die zweite Schaltvorrichtung eingeschaltet sind, während die dritte und die vierte Schaltvorrichtung ausgeschaltet sind, sind der dritte und der vierte Dämpfungskondensator mit einer Spannung beaufschlagt. Wenn in diesem Zustand die erste Schaltvorrichtung wieder ausschaltet und die dritte Schaltvorrichtung einschaltet, so ist die dritte Dämpfungsdiode rückwärts mit der Spannung des dritten Dämpfungskondensators vorgespannt, was den Entladestrom von dem dritten Dämpfungskondensator in einem Weg fließen läßt, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle, die zweite Dämpfungsdiode, die dritte Schaltvorrichtung, den dritten Dämpfungskondensator und die Gleichstrom-Konstantstromquelle in dieser Reihenfolge führt, mit dem Ergebnis, daß die in dem dritten Dämpfungskondensator gespeicherte Energie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle rückgewonnen wird.
Wenn in dem Zustand, in dem die zweite und die dritte Schaltvorrichtung eingeschaltet sind, die zweite Schaltvorrichtung ausschaltet und die vierte Schaltvorrichtung einschaltet, so sind die dritten und vierten Dämpfungsdioden rückwärts vorgespannt mit der Spannung des vierten Dämpfungskondensators, was den Entladestrom von dem vierten Dämpfungskondensator in einem Weg fließen läßt, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle, die zweite Dämpfungsdiode, die dritte Schaltvorrichtung, die vierte Schaltvorrichtung, den vierten Dämpfungskondensator, die zweite Rückgewinnungsdiode und die Gleichstrom-Konstantstromquelle in dieser Reihenfolge führt, mit dem Ergebnis, daß die in dem vierten Dämpfungskondensator gespeicherte Energie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle rückgewonnen wird.
Wenn weiterhin in dem Zustand, in dem die dritte und vierte Schaltvorrichtung eingeschaltet sind, die vierte Schaltvorrichtung wieder ausschaltet und die zweite Schaltvorrichtung einschaltet, so ist die zweite Dämpfungsdiode rückwärts mit der Spannung des zweiten Dämpfungskondensators vorgespannt, was den Entladestrom von dem zweiten Dämpfungskondensator in einem Weg fließen läßt, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle, den zweiten Dämpfungskondensator, die zweite Schaltvorrichtung, die dritte Dämpfungsdiode und die Gleichstrom- Konstantstromquelle in dieser Reihenfolge führt, mit dem Ergebnis, daß die in dem zweiten Dämpfungskondensator gespeicherte Energie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle rückgewonnen wird.
Wie oben erläutert ist, kann bei der vorliegenden Erfindung die Energie in den Dämpfungskondensatoren von allen Vorrichtungen rückgewonnen werden, indem eine einzige Konstantstromquelle für nicht nur gewöhnliche Zweipegel Ausgangsinverter sondern auch für Inverter mit Dreipegel- Ausgängen oder mehr vorgesehen wird. Weiterhin ist der Wert des Entladestromes von den Dämpfungskondensatoren gleich zu demjenigen der Konstantstromquelle, was einen übermäßigen Resonanzstrom (Entladestrom) ausschließt, der ein Problem in herkömmlichen Äquivalenten ist.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine der vorliegenden Erfindung zugeordnete Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung auf eine Hauptschaltung mit einer einzigen Schaltvorrichtung angewandt ist,
Fig. 2 ein Satz von Betriebswellenformdiagrammen für die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 1 ist,
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Gleichstrom-Konstantstromquelle ist, die für die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 1 vorgesehen ist,
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 1 ist,
Fig. 5 ein Satz von Betriebswellenformdiagrammen für die Ersatzschaltung von Fig. 4 ist,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Gleichstrom-Konstantstromquelle ist, die mit einem selbsterregten Konverter und einem Filterkondensator ausgestattet ist,
Fig. 7 ein schematisches Diagramm einer Gleichstrom-Konstantstromquelle ist, die mit einem Hochfrequenz-Verkettungskonverter versehen ist,
Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer Gleichstrom-Konstantstromquelle ist, die mit einer Doppelzerhackerschaltung und einem Gleichstrom/Gleichstrom-Konverter versehen ist,
Fig. 9 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine der vorliegenden Erfindung zugeordnete Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung auf ein Gerät mit einer Reihenschaltung angewandt ist, die zwei Schaltvorrichtungen enthält,
Fig. 10 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf einen Spannungstvp-Konverter angewandt ist,
Fig. 11 ein Satz von Betriebswellenformdiagrammen für die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 10 ist,
Fig. 12 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf einen Mehrfach-PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Steuerinverter angewandt ist,
Fig. 13 ein Satz von Betriebswellenformdiagrammed für die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 12 ist,
Fig. 14 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf eine Zerhackerschaltung angewandt ist,
Fig. 15 ein Diagramm ist, das einen konkreten Aufbau der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 14 zeigt,
Fig. 16 ein schematisches Diagramm eines anderen Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungs schaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf einen Spannungstyp-Konverter angewandt ist,
Fig. 17 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf einen Zweipegel-Ausgangsinverter angewandt ist,
Fig. 18 ein Satz von Betriebswellenformdiagrammen für die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 17 ist,
Fig. 19 ein Diagramm ist, das einen konkreten Aufbau einer Gleichstrom-Konstantstromquelle zeigt, die für die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung von Fig. 17 vorgesehen ist,
Fig. 20 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf einen Dreipegel-Ausgangsinverter angewandt ist,
Fig. 21 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf einen Vierpegel-Ausgangsinverter angewandt ist,
Fig. 22 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels ist, bei dem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungs schaltung, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, auf einen Fünfpegel-Ausgangsinverter angewandt ist, und
Fig. 23 ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung ist.
Anhand der Fig. 1 bis 5 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei welchem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung auf eine Zerhackerschaltung angewandt ist. Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau des Ausführungsbeispiels Eine Last 1 liegt über beiden Anschlüssen einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle Vd für die Zerhackerschaltung, wobei eine Freilaufdiode Df umgekehrt parallel zu der Last 1 verbunden ist. Zwischen dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle Vd und der Last 1 sind eine Anodendrossel La und ein GTO in Reihe eingefügt. Der GTO wird durch eine Laststrom-Steuerschaltung CONTL gesteuert.
Der GTO liegt parallel zu einer Reihenschaltung, die eine Dämpfungsdiode Ds und einen Dämpfungskondensator Cs enthält. Die Anode der Dämpfungsdiode Ds ist mit der Anode des GTO verbunden. Der Dämpfungskondensator Cs ist zwischen der Kathode der Dämpfungsdiode Ds und der Kathode des GTO vorgesehen.
Der Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds und des Dämpfungskondensators Cs ist mit einem Ende einer Drossel Lo über eine Rückgewinnungsdiode Do in Vorwärtsrichtung ver bunden. Das andere Ende der Drossel Lo ist mit einem Ver- bindungspunkt zwischen der Gleichstromquelle Vd und der Anodendrossel La über extern erregte Konverter verbunden.
Der Strom Io, der durch die Drossel Lo fließt, wird auf einem konstanten Wert durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP gehalten, welche die Drossel Lo enthält.
Ein konkreter Aufbau der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP ist in Fig. 3 gezeigt. In der Figur bezeichnen Bezugszeichen AC-SUP eine Dreiphasen-Wechselstrom-(AC-)-- Leistungsquelle, TR einen Dreiphasen-Transformator, SS einen dreiphasigen, extern erregten Konverter aus Thyristoren S1 bis S6, CTo einen Stromdetektor, CONTo eine Steuerschaltung, VRo einen Strombezeichnungsgenerator, Co einen Vergleicher, Go(s) eine Stromsteuerkompensationsschaltung und PHC eine Phasensteuerschaltung. Zwischen der Drossel Lo und der Anodendrossel La liegt der dreiphasige, extern erregte Konverter SS, mit dem die Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung AC-SUP über den Dreiphasen-Transformator TR verbunden ist.
Die Laststrom-Steuerschaltung CONTL besteht aus einem Vergleicher CL, einer Stromsteuer-Kompensationsschaltung GL(s), einer Pulsbreiten-Modulationssteuerschaltung PWMC und einem Sägezahnwellengenerator TRG.
Der Betrieb des so aufgebauten Ausführungsbeispiels wird weiter unten erläutert.
Eine kurze Erläuterung wird zuerst für den Betrieb der Zerhackerschaltung gegeben. Ein Laststrom wird durch einen Stromdetektor CTL erfaßt. Der Vergleicher CL erzeugt eine Abweichung &epsi;L von IL von einem bezeichneten Stromwert IL*, der dann durch die Stromsteuer-Kompensationsschaltung GL(s) verstärkt wird. Das sich ergebende Signal wird zu der Pulsbreiten-Modulationssteuerschaltung PWMC gespeist.
Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm, das verwendet wird, um den PWM-Steuerbetrieb zu erläutern. In der Figur bezeichnet ein Eezugszeichen X ein Träger-(Sägezahnwellen-)Signal in der PWM-Steuerung, ei ein Eingangssignal (ein Spannungsbezugssignal), das von der Stromsteuer-Kompensationsschaltung GL(s) eingespeist ist, g1 ein Gattersignal für den GTO, VL eine an der Last 1 liegende Spannung und IL einen Laststrom.
Für den Träger X wird eine Sägezahnwelle verwendet, die sich in dem Bereich von 0 bis +Emax verändert. Der Träger wird mit dem Eingangssignal ei verglichen, um ein Gattersignal g1 für den GTO zu bilden. Insbesondere arbeitet der GTO wie folgt:
Wenn ei > X vorliegt, ist der GTO für g1 = 1 eingeschaltet.
Wenn ei < X vorliegt, ist der GTO für g1 = 0 ausgeschaltet.
Die Spannung VL, die an der Last 1 liegt, beträgt:
VL = +Vd, wenn der GTO eingeschaltet ist.
VL = 0, wenn der GTO ausgeschaltet ist.
Somit ist der mittlere Wert von VL proportional zu dem Eingangssignal ei. Der Laststrom IL steigt an, wenn der GTO einschaltet, und fließt in einen Weg, der durch Vd, La, GTO, Last und Vd in dieser Reihenfolge führt. Wenn der GTO ausschaltet, fließt der Laststrom IL durch die freie Freilaufdiode Df und nimmt graduell ab.
Wenn IL* > IL vorliegt, wird die Abweichung &epsi;L positiv, was das PWM-Steuereingangssignal ei steigert, wodurch die Ein-Periode des GTO länger wird. Als ein Ergebnis nimmt die Ausgangsspannung VL zu, was den Laststrom IL anhebt, um so IL* = IL zu liefern.
Wenn in ähnlicher Weise IL* < IL vorliegt, wird die Abweichung &epsi;L negativ, was das PWM-Steuereingangssignal ei vermindert, wodurch die Ein-Periode des GTO kürzer wird. Als ein Ergebnis sinkt die Ausgangsspannung VL, was den Laststrom IL vermindert, um so IL* = IL zu liefern.
Wenn der GTO ausschaltet, werden Stoßspannungen aufgrund des Vorliegens der Induktivitätskomponenten der Verdrahtung und der Anodendrossel La erzeugt. Die Stoßspannungen werden durch den Dämpfungskondensator Cs absorbiert.
Im folgenden wird der Betrieb der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung erläutert.
Die Steuerschaltung CONTo steuert den dreiphasigen, extern erregten Konverter SS, so daß der durch die Gleichstromdrossel Lo fließende Strom konstant sein kann.
Insbesondere erfaßt der Stromdetektor CTO den durch die Gleichstromdrossel Lo fließenden Strom Io und speist den erfaßten Strom zu dem Vergleicher Co. Der Vergleicher Co vergleicht den erfaßten Stromwert 10 mit dem bezeichneten Stromwert Io* von dem Strombezeichnungsgenerator VRO und berechnet eine Abweichung von Io = Io* - Io. Die Abweichung &epsi;o wird durch die Steuerkompensationsschaltung Go(s) verstärkt, und das sich ergebende e = &epsi;o Go(s) wird in die Phasensteuerschaltung PHC des dreiphasigen, extern erregten Konverters SS gespeist.
Der dreiphasige, extern erregte Konverter SS reguliert die Ausgangsgleichspannung Vo durch Steuern des Zündphasenwinkels a der sechs Thyristoren S1 bis S6 bezüglich einer Dreiphasenleitungsspannung. Wenn das Primär/Sekundärwicklungsverhältnis des Transformators TR durch 1 : 1 gegeben ist und der Effektivwert der Leitungsspannung der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsversorgung AC-SUP den Wert Vac hat, so wird die Gleichspannung Vo wie folgt ausgedrückt:
Vo = 1,35 Vac COSα
Die Phasensteuerschaltung PHC führt eine Phasensteuerung aufgrund eines gewöhnlichen Kosinusvergleiches mit dem Ergebnis durch, daß COSα einen Wert proportional zu dem Eingangssignal e hat. Somit hat die Ausgangsgleichspannung Vo einen Wert proportional zu der Eingangsspannung e. Wenn e negativ ist, wird der Phasenwinkel α größer als 90º, und die Gleichspannung Vo wird ebenfalls negativ.
Wenn Io* > Io vorliegt, wird die Abweichung &epsi;o positiv, was den Eingang e zu der Phasensteuerschaltung PHC steigert. Als ein Ergebnis nimmt die Gleichspannung Vo in der Pfeilrichtung in Fig. 3 zu, um so den Gleichstrom Io zu erhöhen.
Wenn dagegen Io* < Io vorliegt, wird die Abweichung &epsi;o negativ, was den Eingang e zu der Phasensteuerschaltung PHC vermindert. Als ein Ergebnis nimmt die Gleichspannung Vo in der entgegengesetzten Richtung derjenigen des Pfeiles in Fig. 3 zu, was den Gleichstrom Io vermindert. Gegebenenfalls wird die Steuerung fortgesetzt, um Io* = Io zu liefern.
Wie oben beschrieben ist, läßt die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP den konstanten Strom Io in einem Pfad fließen, der durch SS, La, Ds, Do und SS in dieser Reihenfolge fließt, unabhängig von dem Laden und Entladen des Dämpfungskondensators Cs. Der Gleichstromwert 10 wird zu einem Wert ungefähr um eine Ziffer kleiner als der Nennausgangsstrom IL in der Hauptschaltung gewählt. Um Welligkeiten in dem Gleichstrom Io zu vermindern, wird der Induktivitätswert in der Gleichstromdrossel Lo zu angenähert 10 mH gewählt.
Wenn der GTO eingeschaltet ist, fließt ein Strom gleich zu der Summe des Laststromes IL und des Gleichstromes 10 durch den GTQ. Da der Gleichstrom-Konstantstrom 10 um eine Ziffer kleiner als der Laststrom IL ist, wird eine Steigerung im Strom in dem Element weniger signifikant.
Wenn der GTO ausschaltet, wird der durch die Anodendrossel La fließende Laststrom IL abgeschaltet, und er kann dann in den Dämpfungskondensator Cs über die Dämpfungsdiode Ds fließen, um diesen Kondensator mit der gezeigten Polarität auf zuladen.
Wenn sodann der GTO einschaltet, ist die Dämpfungsdiode Ds mit einer Rückwärtsvorspannung beauf schlagt, was den Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP in einem Pfad fließen läßt, der durch SS, La, GTO, Cs, Do, Lo und SS in dieser Reihenfolge verläuft. Dieser Strompfad verbleibt, bis die Spannung Vc an dem Dämpfungskondensator Cs auf Null abfällt. Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo, die erforderlich ist, damit die Spannung Vc am Dämpfungskondensator Cs zu Null wird, wie folgt ausgedrückt:
ΔTo = Vc Cs/Io
Wenn beispielsweise Vc = 1354 V, Cs = 6 µF und Io = 100 A vorliegt, so ergibt dies ΔTo = 81 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds wieder einen Strom, was den Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP in einem Pfad fließen läßt, der durch SS, La, Ds, Do, Lo und SS in dieser Reihenfolge führt. Danach ist der GTO immer bereit, abgeschaltet zu werden.
Der GTO erfordert lediglich die minimale Ein-Zeit von ΔTo = 81 µs.
Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltungsdiagramm zum Erläutern des Betriebs der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung des Gerätes von Fig. 1. Fig. 5 zeigt Spannungs- und Stromquellenformen an verschiedenen Teilen der Ersatz- schaltung von Fig. 4.
Der dreiphasige, extern erregte Konverter SS, der durch eine regenerative Spannungsquelle dargestellt ist, die eine Spannung Vo von beiden Richtungen, positiv und negativ, erzeugt, kombiniert mit der Gleichstromdrossel Lo, um die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP zu bilden.
Wenn in der Schaltung von Fig. 4 der GTO abgeschaltet wurde, ist die maximale Spannung Vcm, die in dem Dämpfungskondensator Cs aufgeladen ist, die Gleichspannung Vd, addiert zu der Spannung, die der Energie entspricht, welche durch den Strom IL verursacht ist, der durch die Anodendrossel La fließt. Das heißt, der Kondensator Cs ist mit der Spannung Vcm beauf schlagt, die die folgende Gleichung erfüllt:
(1/2) La IL² = (1/2) Cs (Vcm²-Vd²)
Wenn beispielsweise La = 20 µH, Cs = 6 µH, Vd 1000 V und IL = 500 A vorliegen, so ergibt dies Vcm = 1,354 V.
Wenn sodann der GTO einschaltet, liegt die Spannung Vcm des Dämpfungskondensators Cs über der Diode Ds. Wenn sich die Diode entlädt, wird die an Ds angelegte Spannung Vds ebenfalls gedämpft.
Wenn der Gleichstrom Io konstant ist, ist der Mittelwert der Spannung Vds gleich zu dem invertierten Wert -Vo der Ausgangsspannung von dem dreiphasigen, extern erregten Konverter SS. Wenn insbesondere die Entladezeit ΔTo be trägt und die Schaltperiode des GTO durch T gegeben ist, so wird die Spannung Vo derart, daß die folgende Gleichung erfüllt ist:
T Vo = -(1/2) ΔTo Vcm
Das Einsetzen von ΔTo = Vcm Cs/Io ergibt folgendes:
Vo = -(1/2) Cs Vcm²/(T 10)
Wenn die Schaltfrequenz durch 1000 Hz und 10 durch 10 = 100 A unter den obigen Bedingungen gegeben sind, so liefert dies Vo = -55 V.
Wenn in diesem Fall die Schaltungsverluste vernachlässigt werden, da sie ausreichend klein sind, wird eine elektrische Leistung von angenähert 5,5 kW zu der Wechselstrom- Leistungsversorgung AC-SUP rückgewonnen.
Durch Verwenden des Wertes der Gleichstromdrossel Lo, der Spannung Vc des Dämpfungskondensators Cs und der Spannung Vo des dreiphasigen, extern erregten Konverters SS wird eine Welligkeit Δio in dem Gleichstrom Io wie folgt angenähert:
Δio = (Vcm - Vc) ΔTo/(2Lo)
mit ΔTo = T.
Für Lo = 10 mH, ΔTo = 81 µs und Vcm - Vo = 1.304 V ist die Stromwelligkeit gegeben durch Δio = 5,3 A.
Aus einem mikroskopischen Gesichtspunkt wird die in dem Dämpfungskondensator Cs gespeicherte Energie einmal zu der Gleichstromdrossel Lo übertragen, weiterhin durch den dreiphasigen, extern erregten Konverter SS in Wechselstromleistung umgesetzt und dann zu der Wechselstrom- Leistungsquelle AC-SUP rückgewonnen.
Auf diese Weise kann die in dem Dämpfungskondensator Cs gespeicherte Energie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP rückgewonnen werden.
Da, wie oben beschrieben, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Pfad gebildet wird, der einen Strom zwischen dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds und des Dämpfungskondensators Cs und dem Verbindungspunkt des positiven Anschlusses der Gleichstrom-Leistungsquelle Vs und der Anodendrossel La fließen läßt, und die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP vorgesehen ist, die den Strom Io, der durch die Pfad fließt, auf einem konstanten Wert hält, ist es möglich, die in dem Dämpfungskondensator Cs gespeicherte Energie in einer kurzen Zeit zu entladen, ohne den in dem GTO fließenden Strom zu erhöhen, um so die Mindest-Ein-Zeit des GTO zu verkürzen. Als ein Ergebnis wird der PWM-Steuerbereich erweitert, was eine Anwendung zur Steuerung einer hohen Schaltfrequenz erlaubt.
Die Fig. 6 bis 8 sind schematische Diagramme von anderen Ausführungsbeispielen der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP, die in einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In jedem Ausführungsbeispiel sind die gleichen Teile wie diejenigen in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel der Verwendung eines selbsterregten Konverters des Stromtyps anstelle des extern erregten Konverters, der in Fig. 1 gezeigt ist. In der Figur bezeichnen CAPO einen Filterkondensator und SSo einen selbsterregten Konverter.
Der selbsterregte Konverter SSO, der aus Selbstabschalt- Schaltvorrichtungen (beispielsweise Transistoren oder GTOS) S1 bis 56 aufgebaut ist, führt eine Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) derart durch, daß Wechselströme IR, IS und lT so gesteuert sind, daß der Gleichstrom Io nahezu konstant wird.
Der Filterkondensator CAPo, der zwischen dem selbsterregten Konverter SSo und dem Transformator TR vorgesehen ist, dient zum Entfernen von höheren harmonischen Komponenten der Wechselströme IR, IS und lT.
Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß der Wechselstrom gesteuert ist, um eine nahezu Sinuswelle, die eine kleine Menge an höheren harmonischen Komponenten und einen verbesserten Leistungsfaktor hat, im Vergleich mit dem extern erregten Konvertersystem zu bilden.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 ist ein Beispiel der Verwendung eines Hochfrequenz-Verkettungskonverters. In der Figur bezeichnen Bezugszeichen DC-SUP eine Gleichstrom-Leistungsquelle, CC einen Doppelkonverter vom zirkulierenden Stromtyp, CAP einen Hochfrequenzkondensator, TRH einen Hochfrequenztransformator und SSH einen extern erregten Konverter.
Dieses System ist wirksam beim Rückgewinnen der Dämpfungsenergie zu der Gleichstrom-Leistungsquelle DC-SUP.
Der Doppelkonverter CC vom zirkulierenden Stromtyp, der aus einem Konverter SSP einer positiven Gruppe, einem Konverter SSN einer negativen Gruppe und Gleichstromdrosseln L1 und L2 aufgebaut ist, steuert den Gleichstromquellenstrom Idc derart, daß der Spannungspitzenwert Vcap des Hochfrequenzkondensators CAP nahezu konstant sein kann. Durch Steuern des zirkulierenden Stromes Icc in dem Doppelkonverter CC vom zirkulierenden Stromtyp kann die nacheilende Blindleistung Qcc auf der Hochfrequenz-Leistungsversorgungsseite reguliert werden.
Der Doppelkonverter CC vom zirkulierenden Stromtyp, der die nacheilende Blindleistung Qcc entfernt, kann als eine Art von Induktivität betrachtet werden. Mittels einer durch diese Induktivität und den Hochfrequenzkondensator CAP erzeugten Resonanzerscheinung kann eine Hochfrequenz- Leistungsversorgung aufgebaut werden.
Der Doppelkonverter CC vom zirkulierenden Stromtyp und der extern erregte Konverter SSH liefern eine natürliche Kommutierung, indem die Spannung dieser Hochfrequenz- Leistungsquelle verwendet wird.
Sobald die Hochfrequenz-Leistungsquelle aufgebaut ist, kann sie mit der Gleichstromdrossel Lo kombiniert werden, um die Gleichstrom-Konstantstromquelle SUF zu bilden, da der extern erregte Konverter SSH vorbereitet ist, wie dies in Fig. 1 erläutert ist.
In diesem Fall wird die Energie in dem Dämpfungskondensator Cs zu dem Hochfrequenzkondensator CAP mittels der Gleichstromdrossel Lo und des extern erregten Konverters SSH übertragen und dann zu der Gleichstrom-Leistungsquelle DC-SUP durch den Doppelkonverter CC vom zirkulierenden Stromtyp rückgewonnen.
Dieses System zeichnet sich durch Rückgewinnung zu der Gleichstrom-Leistungsquelle DC-SUP, natürliche Kommutierung durch den Doppelkonverter CC vom zirkulierenden Stromtyp und den extern erregten Konverter SSH sowie den kompakten, leichtgewichtigen Aufbau infolge des isolierenden Transformators TRH, der aus einem Hochfrequenztransformator aufgebaut ist, aus.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 8 ist ein Beispiel der Verwendung einer Doppelzerhackerschaltung und eines Gleichstrom/Gleichstrom-Konverters. In der Figur bezeichnen Bezugszeichen DC-SUP eine Gleichstrom-Leistungsquelle D/D-CON einen Gleichstrom/Gleichstrom-Konverter Cdc, einen Gleichstrom-Glättungskondensator und CHO eine Doppelzerhackerschaltung.
Der Gleichstrom/Gleichstrom-Konverter D/D-CON besteht aus einem Gleichrichter REC, einem Hochfrequenztransformator TRH und einem Spannungstyp-PWM-Inverter INV.
Die Doppelzerhackerschaltung CHO besteht aus Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen S1 und S2 und Freilaufdioden D1 und D2. Die Gatter der Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen S1 und S2 sind durch die Laststrom-Steuerschaltung CONTo, die nicht gezeigt ist, gesteuert (vergleiche Fig. 1), so daß der Gleichstrom Io nahezu konstante sein kann.
Wenn die Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen S1 und S2 beide eingeschaltet sind, fließt der Gleichstrom Io in einem Pfad, der durch Lo, S1, Cdc, S2, La, Ds, Do und Lo in dieser Reihenfolge führt (oder einen Pfad, der durch Lo, D1, Cdc, S2, La, GTO, Cs, Do und Lo in dieser Reihenfolge führt), was die Spannung an dem Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc vermindert, um so Io zu steigern.
Wenn beide Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen S1 und S2 ausgeschaltet sind, fließt der Gleichstrom Io in einen Pfad, der durch Lo, D1, Cdc, D2, La, Ds, Do und Lo in dieser Reihenfolge führt (oder einen Pfad, durch Lo, D1, Cdc, D2, La, GTO, Cs, Do und Lo in dieser Reihenfolge führt), was die Spannung an dem Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc erhöht, um so Io zu vermindern.
Wenn eine der Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen S1 oder S2 eingeschaltet ist, ist der Gleichstrom Io in dem Rückführmodus, ohne durch den Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc zu verlaufen.
Der Spannungstyp-PWM-Inverter INV setzt die Gleichspannung an dem Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc in eine Hochfrequenz-Wechselspannung um, die dann unter Isolierung durch den Hochfrequenztransformator TRH hochgestuft, durch den Gleichrichter REC gleichgerichtet und dann zu der Gleichstrom-Leistungsquelle DC-SUP rückgewonnen wird.
Insbesondere wird die Energie in dem Dämpfungskondensator Cs in dem Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc einmal über die Gleichstromdrossel Lo und die Doppelzerhackerschaltung CHO gespeichert und dann zu einer anderen Gleichstrom-Leistungsquelle DC-SUP rückgewonnen, die durch den Gleichstrom/Gleichstrom-Konverter D/D-CON isoliert ist.
Die Gleichstrom-Leistungsquelle kann durch die Gleichstrom-Leistungsquelle Vd der Hauptschaltung von Fig. 1 ersetzt werden.
Dieses System zeichnet sich durch Rückgewinnung zu der Gleichstrom-Leistungsquelle und den kompakten, leichtgewichtigen Aufbau infolge des Hochfrequenz-Isoliertransformators aus.
In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9 besteht die Hauptschaltung aus einer Zerhackerschaltung mit zwei Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen, die in Reihe in der Hauptschaltung verbunden sind. In der Figur sind die gleichen Teile wie diejenigen in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der GTO 1 liegt parallel zu einer Dämpfungsschaltung aus einer Dämpfungsdiode Dsl und einem Dämpfungskondensator Cs1. In ähnlicher Weise liegt der GTC2 parallel zu einer Dämpfungsschaltung aus einer Dämpfungsdiode Ds2 und einem Dämpfungskondensator Cs2. Der Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds1 und des Dämpfungskondensators Cs1 ist mit einem Ende der Drossel L0 über eine Rückgewinnungsdiode Do1 in Vorwärtsrichtung verbunden. Der Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds2 und des Dämpfungskondensators Cs2 ist mit der Anode der Rückgewinnungsdiode D01 über eine Rückgewinnungsdiode D02 in einer Vorwärtsrichtung verbunden.
Die Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen GTO1 und GTO2 werden gleichzeitig ein- und ausgeschaltet, um den durch die Last 1 fließenden Strom IL zu steuern.
Wenn der GTOL und der GTO 2 ausschalten, wird die Energie des durch die Anodendrossel La fließenden Laststromes zu den Dämpfungskondensatoren Cs1 und Cs2 über die Dämpfungsdioden Ds1 und Ds2 übertragen. Zu dieser Zeit fließt der Gleichstrom Io in einem Pfad, der durch Lo, SS, La, Ds1, Do1 und Lo in dieser Reihenfolge führt.
Wenn sodann der GTO1 und der GTO2 eingeschaltet sind, liegt eine Rückwärtsvorspannung an den Dämpfungsdioden Ds1 und Ds2, welche den Gleichstrom Io in einem Pfad fließen läßt, der durch Lo, SS, La, GTO1, Cs1, Do1 und Lo in dieser Reihenfolge führt, um so die Spannung Vc1 des oberen Dämpfungskondensators Cs1 zu entladen. Als ein Ergebnis ist die Spannung Vc2 des unteren Dämpfungskondensators Cs2 höher als Vc1, was den Gleichstrom Io in einem Pfad fließen läßt, der durch Lo, SS, La, GTO1, GTO2, Cs2, D02, Do1 und Lo in dieser Reihenfolge fließt, um so die Spannung Vc2 des unteren Dämpfungskondensators Cs2 zu entladen. Folglich verbindet dies die beiden Dämpfungskondensatoren parallel, was das Entladen durch den Gleichstrom Io erlaubt.
In diesem Fall ist es erforderlich, nahezu doppelt so viel Strom wie denjenigen in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 fließen zu lassen.
Bei der obigen Erläuterung beträgt die Anzahl der in Reihe verbundenen Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen zwei, wobei drei oder mehr Elemente in ähnlicher Weise verwendet werden können.
In dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung in einem Spannungstyp-Inverter verwendet, der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung einer veränderlichen Spannung und einer veränderlichen Frequenz umsetzt. In der Figur ist die Konfiguration von lediglich einer Phase (U-Phase) gezeigt, und diejenigen der verbleibenden Phasen sind weggelassen. Zu betonen ist, daß der Fachmann einfach andere Konfigurationen auf der Grundlage der Konfiguration einer Phase, die in Fig. 10 gezeigt ist, erzielen kann. In Fig. 10 sind die gleichen Teile wie diejenigen in Fig. 9 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In dem Spannungstyp-Inverter von Fig. 10 sind zwei Hauptgleichstrom-Leistungsquellen Vd1 und Vd2 in Reihe verbunden. Verbunden ist über den in Reihe verbundenen Gleichstrom-Leistungsquellen eine Reihenschaltung, die eine Anodendrossel La1, einen GTO1, einen GTO2 und eine Anodendrossel La2 enthält. Der Verbindungspunkt von GTO1 und GTO2 ist mit einem Ende einer Last 1 einer U-Phase verbunden, deren anderes Ende an Masse angeschlossen ist, wobei der Verbindungspunkt zwischen den Gleichstrom-Leistungsquellen Vd1 und Vd2 mit Masse verbunden ist.
Jeder der GTO1 und GTO2 ist mit einer Dämpfungsenergie- Rückgewinnungsschaltung versehen, die in ähnlicher Weise zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 aufgebaut ist. Jede Komponente der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung für GTO1 und GTO2 ist zur Unterscheidung jeweils durch Bezugszeichen bezeichnet, denen eine "1" und eine "2" nachgestellt ist. Jede Komponente hat die gleiche Funktion wie diejenige des Ausführungsbeispiels von Fig. 1.
Fig. 11 zeigt Spannungswellenformen an verschiedenen Teilen, wenn der Inverter von Fig. 10 einer Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) unterliegt. In der PWM- Steuerung wird der Träger (Sägezahnwelle) X mit der Ausgangsbezugsspannung ei verglichen, und es wird ein Gattersignal g1 für die Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen GTO1 und GTO2 erzeugt.
Die GTO1 und GTO2 arbeiten wie folgt:
Wenn ei > X vorliegt, schaltet GTO1 ein (GTO2 schaltet aus) für g1 = 1.
Wenn ei < X vorliegt, schaltet GTO1 aus (GTO2 schaltet ein) für g = 0.
Wenn die Gleichspannung Vd1 = Vd2 = Vd/2 beträgt, wird die an der U-Phasen-Last lu liegende Spannung Vu zu:
Vu = +Vd/2, wenn GTO1 einschaltet (GTO2 ausschaltet)
Vu = -Vd/2, wenn GTO1 ausschaltet (GTO2 einschaltet).
Die mittlere Spannung (durch Strichlinie gezeigt) der Ausgangsspannung Vu ist proportional zu der Ausgangsbezugsspannung ei.
Wenn daher eine Sinuswellenspannung als die Ausgangsbezugsspannung ei gegeben ist, nimmt die an der U-Phasen- Last liegende Spannung Vu die Form einer Sinuswelle an.
Normalerweise ist die obige Bezugsspannung ei gegeben, um den Strom Iu in der U-Phasen-Last zu steuern, damit eine Sinuswelle erzeugt wird.
Die Bauteile bezüglich der V-Phase und der W-Phase sind ebenfalls in der gleichen Weise aufgebaut, mit dem Ergebnis, daß eine Wechselstromleistung einer veränderlichen Spannung und einer veränderlichen Frequenz zu der Dreiphasenlast insgesamt gespeist werden kann.
In einem derartigen Konverter ist die obere Selbstabschalt-Schaltvorrichtung GTOL1 mit einer Dämpfungsenergie- Rückgewinnungsschaltung versehen, die mit der positiven Leitung (+) der Gleichstrom-Leistungsquelle Vd verbunden ist, und die untere Selbstabschalt-Schaltvorrichtung GTO2 ist mit einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung versehen, die mit der positiven Leitung (-) der Gleichstrom-Leistungsquelle Vd verbunden ist.
Die obere Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung arbeitet in ähnlicher Weise zu derjenigen Schaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist. In diesem Fall bilden die Wechselstrom-Leistungsquelle AC-SUP, der Transformator TR1, der extern erregte Konverter SS1, die Gleichstromdrossel Lo1, der Stromdetektor CTO1 und die Stromsteuerschaltung CONT1 eine erste Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP, die den Gleichstrom Io1 so steuert, daß der Strom nahezu konstant ist. Die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung für die obere Selbstabschalt-Schaltvorrichtung von jeder der V- Phase und W-Phase kann an der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP1 über die jeweiligen Rückgewinnungsdioden teilhaben.
Da in der unteren Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung die an den Dämpfungskondensator Cs2 angelegte Spannung eine gezeigte Polarität hat, folgen die Rückgewinnungsdiode Do2 und der extern erregte Konverter SS2 demgemäß der gezeigten Richtung. Die verbleibenden Komponenten arbeiten in ähnlicher Weise zu der oberen Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung. Die Dämpfungsenergie- Rückgewinnungsschaltung für die untere Selbstabschalt- Schaltvorrichtung von jeder V-Phase und W-Phase kann an einer zweiten Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP2 über die jeweiligen Rückgewinnungsdioden teilhaben.
Obwohl in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10 die vorliegende Erfindung auf den Dreiphasen-Vierdraht-Typ angewandt ist, kann sie auf den Dreiphasen-Dreidraht-Typ angewandt werden.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung in den oberen und unteren Zweiten eines an einem neutralen Punkt geklemmten Inverters, der Dreipegel-Ausgangsspannungen erzeugt, angewandt werden.
Zusätzlich kann neben dem oben erläuterten PWM-Inverter die vorliegende Erfindung tatsächlich auf PWM-Konverter in einer ähnlichen Weise angewandt werden.
Fig. 12 ist ein schematisches Diagramm noch eines anderen Ausführungsbeispiels einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung auf einen Mehrfach-PWM-Steuerinverter angewandt. Ind er Figur ist lediglich eine Phase gezeigt.
In Fig. 12 bezeichnen Bezugszeichen Vd eine Hauptgleichstrom-Leistungsquelle, INV1 und INV2 jeweils PWM-Steuerinverter, die in einer vollen Brücke verbunden sind, TRO1 und TRO2 Ausgangstransformatoren, LOADu eine U-Phasen- Last, Dol1 bis Dol4 sowie Do21 bis Do24 Rückgewinnungsdioden und SUP1 und SUP2 Gleichstrom-Konstantstromquellen.
Jede Komponente der ersten Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP1 ist durch Bezugszeichen der Fig. 1 gezeigt, wobei der Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP eine "1" folgt. In ähnlicher Weise ist jede Komponente der zweiten Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP2 durch Bezugszeichen von Fig. 1 bezeichnet, wobei der Gleichstrom-Konstantstromquelle eine "2" folgt. Sie haben den gleichen Aufbau wie denjenigen der Leistungsquelle von Fig. 1.
Der Transformator TRo1, der mit dem Ausgangsanschluß des ersten Inverters INV1 verbunden ist, und der Transformator TRo2, der mit dem Ausgangsanschluß des zweiten Inverters INV2 verbunden ist, sind in Reihe auf der Sekundärseite verbunden, wobei eine Spannung von Vu = Vu1 + Vu2 zu der Last lu gespeist wird.
Fig. 13 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des PWM-Steuerbetriebes des Gerätes von Fig. 12.
X1, X2, Y1 und Y2, die Trägersignale (Dreieckwellen) für eine PWM-Steuerung sind, sind unter 90º-Phasenintervallen beabstandet. Das Eingangssignal eu für eine PWM-Steuerung wird mit diesen Sägezahnwellen verglichen, um die Gattersignale für die Inverter INV1 und INV2 zu erzeugen. Insbesondere durch Vergleichen des Eingangssignales eu mit Sägezahnwellen X1 und Y1 werden die Gattersignale g11 und g12 für die Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen GTO11 und GTO14 erzeugt, die den ersten Inverter INV1 bilden:
Wenn eu > X1 vorliegt, schaltet GTO11 ein (GTO12 schaltet aus) für gll = 1.
Wenn eu < X1 vorliegt, schaltet GTO11 aus (GTO12 schaltet ein) für g11 = 0.
Wenn eu > Yl vorliegt, schaltet GTO14 ein (GTO13 schaltet aus) für g12 = 1.
Wenn eu < Y1 vorliegt, schaltet GTO14 aus (GTO13 schaltet ein) für g12 = 0.
Wenn die Gleichspannung Vd beträgt, beträgt die Ausgangsspannung Vu1 des ersten Inverters INV1:
Vu1 = +Vd, wenn GTO11 und GTOL4 beide eingeschaltet sind,
Vu1 = -Vd, wenn GTOL2 und GTO13 beide eingeschaltet sind,
Vu1 = 0 in den übrigen Betriebsarten.
Der mittlere Wert der Ausgangsspannung Vu ist proportional zu dem Eingangssignal eu. Der zweite Inverter INV2 wird in ähnlicher Weise mit INV1 gesteuert.
Die Last 1u ist mit der Summe der Ausgangsspannungen der beiden Inverter INV1 und INV2: Vu = Vu1 + Vu2 über die Ausgangstransformatoren TRO1 und TRO2 beaufschlagt.
Wenn jede der Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen GTO11 bis GTO14 und GTO21 bis GT024 eine Schaltfrequenz von 1 kHz hat, ist eine äquivalente Trägerfrequenz der angelegten Spannung an die Last 1u durch 4 kHz gegeben.
Die Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen GTO11 bis GTO14 und GTO21 bis GTO24 sind jeweils mit Dämpfungskondensatoren Cs11 bis Cs14, Cs21 bis Cs24 und Dämpfungsdioden Ds11 bis Ds14, Ds21 bis Ds24 und Rückgewinnungsdioden Do11 bis Do14, Do21 bis Do24 versehen. Die Rückgewinnungsdioden Do11, Do13, Do21 und Do23 in dem oberen Zweig sind mit der ersten Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP1 verbunden, und die Rückgewinnungsdioden Do11, Do14, Do22 und Do24 in dem unteren Zweig sind mit der zweiten Konstantstromquelle SUP2 verbunden.
Da in dem Mehrfach-PWM-Inverter die Schaltzeiten der Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen GTO11 bis GTO14, GTO21 bis GTO24 voneinander verschoben sind, sind die oberseitige Spannung Vc1 und die unterseitige Spannung Vc2, die durch die Rückgewinnungsdioden erzeugt sind, so, wie dies unten in Fig. 13 gezeigt ist. Wenn die Selbstabschalt- Schaltvorrichtungen GTO11, GTO13, GTO21 und GTO23 einschalten, hat die oberseitige Spannung Vc1 einen Spitzenwert von Vcm und nimmt für eine Zeitdauer ΔTo ab. Wenn die Ein-Zeiten der beiden Elemente einander überlappen, wird die höhere der Spannungen der beiden Dämpfungskondensatoren erzeugt. Wenn die beiden Kondensatoren die gleiche Spannung haben, sind diese beiden Kondensatoren parallel geschaltet, wobei sie entladen werden. Während der Entladungszeit δ in der Parallelverbindung wird der Spannungsdämpfungskoeffizient halbiert
Wenn die Schaltfrequenz der Selbstabschalt-Schaltvorrichtung 1 kHz beträgt, mißt die Impulsperiode T der an die oberseitige Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP1 gelegten Spannung Vc1 P = 250 µs = 1/4 kHz Wenn Cs = 6 µF, Vcm = 1,354 V und Io = 100 A vorliegen, beträgt die Spannung Vo des extern erregten Konverters:
Vo = -(1/2) Cs Vc²/(T Io)
= 220 V
Dies gilt für die unterseitige Gleichstrom-Konstantstromquelle SUP2. Wenn in diesem Fall die Schaltungsverluste klein genug sind, um vernachlässigt zu werden, wird eine Gesamtleistung von 44 kW an der Gleichstrom-Leistungsverstärkung AC-SUP rückgewonnen.
Während in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 12 ein Mehrfachbetrieb von zwei Invertern, die in einer Vollbrücke verbunden sind, erläutert ist, kann die vorliegende Erfindung auf andere Mehrfach-PWM-Steueroperationen in einer ähnlichen Weise angewandt werden.
Fig. 14 zeigt eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, bei welchem die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung auf eine Zerhackerschaltung angewandt ist. Die gleichen Teile wie diejenigen in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die positive Klemme der Gleichstrom-Leistungsquelle Vd mit der Anode eines GTO über eine Anodendrossel La zur Stromunterdrückung verbunden. Bezugszeichen Lc bezeichnen eine Verdrahtungsinduktivität. Der Verbindungspunkt einer Dämpfungsdiode Ds und eines Dämpfungskondensators Cs ist mit dem Verbindungspunkt der Anodendrossel La und des positiven Anschlusses der Gleichstrom-Leistungsquelle Vd über eine erste Rückgewinnungsdiode D1 und eine Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP verbunden.
Eine zweite Rückgewinnungsdiode D2, die an einen Verbindungspunkt der Anode des GTO und der Drossel La angeschlossen ist, ist mit einem Punkt zwischen dem Verbindungspunkt eines positiven Anschlusses der Gleichstromseite und der Anodendrossel La über eine Gleichstrom- Konstantstromquelle VSUP verbunden.
Da der Steuerbetrieb des Laststromes IL bereits anhand des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 erläutert wurde, wird dessen Beschreibung hier weggelassen.
Der Betrieb der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung wird nunmehr erläutert.
Die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP wird, wenn der GTO ausgeschaltet ist, gesteuert, um einen konstanten Strom in einem Pfad fließen zu lassen, der durch CSUP, La, Ds, D1 und CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Wenn der GTO einschaltet, wird die in der Induktivität der Drähte und der Anodendrossel La gespeicherte Energie für eine Stromsteuerung zu dem Dämpfungskondensator Cs über die Dämpfungsdiode Ds übertragen.
Wenn die Ladespannung Vc des Dämpfungskondensators hoch wird, wird die Energie in der Drossel La für eine Stromunterdrückung zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle VSUP über eine zweite Rückgewinnungsdiode D2 rückgewonnen. Das heißt, die durch die Stromunterdrückungsdrossel La erzeugte Spannung wird auf die Spannung Edc der Gleichstrom-Konstantstromquelle VSUP unterdrückt.
In dem Fall der Zerhackerschaltung von Fig. 14 ist der Maximalwert Vcm der in dem Dämpfungskondensator Cs geladenen Spannung gleich zu der Summe der Hauptgleichspannung Vd, der Spannung AE infolge der Induktivität der Drähte und der Spannung Edc der Gleichstrom-Konstantstromquelle VSUP:
Vcm = Vd + ΔE + Edc
ΔE = Lc (di/dt)
Die Spannung Edc der Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP wird für einen Wert etwa eine Ziffer kleiner als die Hauptgleichstrom-Leistungsquelle Vd gewählt. Bei einem ausreichend kleinen AE ergibt dies für beispielsweise Vd = 3.000 V und Edc = 300 V einen Wert von Vcm = 3.300 V.
Die Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP, die eine Spannungsquelle ist, die Leistung rückgewinnen kann, besteht beispielsweise aus einem Gleichstrom-Glättungskondensator, einem Gleichstrom-Gleichstrom-Konverter und anderen Bauteilen. Daher wird die Energie in der Stromunterdrückungsdrossel La zuerst zu dem Dämpfungskondensator Cs übertragen, und dann wird das meiste der Energie zu der Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP rückgewonnen.
Wenn sodann der GTO einschaltet, fließt der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in einen Pfad, der durch CSUP, La, GTO, Cs, D1 und CSUP verläuft. Insbesondere wird die Spannung Vc an dem Dämpfungskondensator Cs bei einem konstanten Strom Io entladen. Der Gleichstrom Io wird für einen Wert nahezu eine Ziffer kleiner als der Nennausgangsstrom (Laststrom) IL in der Hauptschaltung gewählt.
Wenn der GTO einschaltet, führt der GTO einen Strom gleich der Summe des Laststromes IL und des Gleichstromes Io. Da der Gleichstrom-Konstantstrom Io eine Ziffer niedriger als der Laststrom ist, wird eine Steigerung im Strom in dem Element weniger signifikant.
Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo, die für die Spannung Vc des Dämpfungskondensators Cs erforderlich ist, um Null zu werden, wie folgt ausgedrückt:
Wenn beispielsweise Vc = 3.000 V, Cs = 6 µF und Io = 200 A vorliegen, so ergibt dies ΔTo = 90 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc zu Vc = 0 wird, leitet die Dämpfungsdiode Ds wieder einen Strom, der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP fließt in einem Pfad, der durch CSUP, La, Ds, D1 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist der GTO immer bereit, ausgeschaltet zu werden.
Der GTO erfordert lediglich die Mindest-Ein-Zeit von ΔTo = 90 µs.
Die Gleichstrom-Leistungsquelle CSUP besteht aus beispielsweise einer Wechselstrom-Leistungsquelle AC-SUP, einem Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungskonverter SS und einer Gleichstromdrossel Lo, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Die Energie von (1/2) Cs Vc² in dem Dämpfungskondensator Cs wird zuerst zu der Gleichstromdrossel Lo übertragen und dann in Wechselstromleistung durch den Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungskonverter SS umgesetzt und schließlich zu der Wechselstrom-Leistungsquelle AC-SUP rückgewonnen.
Auf diese Weise kann die in dem Dämpfungskondensator Cs gespeicherte Energie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle rückgewonnen werden.
Bei der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Steigerung im Strom in dem GTO klein, und die Entladezeit des Dämpfungskondensators Cs kann verkürzt werden.
Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm, das ein konkreteres Ausführungsbeispiel des Gerätes von Fig. 14 zeigt.
Eine erste Steuerschaltung CONT1, die aus einer Stromsteuerschaltung ACR und einer Phasensteuerschaltung PHC besteht, steuert einen extern erregten Konverter SS, so daß der zu der Gleichstromdrossel Lo fließende Strom Io konstant sein kann.
Eine zweite Steuerschaltung CONT2, die aus einer Spannungssteuerschaltung V-CONT, einer Eingangsstrom-Steuerschaltung I-CONT und einer Impulsbreiten-Modulationssteuerschaltung PWMC aufgebaut ist, steuert einen selbsterregten Konverter CONV, so daß die Spannung Edc des Gleichstrom-Glättungskondensators Cdc konstant sein kann.
Zunächst wird der Betrieb der ersten Steuerschaltung CONT1 erläutert.
Ein Stromdetektor CTo erfaßt den durch die Gleichstromdrossel Lo fließenden Strom Io und speist diesen zu der Stromsteuerschaltung ACR. Die Stromsteuerschaltung ACR vergleicht den bezeichneten Stromwert Io* mit dem erfaßten Stromwert Io, um eine Abweichung &epsi;o = Io - Io zu erhalten. Die Abweichung wird durch die (nicht gezeigte) Steuerkompensationsschaltung Go(s) in der Stromsteuerschaltung ACR verstärkt, und der sich ergebende Wert e = &epsi;o Go(s) wird zu der Phasensteuerschaltung PHC des extern erregten Konverters SS gespeist.
Der extern erregte Konverter SS, der ein Dreiphasen- Brückenschaltungs-Thyristorkonverter ist, reguliert die Gleichstromausgangsspannung Vo durch Steuern des Zündphasenwinkels α von jedem der sechs Thyristoren S1 bis S6 bezüglich der Dreiphasen-Leitungsspannung. Wenn das Pnmär/Sekundärwicklungsverhältnis des Transformators TR1 durch 1 : 1 gegeben ist und der Effektivwert der Leitungsspannung der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsspannung Vac beträgt, so wird die Gleichspannung Vo wie folgt ausgedrückt:
Vo = 1,35 Vac cos α
Der Phasensteuerwinkel PHC beruht auf einem normalen Cosinus-Wellen-Vergleich, und cos α hat einen Wert proportional zu dem Eingangssignal e. Daher hat die Gleichstrom-Ausgangsspannung Vo einen Wert proportional zu dem Eingangssignal e. Wenn e einen negativen Wert aufweist, wird der Phasenwinkel α größer als 90º, und die Gleichspannung Vo hat ebenfalls einen negativen Wert.
Wenn Io* > Io vorliegt, wird die Abweichung positiv, was den Eingang e zu der Phasensteuerschaltung PHC steigert. Als ein Ergebnis steigt die Gleichspannung Vo in der Pfeilrichtung in Fig. 3 an, was den Gleichstrom Io anwachsen läßt.
Wenn dagegen Io* < Io vorliegt, hat die Abweichung &epsi;o einen negativen Wert, was den Eingang e zu der Phasensteuerschaltung PHC vermindert. Als ein Ergebnis steigt die Gleichspannung Vo in der entgegengesetzten Richtung zu dem Pfeil in Fig. 3 an, was den Gleichstrom Io vermindert. Eine Steuerung wird fortgesetzt, bis Io* = Io erreicht ist.
Wie oben erläutert ist, läßt die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP einen konstanten Gleichstrom Io unabhängig von dem Laden und Entladen des Dämpfungskondensators Cs fließen. Der Gleichstromwert Io ist für einen Wert nahezu eine Ziffer kleiner als der Nennstrom IL in dem Hauptstrom gewählt. Um Welligkeiten in dem Gleichstrom zu reduzieren, wird die Induktivität der Gleichstromdrossel Lo zu einem Wert von angenähert 10 mH gewählt.
Wenn der GTO eingeschaltet wird, führt der GTO einen Strom gleich der Summe des Laststromes IL und des Gleichstrom-Konstantstromes Io. Da der Gleichstrom-Konstantstrom Io eine Ziffer kleiner als der Laststrom IL ist, wird eine Steigerung im Strom in dem Element weniger signifikant.
Der Betrieb der zweiten Steuerschaltung CONT2 wird nunmehr erläutert.
Die Spannung Edc des Gleichstrom-Glättungskondensators Cdc wird erfaßt und zu der Spannungssteuerschaltung V-CONT gespeist. Die Spannungssteuerschaltung V-CONT vergleicht den bezeichneten Gleichspannungswert Edc* mit dem erfaßten Spannungswert Edc, verstärkt die Abweichung &epsi;v = Edc* - Edc und liefert eine Spitzenwertbezeichnung des Wechselstromes. Durch Multiplizieren der Spitzenwertbezeichnung Im* mit einer Einheitssinuswelle (sin ωt), die mit der Spannung der Wechselstrom-Leistungsversorgung AC-SUP synchronisiert ist, wird der bezeichnete Wechselstromwert Is* = Im* sin ωt erzeugt. Die Richtung des Stromes ist so gewählt, daß Im positiv sein kann und die Leistung kann zu der Wechselstrom-Leistungsversorgung AC-SUP rückgeführt werden, oder die Leistung kann regeneriert werden. Die Wechselstrom-Steuerschaltung I-CONT vergleicht den bezeichneten Stromwert Is* mit dem erfaßten Stromwert Is, verstärkt die Abweichung &epsi;1 = Is* - Is und speist das verstärkte Signal zu der PWM-Steuerschaltung PWMC.
Der selbsterregte Konverter CONTV führt eine PWM-Steuerung durch, um eine Spannung proportional zu dem Ausgangssignal e2 von der Wechselstrom-Steuerschaltung I-CONT zu erzeugen, um damit Is = Is* zu veranlassen.
Wenn Edc* < Edc vorliegt, wird die Abweichung &epsi;v negativ, was die Spitzenwertbezeichnung Im* des Wechselstromes steigert, wodurch die Energie in dem Glättungskondensators Cdc veranlaßt wird, zu der Wechselstrom-Leistungsversorgung AC-SUP regeneriert zu werden.
Wenn Edc* > Edc vorliegt, wird die Abweichung &epsi;v positiv, was die Spitzenwertbezeichnung Im* des Wechselstromes negativ macht, wodurch die Leistung von der Wechselstrom- Leistungsquelle AC-SUP zu dem Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc gespeist werden kann. Dies erlaubt es, daß die Spannung Edc des Gleichstrom-Glättungskondensators Cdc konstant verbleibt.
Wenn der GTO ausschaltet, wird die in der Anodendrossel La fließende Laststromkomponente IL abgeschaltet, und sie fließt dann in den Dämpfungskondensator Cs über die Dämpfungsdiode Ds, um den Kondensator mit der gezeigten Polarität auf zuladen.
Wenn die Induktivität der Drähte vernachlässigt wird, ist der Maximalwert der in den Dämpfungskondensator Cs geladenen Spannung Vc gleich der Summe der Hauptgleichspannung Vd und der Spannung Edc des Gleichstrom-Glättungskondensators Cdc. Wenn Vc = Vd + Edc erreicht ist, leitet die zweite Rückgewinnungsdiode D2 Strom, um den Strom in der Anodendrossel La zu dem Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc fließen zu lassen. Als ein Ergebnis steigt die Gleichspannung Edc an, um Edc* < Edc zu veranlassen, was es erlaubt, die Leistung zu der Wechselstrom-Leistungsversorgung AC-SUP rückzugewinnen, wie dies früher erläutert wurde.
Als ein Ergebnis eines Teiles der Energie in der Anodendrossel La, die zu dem Dämpfungskondensator Cs übertragen wird, wird der Strom in der Anodendrossel La von IR1 zu IR2 gedämpft, wie dies durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
(1/2)La(IR1²-IR2²) = (1/2)Cs(Vcm²-Vd²)
Wenn beispielsweise IR1 = 1.500 A, Vcm = 3.300 V, Vd = 3.000 V, La = 20 µH und Cs = 6 µF vorliegen, so liefert dies IR2 = 1.297 A.
Der Strom IR2 wird zu dem Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc rückgewonnen und gegebenenfalls gedämpft, bis IR = Io erreicht ist. Io ist ein konstanter Strom, der von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP eingespeist ist.
Die Zeit ΔTR, die für den Strom in der Anodendrossel La erforderlich ist, um von IR2 auf 10 gedämpft zu werden, wird durch die folgende Gleichung mittels der Spannung Edc des Dämpfungskondensators Cdc bestimmt:
ΔTR = (Ir2 - 10) La/Edc
Wenn beispielsweise IR2 = 1.297 A, 10 = 200 A, Edc = 300 V und La = 20 uH vorliegen, so wird ΔTR zu ΔTR = 73 µs.
Nachdem der Strom in der Anodendrossel La den Wert IR = Io erreicht, kann der GTO zu jeder Zeit eingeschaltet werden.
Wenn der GTO eingeschaltet wird, liegt eine Rückwärtsvorspannung an der Dämpfungsdiode Ds, was einen Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in einem Pfad fließen läßt, der durch SS, La, GTO, Cs, D1, Lo und SS in dieser Reihenfolge führt. Der Pfad verbleibt, bis die Spannung Vs am Dämpfungskondensator Cs zu Null wird.
Wenn die Kondensatorspannung Vc = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds wieder einen Strom, was den Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in einem Pfad fließen läßt, der durch SS, La, Ds, D1, Lo und SS in dieser Reihenfolge führt. Danach ist der GTO immer bereit, ausgeschaltet zu werden.
Auf diese Weise wird die in dem Dämpfungskondensator Cs gespeicherte Energie zu der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP rückgewonnen, und das meiste der Energie in der Anodendrossel La wird zu der Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP rückgewonnen. Zu dieser Zeit kann die maximale Spannung Vcm, die an dem Dämpfungskondensator Cs liegt, wenn die Induktivität der Drähte vernachlässigt wird, auf Vd + Edc unterdrückt werden. Zusätzlich kann der Strom IGTO, wenn der GTO eingeschaltet ist, auf die Summe des Laststromes IL und des konstanten Stromes Io unterdrückt werden.
Während eine Kombination einer Wechselstrom-Leistungsquelle AC-SUP, eines extern erregten Konverters SS und einer Gleichstromdrossel Lo für die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP verwendet wird, kann anstelle des extern erregten Konverters SS ein PWM-Konverter vom Stromtyp benutzt werden. Um Leistung zu der Gleichstrom-Leistungsquelle zu regenerieren, indem die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP aus einer Gleichstrom-Leistungsquelle, einer Zerhackerschaltung und einer Gleichstromdrossel Lo in ähnlicher Weise aufgebaut wird, kann die Energie in dem Dämpfungskondensator Cs bei einem konstanten Strom rückgewonnen werden.
Während der Gleichstrom-Glättungskondensator Cdc, der PWM-Konverter CONV und die Wechselstrom-Leistungsquelle AC-SUP für die Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP verwendet werden, können statt dessen ein Gleichstrom- Glättungskondensator Cdc, ein Gleichstrom/Gleichstrom- Konverter und eine Gleichstrom-Leistungsquelle benutzt werden. Zusätzlich können ebenfalls ein Gleichstrom- Glättungskondensator Cdc, ein Aufwärts-Zerhacker und eine Gleichstrom-Leistungsquelle benutzt werden.
Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Ausführungsbeispiels einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung auf einen Spannungstyp-Inverter angewandt, der einen Gleichstrom in eine Wechselstromleistung einer veränderlichen Spannung und einer veränderlichen Frequenz umsetzt. Der Aufbau von lediglich einer Phase (U-Phase) ist gezeigt. Der Aufbau des Spannungstyp-Inverters und seine Betriebswellenformdiagramme wurden jeweils bereits in den Fig. 10 und 11 erläutert.
In einer Inverterschaltung, die aufgebaut ist, wie dies in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, ist die obere Selbstabschalt-Schaltvorrichtung GTO1 mit einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung versehen, die mit der positivseitigen Leitung (+) der Gleichstrom-Leistungsquelle Vd verbunden ist, und die untere Selbstabschalt-Schaltvorrichtung GTO2 ist mit einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung versehen, die mit der negativseitigen Leitung der Gleichstrom-Leistungsquelle Vd verbunden ist. Der Aufbau jeder Dämpfungsenergie- Rückgewinnungsschaltung ist der gleiche wie derjenige, der in Fig. 14 gezeigt ist, und arbeitet in der gleichen Weise.
Wenn insbesondere der GTO1 ausschaltet, wird das meiste der Energie in der Anodendrossel La zu der Gleichstrom- Konstantspannungsquelle VSUP1 rückgewonnen. Wenn der GTO einschaltet, wird die Energie in dem Dämpfungskondensator Cs zu der Konstantstromquelle CSUP1 rückgewonnen. Die Dämpfungsrückgewinnungsschaltungen für die oberen Selbstabschalt-Schaltvorrichtungen der V-Phase und W-Phase können an der oberen Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP1 über die jeweiligen ersten Rückgewinnungsdioden und die obere Gleichstrom-Konstantstromquelle VSUP1 über die jeweiligen zweiten Rückgewinnungsdioden teilhaben.
Da in den unteren Dämpfungsrückgewinnungsschaltungen die an den Dämpfungskondensator Cs2 angelegte Spannung eine gezeigte Polarität hat, folgen die ersten und zweiten Rückgewinnungsdioden D12 und D22 sowie die Gleichstrom- Konstantstromquelle CSUP2 und die Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP der gezeigten Richtung. Die verbleibenden Komponenten arbeiten in ähnlicher Weise zu der oberen Dämpfungsrückgewinnungsschaltung. Die Dämpfungsrückgewinnungsschaltungen für die unteren Selbstabschalt- Schaltvorrichtungen der V-Phase und W-Phase können an der unteren Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP2 über die jeweiligen ersten Rückgewinnungsdioden und an der unteren Gleichstrom-Konstantspannungsquelle VSUP2 über die jeweiligen zweiten Rückgewinnungsdioden teilhaben.
Fig. 17 zeigt ein Beispiel des Anlegens einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung, die dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, an einen selbsterregten Konverter des Spannungstyps. Der selbstkommutierte Konverter des Spannungstyps, der in der Figur gezeigt ist, ist ein Zweipegel-Ausgangsinverter, wobei lediglich eine Phase (U-Phase) gezeigt ist und die anderen V- und W-Phasen weggelassen sind.
In dem in der Figur gezeigten Zweipegel-Ausgangsinverter liegt eine Reihenschaltung aus einer ersten Schaltvorrichtung S1 und einer zweiten Schaltvorrichtung S2, die beide in Vorwärtsrichtung angeordnet sind, sowie aus einer Drossel La zwischen den positiven und negativen Klemmen einer Leistungsquelle, die aus zwei Gleichstrom-Leistungsquellen Vd1 und Vd2 zusammengesetzt ist. Der Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten Schaltvorrichtungen S1 und S2 ist mit einem Ende der U-Phasen-Last verbunden, und das andere Ende hiervon ist auf einem Potential gleich der Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Gleichstrom-Leistungsversorgungen Vd1 und Vd2 gehalten.
Die Schaltvorrichtungen S1 und S2 liegen parallel gegenüber zu Freilaufdioden Df1 und Df2 und parallel zu Dämpfungsschaltungen. Die Dämpfungsschaltung, die für die erste Schaltvorrichtung S1 vorgesehen ist, besteht aus einer Dämpfungsdiode Ds1 und einem Dämpfungskondensator Cs1. Die Dämpfungsschaltung, die für die zweite Schaltvorrichtung S2 vorgesehen ist, besteht aus einer Dämpfungsdiode Ds2 und einem Dämpfungskondensator Cs2.
Eine Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP ist zwischen dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Dsl und des Dämpfungskondensators Cs1 und dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds2 und des Dämpfungskondensators Cs2 vorgesehen.
Bezugszeichen CTU bezeichnen einen Laststromdetektor und CONTU eine Las tstrom-Steuerschaltung.
Zunächst wird die Steueroperation des Laststromes Iu kurz erläutert.
Die Laststrom-Steuerschaltung CONTU besteht aus einem Vergleicher CU, einer Stromsteuer-Kompensationsschaltung GU(S), einer Impulsbreiten-Modulationssteuerschaltung PWMC und einem Sägezahnwellengenerator TRG.
Der Stromdetektor CTU erfaßt den Laststrom IU, und der Vergleicher CU erhält eine Abweichung &epsi;U von dem bezeichneten Stromwert IU*: &epsi;U = IU* - IU. Die Abweichung &epsi;U wird durch die Stromsteuer-Kompensationsschaltung GU(s) verstärkt, und das sich ergebende Signal wird zu der Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Steuerschaltung PWMC gespeist.
Fig. 18 zeigt ein Zeitdiagramm zum Erläutern der PWM- Steueroperation. In der Figur bezeichnet ein Bezugszeichen X ein Träger-(Sägezahnwellen-)Signal für PWM-Steuerung, eU ein Eingangssignal (Spannungsbezugssignal) von der Steuerschaltung GU(S), gU ein Gattersignal für Elemente S1 und S2 und VU die Ausgangsspannung des Inverters.
Für einen Träger X wird eine Sägezahnwelle, die sich zwischen -Emax und +Emax verändert, vorbereitet. Die Welle wird mit dem Eingangssignal eU vorbereitet, um ein Gattersignal gU für die Elemente S1 und S2 zu erzeugen. Die Elemente arbeiten wie folgt:
Wenn eU > X vorliegt, ist S1 eingeschaltet (S2 ist ausgeschaltet) für gU = 1.
Wenn eU ( X vorliegt, ist S1 ausgeschaltet (S2 ist eingeschaltet) für gU = 0.
Wenn die Gleichstrom-Leistungsquellenspannung Vd1 = Vd2 Vd/2 vorliegt, beträgt die Ausgangsspannung VU des U-Phasen-Inverters:
vU = +Vd/2, wenn S1 eingeschaltet ist.
vu = -Vd/2, wenn S2 eingeschaltet ist.
Der Mittelwert von VU ist ein Wert proportional zu dem Eingangssignal eU.
Wenn IU* > IU erreicht ist, wird die Abweichung &epsi;U positiv, was das Eingangssignal eU für die PWM-Steuerung steigert, wodurch die Ein-Periode des Elementes S1 länger wird. Als ein Ergebnis steigt die Ausgangsspannung VU an, was den Laststrom IU steigert, so daß IU* = IU erreicht werden kann.
Wenn in ähnlicher Weise IU* > IU erreicht ist, wird die Abweichung &epsi;U negativ, was das Eingangssignal eU für eine PWM-Steuerung reduziert, wodurch die Ein-Periode des Elementes S1 kürzer wird. Als ein Ergebnis vermindert sich die Ausgangsspannung VU, was den Laststrom IU reduziert, so daß IU* = IU erreicht werden kann.
Obwohl Stoßspannungen durch die Induktivität der Drähte und die Anodendrossel La verursacht sind, wenn die Elemente S1 und S2 ausgeschaltet werden, werden diese Stoßspannungen durch die Dämpfungskondensatoren Cs1 und Cs2 absorbiert.
Im folgenden wird der Betrieb der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung erläutert.
Die Stromunterdrückungsdrossel La dient zum Unterdrücken der Anstiegsrate (di/dt) des Stromes, wenn das Element S1 oder S2 einschaltet. Da die Gefahr besteht, daß das Element beschädigt wird, wenn die Stromanstiegsrate groß ist, wird der Maximalwert von di/dt gewöhnlich für jedes Element bestimmt. Der Wert von La wird durch die Gleichstrom-Quellenspannung Vd und das Maximum von di/dt bestimmt. Die Dämpfungskondensatoren Cs1 und Cs2 dienen zum Unterdrücken der Anstiegsrate (dv/dt) einer an dem Element liegenden Spannung, wenn das Element S1 oder S2 ausschaltet. Wenn die Spannungsanstiegsrate (dv/dt) groß wird, werden die Abschalt-Schaltvorrichtungen (wie beispielsweise GTOS) wieder gezündet, was die Elemente S1 und S2 gleichzeitig einschaltet, wodurch ein Gleichstrom- Kurzschluß verursacht wird, mit dem Ergebnis, daß die Elemente durch einen übermäßigen Strom zerstört werden.
Die Werte der Dämpfungskondensatoren Cs1 und Cs2 werden durch den Maximalwert des Durchbruchstromes des Elementes und dv/dt bestimmt.
Wenn das Element S1 ausschaltet, während der Laststrom IU in der gezeigten Richtung fließt, kommt der Strom IU dazu, durch die Diode Df2 zu fließen. Zu der Zeit werden Spannungen durch die Verdrahtungsinduktivität und die Anodendrossel La verursacht, und die Energie der Spannungen wird zu dem Dämpfungskondensator Cs1 über die Dämpfungsdiode übertragen. Das heißt, der Dämpfungskondensator Cs1 wird mit der Spannung Vc1 die durch die Anodendrossel La und andere Bauteile verursacht ist, zusammen mit der Gleichstrom-Quellenspannung Vd beaufschlagt.
Der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP fließt gewöhnlich in einen Pfad, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP, die Dämpfungsdiode Ds1, die Dämpfungsdiode Ds2 und eine Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Wenn das Element S1 einschaltet, fließt der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in einem Pfad, der durch die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP, den Dämpfungskondensator Cs1, das Element S1, die Dämpfungsdiode Ds2 und die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in dieser Reihenfolge führt. Das heißt, die Spannung Vc1 an dem Dämpfungskondensator Cs1 wird mit einem konstanten Strom Io entladen. Der Gleichstrom Io wird für einen Wert nahezu eine Ziffer niedriger als der Nennausgangsstrom (Laststrom) in der Hauptschaltung gewählt.
Wenn das Element S1 einschaltet, führt das Element S1 ei nen Strom gleich zu der Summe des Laststromes IU und des konstanten Stromes Io. Da der Gleichstrom-Konstantstrom Io eine Ziffer kleiner als der Laststrom IU ist, wird eine Steigerung im Strom in dem Element weniger signifikant.
Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo während der die Spannung Vc1 des Dämpfungskondensators Cs1 Null wird, wie folgt ausgedrückt:
ΔTo = Vcl Cs1/Io
für Vc1 = 2.000 V, Cs = 6 µF und Io = 200 A ergibt dies ΔTo = 60 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc1 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds1 wieder einen Strom, was es dem Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds1, Ds2 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist das Element S1 wieder bereit, ausgeschaltet zu werden. Das Element S1 erfordert lediglich die minimale Ein-Zeit von ΔTo = 60 µs.
Wenn das Element S2 ein- und ausgeschaltet wird, wird der Dämpfungskondensator Cs2 in einer ähnlichen Weise geladen und entladen.
Fig. 19 zeigt den Aufbau eines konkreten Ausführungsbeispiels der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP.
Die Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP besteht aus einer Wechselstrom-Leistungsquelle AC, einem Transformator TR, einem extern erregten Konverter SS, einer Gleichstromdrossel Lo, einem Stromdetektor Cto, einer Stromeinstelleinheit VR, einem Vergleicher Co, einer Gleichstrom- Steuerkompensationsschaltung Go(S) und einer Phasensteuerschaltung PHC.
Der Betrieb der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP wird nunmehr erläutert.
Der extern erregte Konverter SS, der ein Leistungskonverter ist, der einen Dreiphasen-Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt, kann die Ausgangsspannung Vo von einem positiven in einen negativen Wert ändern, indem beispielsweise sechs Thyristoren verbunden werden, um eine Brückenschaltung zu bilden, und indem der Zündphasenwinkel jedes Elementes gesteuert wird. Die Thyristoren unterliegen einer natürlichen Kommutierung, wobei sie eine Wechselstrom-Quellenspannung verwenden.
Zunächst erfaßt der Stromdetektor CTo den Gleichstrom Io und speist diesen zu dem Vergleicher Co. Der Vergleicher Co vergleicht den erfaßten Stromwert Io mit dem Stromeinstellwert Io* von der Stromeinstelleinheit VR, um wieder eine Abweichung von &epsi;o Io - Io zu erhalten. Die Abweichung &epsi;o wird durch die Steuerkompensationsschaltung Go(S) verstärkt und das sich ergebende Signal wird als eine Spannungsbezeichnung eo zu der Phasensteuerschaltung PHC gespeist. Die Phasensteuerschaltung PHC steuert den Zündphasenwinkel α des extern erregten Konverters SS der- art, daß die Phase α des Wechselstromes Is immer hinter derjenigen der Spannung Vs der Wechselstrom-Leistungsquelle AC nacheilt, um den Thyristor einen Strom natürlich kommutieren zu lassen. Gewöhnlich wird eine Cosinus- Wellensteuerung vorgenommen, um einen Zündphasenwinkel von α = cos&supmin;¹ eo gemäß der Spannungsbezeichnung eo zu liefern. Die Ausgangsspannung Vo des extern erregten Konverters SS wird durch den Effektivwert Vs der Wechselspannung und den Zündphasenwinkel α bestimmt und ausgedrückt wie folgt:
Vo = k Vs cosα
Insbesondere hat Vo einen Wert proportional zu dem bezeichneten Spannungswert eo. Wenn eo positiv ist, wird der Phasenwinkel α zu 0º < α < 90º und das Ausgangssignal Vo wird ebenfalls positiv. Wenn eo negativ ist, wird der Phasenwinkel α zu 90º < α < 180º, und die Ausgangsspannung Vo wird negativ.
Wenn Vo negativ ist, wird die Leistung zu der Wechselstrom-Leistungsquelle AC regeneriert. Wenn Io* > Io vorliegt, wird die Abweichung &epsi;o positiv, was den bezeichneten Spannungswert eo steigert. Als ein Ergebnis kann die Ausgangsspannung Vo des extern erregten Konverters SS in der Richtung eines Pfeiles in der Figur ansteigen, um so den Gleichstrom Io zu steigern. Wenn dagegen Io* < Io vorliegt, wird die Abweichung &epsi;o negativ, wodurch der bezeichnete Spannungswert eo vermindert wird (wobei der wert negativ gemacht wird). Als ein Ergebnis folgt die Ausgangsspannung Vo des extern erregten Konverters SS der entgegengesetzten Richtung zu dem Pfeil in der Figur, was den Gleichstrom Io vermindert. Auf diese Weise wird der Gleichstrom Io gesteuert, um mit dem bezeichneten Wert Io übereinzustimmen. Indem der bezeichnete Stromwert Io* bei einem konstanten Wert gehalten wird, kann der Gleichstrom Io immer konstant gehalten werden.
Der Gleichstrom Io fließt gewöhnlich in einer Strecke, die durch SS, Lo, Ds1, Ds2 und SS in dieser Reihenfolge führt. Wenn das Element S1 einschaltet, wird die Dämpfungsdiode Ds1 mit der Spannung des Dämpfungskondensators Cs1 in Rückwärtsrichtung vorgespannt, was den Gleichstrom Io in einem Pfad fließen läßt, der durch SS, Lo, Cs1, S1, Ds2 und SS in dieser Reihenfolge führt.
Obwohl zu dieser Zeit die Spannung des Dämpfungskondensators Cs1 zur Steigerung des Gleichstromes Io dient, macht die Gleichstrom-Steuerschaltung die Spannung Vo des extern erregten Konverters SS negativ, wodurch die Leistung zu der Wechselstrom-Leistungsquelle AC rückgewonnen werden kann. Das heißt, die Energie in Cs1 kann zu der Wechselstrom-Leistungsquelle AC über die Konstantstromquelle CSUO regeneriert werden.
Wenn in ähnlicher Weise das Element S2 einschaltet, ist die Dämpfungsdiode Ds2 rückwärts mit der Spannung des Dämpfungskondensators Cs2 vorgespannt, was den Gleichstrom Io in einer Strecke fließen läßt, die durch SS, Lo, Ds1, S2, Cs2 und SS in dieser Reihenfolge führt. Obwohl zu dieser Zeit die Spannung des Dämpfungskondensators Cs2 zur Steigerung des Gleichstromes Io dient, macht die Gleichstrom-Steuerschaltung die Spannung Vo des extern erregten Konverters negativ, so daß die Leistung zu der Wechselstrom-Leistungsquelle AC wiedergewonnen werden kann. Das heißt, die Energie in dem Dämpfungskondensator Cs2 kann auch zu der Wechselstrom-Leistungsquelle AC über die Konstantstromquelle CSUP rückgewonnen werden.
In Fig. 19 sind die Diode Da und die Konstantspannungsquelle Ea vorgesehen, um durch die Anodendrossel La verursachte Stoßspannungen festzuklemmen. Wenn insbesondere das Element S1 ausschaltet, während der Laststrom IU in der Pfeilrichtung in der Figur fließt, beginnt der Laststrom IU über die Anodendrossel La und die Freilaufdiode Df2 zu fließen. Zu dieser Zeit entwickelt sich eine Stoß- spannung in der Anodendrossel La, was die Gefahr des Überschreitens der Stehspannungen des Dämpfungskondensators Cs1, des Elementes S1 und anderer Bauteile einführt.
Wenn die Stoßspannung höher wird als die Konstantspannungsquelle ea, so leitet die Diode Da einen Strom, der die Energie in La zu der Konstantspannungsquelle ea rückgewinnt, um zu verhindern, daß die Stoßspannung größer wird als Ea. Die Spannung Ea wird zu einem Wert nahezu eine Ziffer kleiner als die Spannung der Hauptgleichstrom-Leistungsquelle Vd gewählt.
Fig. 20 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung auf einen Dreipegel-Ausgangsinverter angewandt ist. In dem Dreipegel-Ausgangsinverter in der Figur sind die positiven und negativen Seiten einer Gleichstrom-Leistungsquelle jeweils mit Konstantspannungsquellen Ea1 und Ea2 versehen. Eine Reihenschaltung, die eine erste Drossel La1, erste bis vierte Schaltvorrichtungen S1 bis S4 und eine zweite Drossel La2 enthält, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, liegt über der Gleichstrom- Leistungsquelle von deren positiver zu deren negativer Seite. Freilaufdioden Df 1 bis Df4 liegen umgekehrt parallel zu den ersten bis vierten Schaltvorrichtungen S1 bis S4. Klemmdioden Dc1 und Dc2 sind zwischen den Mittelverbindungspunkt von zwei Gleichstrom-Leistungsquellen Vd1 und Vd2 und den Verbindungspunkt der ersten und zweiten Schaltvorrichtungen und zwischen den Mittelverbindungspunkt und den Verbindungspunkt jeweils der dritten und vierten Schaltvorrichtungen eingefügt.
In der Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung liegen die Dämpfungsschaltungen parallel jeweils zu ersten bis vierten Schaltvorrichtungen S1 bis S4. In einer Dämpfungsschaltung für die erste Schaltvorrichtung S1 ist die Kathode einer Dämpfungsdiode Ds1 mit der Kathode des Elementes S1 verbunden, und zwischen deren Anoden ist ein Dämpfungskondensator Cs1 angeschlossen. Eine Dämpfungsschaltung für die zweite Schaltvorrichtung S2 ist in der gleichen Weise verbunden.
In einer Dämpfungsschaltung für die dritte Schaltvorrichtung S3 ist die Anode einer Dämpfungsdiode Ds3 mit der Anode des Elementes S3 verbunden, und zwischen deren Kathoden ist ein Dämpfungskondensator Cs3 angeschlossen. Eine Dämpfungsschaltung für die vierte Schaltvorrichtung S4 ist in der gleichen Weise angeschlossen.
Eine Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds2 und des Dämpfungskondensators Cs2 und dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds3 und des Dämpfungskondensators Cs3.
Eine Rückgewinnungsdiode DR1 ist zwischen dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds1 und des Dämpfungskondensators Cs1 und dem Verbindungspunkt der Dämpfungsdiode Ds2 und des Dämpfungskondensators Cs2 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist eine Rückgewinnungsdiode DR2 zwischen den Dämpfungsschaltungen für die Elemente S3 und S4 vorgesehen. Klemmdioden Datenübertragungsblocksynchronisierung und Da2 für Klemmdrosselspannungen sind zwischen den Dämpfungskondensator Cs1 und die Konstantspannungsquelle Ea1 und zwischen den Dämpfungskondensator Cs4 und die Konstantspannungsquelle Ea2 eingefügt.
In dem Dreipegel-Ausgangsinverter schalten Elemente S1 bis S4 in Einheiten von zwei ein. Wenn insbesondere die Gleichspannung Vd1 = Vd2 = Vd/2 vorliegt, beträgt die Inverter-Eingangsspannung VU folgendes:
VU = +Vd/2, wenn S1 und S2 eingeschaltet sind.
VU = 0, wenn S2 und S3 eingeschaltet sind.
VU = -Vd/2, wenn S3 und S4 eingeschaltet sind.
Da drei der Elemente gleichzeitig eingeschaltet werden, schließt dies die Leistungsquelle kurz, wodurch die Elemente zerstört werden. Um dies zu vermeiden, werden die Gattersignale so eingespeist, daß die Elemente S1 und S3 in entgegengesetzten Richtungen arbeiten können und die Elemente S2 und S4 in entgegengesetzten Richtungen arbeiten.
Wenn die Elemente S2 und S3 einschalten, wird die Spannung VU des U-Phasen-Ausgangsanschlusses an dem Mittelpunkt der Gleichstrom-Leistungsquelle über die Klemmdioden Dc1 und Dc2 festgeklemmt. Aus diesem Grund wird der Dreipegel-Ausgangsinverter auch als festgeklemmter Neutralpunktinverter bezeichnet.
Die Anodendrosseln La1 und La2 dienen zum Unterdrücken der Stromänderungsrate (di/dt) wenn irgendeines der Elemente S1 bis S4 einschaltet. Wie früher erläutert wurde, dienen die Dioden Datenübertragungsblocksynchronisierung und Da2, die Konstantspannungsquellen Ea1 und Ea2 und die Anodendrosseln La1 und La2 zum Unterdrücken von Stoßspannungen in den Anodendrosseln La1 und La2.
Im folgenden wird die Dämpfungsrückgewinnungsoperation des Ausführungsbeispiels in Fig. 20 näher erläutert.
Wenn beispielsweise die Elemente S2 und S3 eingeschaltet sind (die Elemente S1 und S4 sind ausgeschaltet), so werden die Dämpfungskondensatoren Cs1 und Cs4 mit einer Spannung von angenähert Vd/2 in der gezeigten Polarität beauf schlagt. Zu dieser Zeit fließt der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in einen Pfad, der durch CSUP, Ds2, Ds3 und CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Wenn sodann das Element S3 ausschaltet und das Element S1 einschaltet, sind die Dioden Ds1 und Ds2 in Rückwärtsrichtung mit der Spannung des Dämpfungskondensators Cs1 vorgespannt, was es dem Strom Io erlaubt, in einen Pfad zu fließen, der durch CSUP, DR1, Cs1, S1, S2, Ds3 und CSUP in dieser Reihenfolge führt, wodurch die Spannung des Kondensators Cs1 entladen wird. Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo, für die die Spannung Vc1 des Kondensators Cs1 zu Null wird, ausgedrückt wie folgt:
ΔTo = Vcl Cs1/Io
Für Cs1 = 2.000 V, Cs = 6 µF und Io = 200 A ergibt dies ΔTo = 60 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc1 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds2 wieder Strom, was es dem Strom Io von der Konstantstromquelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds2, Ds3 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist das Element S1 immer bereit, ausgeschaltet zu werden.
S1 erfordert lediglich die minimale Ein-Zeit von ΔTo = 60 µs.
Wenn die Elemente S1 und S2 eingeschaltet sind, sind die Elemente S3 und S4 ausgeschaltet, was es erlaubt, einen Spannung an die Dämpfungskondensatoren Cs3 und Cs4 zu legen. Wenn in diesem Zustand das Element S1 wieder ausschaltet, schaltet das Element S3 ein, die Diode Ds3 ist mit der Spannung Vc3 des Kondensators Cs3 rückwärts vorgespannt, was es dem Gleichstrom Io erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds2, S3, Cs3 und CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Daher wird die Spannung Vc3 am Kondensator Cs3 bei dem konstanten Strom Io entladen, und die Energie wird zu der Konstantstromquelle CSUP rückgewonnen. Wenn die Kondensatorspannung Vc3 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds3 wieder Strom, was es dem Strom Io von der Kon stantstromquelie CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds2, Ds3 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist das Element S3 immer bereit, ausgeschaltet zu werden.
In dem Zustand, in dem die Elemente S2 und S3 eingeschaltet sind, schaltet das Element S2 aus und das Element S4 schaltet ein, die Dioden Ds3 und Ds4 sind rückwärts mit der Spannung bei dem Kondensator Cs4 vorgespannt, was es dem Strom Io erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds2, S3, S4, Cs4, DR2 und CSUP in dieser Reihenfolge führt, um dadurch die Spannung des Kondensators Cs4 zu entladen.
Die Energie in dem Kondensator Cs4 wird zu der Konstantstromquelle CSUP rückgewonnen. Wenn die Kondensatorspannung Vc4 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds3 wieder Strom, was es dem Strom Io von der Konstantstrom quelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds2, Ds3 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Zu dieser Zeit ist das Element S4 immer bereit, abgeschaltet zu werden.
In dem Zustand, in dem die Elemente S3 und S4 eingeschaltet sind, schaltet das Element S4 wieder aus, und das Element S2 schaltet ein, die Diode Ds2 ist rückwärts mit der Spannung Vc2 des Kondensators Cf2 vorgespannt, was dem Gleichstrom Io erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Cs2, S2, Ds3 und CSUP in dieser Reihenfolge führt
Daher wird die Spannung Vc2 am Kondensator Cs2 bei dem konstanten Strom Io entladen, und seine Energie wird zu der Konstantstromquelle CSUP rückgewonnen. Wenn die Kondensatorspannung Vc2 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds2 wieder Strom, was es dem Strom Io von der Konstantstromquelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds2, Ds3 und CSUP in dieser Reihen folge führt. Danach ist das Element S2 wieder bereit, ausgeschaltet zu werden.
Obwohl der Dreipegel-Ausgangsinverter Ausgangsspannungen von (+), (0) und (-) erzeugt, ändert er direkt von einem (+)-Modus zu dem (-)-Modus weniger häufig. Er ändert seine Ausgangsspannungen lediglich nach Durchgang durch den (0)-Ausgangsmodus einmal:
Wenn der (+)-Modus zu dem (0)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs3.
Wenn der (0)-Modus zu dem (-)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs4.
Wenn der (-)-Modus zu dem (0)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs2.
Wenn der (0)-Modus zu dem (+)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs3.
Da die vier Dämpfungskondensatoren Cs1 bis Cs4 sich nacheinander entladen, wie dies oben beschrieben ist, erfordert der Wert des Stromes Io von der Konstantstromquelle CSUP lediglich vorbereitet zu werden, um bestimmt zu werden, nachdem die Entladezeit eines einzigen Kondensators in Betracht gezogen ist.
Das in Fig. 21 gezeigte Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel des Anwendens einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung auf einen Vier- pegel-Ausgangsinverter.
In der Figur bezeichnen Bezugszeichen Vd1 bis Vd3 Gleich- strom-Spannungsquellen, La1 und La2 Stromunterdrückungs- Anodendrosseln, S1 bis S6 Elemente, Df1 bis Df6 Freilaufdioden, Dc1 bis Dc4 Klemmdioden, Cs1 bis Cs6 Dämpfungskondensatoren, Ds1 bis Ds6 Dämpfungsdioden, Ea1 und Ea2 Konstantspannungsquellen, Da1 und Da2 Anodendrossel-Spannungsklemmdioden, DR1 bis DR4 Rückgewinnungsdioden und CSUP eine Gleichstrom-Konstantstromquelle.
In dem Vierpegel-Ausgangsinverter schalten die Elemente S1 bis S6 in Einheiten von drei ein. Wenn insbesondere angenommen wird, daß die Gleichspannung durch Vd1 = Vd2 = Vd3 = Vd/3 gegeben ist und Vd/2 einen imaginären Mittelpunkt (Nullspannung) bildet, so beträgt die Inverterausgangsspannung VU:
VJ = +Vd/2, wenn S1, S2 und S3 eingeschaltet sind.
VU = +Vd/6, wenn S2, S3 und S4 eingeschaltet sind.
VU = -Vd/6, wenn S3, S4 und S5 eingeschaltet sind.
VU = -Vd/2, wenn S4, S5 und S6 eingeschaltet sind.
Da vier oder mehr der Elemente gleichzeitig eingeschaltet sind, schließt diese Leistungsquelle kurz, was die Elemente zerstört. Um dies zu vermeiden, werden die Gattersignale so eingespeist, daß die Elemente S1 und S4 in entgegengesetzten Richtungen arbeiten können, und die Elemente S2 und S5 arbeiten in entgegengesetzten Richtungen.
Wenn die Elemente S2, S3 und S4 einschalten, wird die Spannung VU an dem Ausgangsanschluß U auf die Spannung an dem Verbindungspunkt der Gleichstrom-Leistungsquellen Vd1 und Vd2 über die Klemmdioden Dc1 und Dc3 unabhängig von der Richtung des Laststromes IU festgeklemmt. Wenn die Elemente S3, S4 und S5 einschalten, wird die Spannung VU an dem Ausgangsanschluß U auf die Spannung an dem Verbindungspunkt der Gleichstrom-Leistungsquellen Vd2 und Vd3 über die Klemmdioden Dc2 und Dc4 unabhängig von der Richtung des Laststromes IU festgeklemmt.
Die Anodendrosseln La1 und La2 dienen zum Unterdrücken der Stromänderungsrate (di/dt), wenn irgendeines der Elemente S1 bis S6 einschaltet.
Wie oben erläutert wurde, dienen die Dioden Da1 und Da2 sowie die Konstantspannungsquellen Ea1 und Ea2 zum Unterdrücken von Stoßspannungen in Anodendrosseln La1 und La2.
Im folgenden wird die Dämpfungsrückgewinnungsoperation der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Wenn beispielsweise die Elemente S2, S3 und S4 eingeschaltet sind (die Elemente S1, S5 und S6 sind ausgeschaltet), so sind die Dämpfungskondensatoren Cs1, Cs5 und Cs6 mit einer Spannung von angenähert Vd/3 der gezeigten Polarität beaufschlagt. Zu dieser Zeit fließt der Strom Io von der Gleichstrom-Konstantstromquelle CSUP in einen Pfad, der durch CSUP, Ds3, Ds4 und CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Wenn sodann das Element S4 ausgeschaltet wird und das Element S1 einschaltet, so sind die Dioden Ds1, Ds2 und Ds3 rückwärts mit der Spannung des Dämpfungskondensators Cs1 vorgespannt, was es dem Strom Io erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, DR2, DRL, Cs1, S1, S2, S3, Ds4 und CSUP in dieser Reihenfolge führt, wodurch die Spannung des Kondensators Cs1 entladen wird. Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo, während der die Spannung Vc1 des Kondensators Cs1 zu Null wird, wie folgt ausgedrückt:
ΔTo = Vc1 Cs1/Io
Für Cc1 = 2.000 V, Cs = 6 µF und Io = 200 A ergibt dies ΔTo = 60 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc1 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds3 wieder einen Strom, was es dem Strom Io von der Konstantstromquelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds3, Ds4 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist das Element S1 immer bereit, abgeschaltet zu werden. Sl erfordert lediglich die minimale Ein-Zeit von ΔTo = 60 µs.
Wenn die Elemente S1, S2 und S3 eingeschaltet sind, sind die Elemente S4, S5 und S6 ausgeschaltet, was es einer Spannung erlaubt, an die Dämpfungskondensatoren Cs4 bis Cs6 gelegt zu werden. Wenn in diesem Zustand das Element S1 wieder ausschaltet und das Element S4 einschaltet, ist die Diode Ds4 rückwärts mit der Spannung Vc4 des Kondensators Cs4 vorgespannt, was es dem Gleichstrom Io erlaubt, in einer Strecke zu fließen, die durch CSUP, Cs3, S4, Cs4 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Daher wird die Spannung Vc4 an dem Kondensator Cs4 bei dem konstanten Strom Io entladen, und die Energie wird zu der Konstantstromquelle CSUP rückgewonnen. Wenn die Kondensatorspannung Vc4 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds4 wieder Strom, was es dem Strom Io von der Konstantstromquelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds3, Ds4 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist das Element S4 immer bereit, ausgeschaltet zu werden.
Das Entladen der anderen Dämpfungskondensatoren Cs2, Cs3, Cs5 und Cs6 erfolgt in ähnlicher Weise, und deren Energie wird zu der Konstantstromquelle CSUP rückgewonnen.
Wie oben erläutert wurde, erzeugt der Vierpegel-Ausgangsinverter Ausgangsspannungen von (+Vd/2), (+Vd/6), (-Vd/6) und (-Vd/2). Jeder Modus ist dabei so gesteuert, daß er sich in einen anderen Modus mittels einer besonderen Stufe verändert.
Wenn insbesondere der (+Vd/2)-Modus in den (+Vd/6)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs4; wenn der (+Vd/6)-Modus in den (-Vd/6)-Modus verän- dert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator CsS; wenn der (-Vd/6)-Modus in den (-Vd/2)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs6; wenn der (-Vd/2)-Modus in den (-Vd/6)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs3; wenn der (-Vd/6)- Modus in den (+Vd/6)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs2; und wenn der (+Vd/6)-Modus in den (+Vd/2)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs1.
Da die sechs Dämpfungskondensatoren Cs1 bis Cs6 sich nacheinander entladen, wie dies oben beschrieben ist, erfordert der Wert des von der Konstantstromquelle CSUP vorzubereitenden Stromes Io lediglich bestimmt zu werden, nachdem die Entladezeit eines einzigen Kondensators in Betracht gezogen ist.
Das in Fig. 22 gezeigte Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel des Anwendens einer Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung der vorliegenden Erfindung auf einen Fünfpegel-Ausgangsinverter. In der Figur bezeichnen Bezugszeichen Vd1 bis Vd4 Gleichspannungsquellen La1 und La2 Stromunterdrückungs-Anodendrosseln, S1 bis S8 Elemente, Df1 bis Df8 Freilaufdioden, Dc1 bis Dc6 Klemmdioden, Cs1 bis Cs8 Dämpfungskondensatoren, Ds1 bis Ds8 Dämpfungsdioden, Ea1 und Ea2 Konstantstromquellen, Da1 und Da2 Anodendrossel-Spannungsklemmdioden, DR1 bis DR6 Rückgewinnungsdioden und CSUP eine Gleichstrom-Konstantstromquelle.
In dem Fünfpegel-Ausgangsinverter schalten die Elemente S1 bis S8 in Einheiten von vier ein. Wenn insbesondere angenommen wird, daß die Gleichspannung Vd1 = Vd2 = Vd3 = Vd4 = Vd/4 beträgt und Vd/2 ein imaginärer Mittelpunkt (Nullspannung) ist, so beträgt die Inverter-Ausgangsspannung VU:
VU = +Vd/2, wenn S1, S2, S3 und S4 eingeschaltet sind.
VU = +Vd/4, wenn S2, S3, S4 und S5 eingeschaltet sind.
Vu = 0, wenn S3, S4, S5 und S6 eingeschaltet sind.
VU = -Vd/4, wenn S4, S5, S6 und S7 eingeschaltet sind.
VU = -Vd/2, wenn S5, S6, S7 und S8 eingeschaltet sind.
Wenn fünf oder mehr der Elemente gleichzeitig eingeschaltet sind, schließt dies die Leistungsquelle kurz, was die Elemente zerstört. Um dies zu vermeiden, werden die Gattersignale so eingespeist, daß die Elemente S1 und S5 in entgegengesetzten Richtungen arbeiten können, die Elemente S2 und S6 in entgegengesetzten Richtungen arbeiten, die Elemente S3 und S7 in entgegengesetzten Richtungen arbeiten und die Elemente S4 und S8 in entgegengesetzter Richtung arbeiten.
Wenn die Elemente S2, S3, S4 und S5 einschalten, wird die Spannung VU an dem Ausgangsanschluß U auf die Spannung an dem Verbindungspunkt der Gleichspannungsquellen Vd1 und Vd2 über die Klemmdioden Dc1 und Dc4 unabhängig von der Richtung des Laststromes IU festgeklemmt. Wenn die Elemente S3, S4, S5 und S6 einschalten, wird die Spannung VU an dem Ausgangsanschluß U auf die Spannung an dem Verbindungspunkt (Mittelpunkt) der Gleichspannungsquellen Vd2 und Vd3 über die Klemmdioden Dc2 und Dcs unabhängig von der Richtung des Laststromes IU festgeklemmt.
Wenn in ähnlicher Weise die Elemente S4, S5, S6 und S7 einschalten, wird die Spannung VU an dem Ausgangsanschluß U auf die Spannung an dem Verbindungspunkt der Gleichstromquellen Vd3 und Vd4 über die Klemmdioden Dc3 und Dc6 unabhängig von der Richtung des Laststromes IU festgeklemmt.
Die Anodendrosseln La1 und La2 dienen zum Unterdrücken der Stromänderungsrate (di/dt), wenn irgendeines der Elemente S1 bis S8 einschaltet.
Wie oben erläutert wurde, dienen die Dioden Da1 und Da2 und die Konstantspannungsquellen Ea1 und Ea2 zum Unterdrücken von Stoßspannungen in den Anodendrosseln La1 und La2.
Im folgenden wird die Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsoperation des vorliegenden Ausführungsbeispiels erläutert.
Wenn beispielsweise die Elemente S2, S3, S4 und S5 eingeschaltet sind (die Elemente S1, S6, S7 und S8 sind ausgeschaltet), so sind die Dämpfungskondensatoren Cs1, Cs6, Cs7 und Cs8 mit einer Spannung von angenähert Vd/4 der gezeigten Polarität beaufschlagt.
Zu dieser Zeit fließt der Strom Io von der Gleichstrom- Konstantstromquelle CSUP in einem Pfad, der durch CSUP, Ds4, DsS und CSUP in dieser Reihenfolge führt.
Wenn sodann das Element S5 ausschaltet und das Element S1 einschaltet, sind die Dioden Ds1, Ds2, Ds3 und Ds4 rückwärts mit der Vorspannung des Dämpfungskondensators Cs1 beaufschlagt, was es dem Strom Io erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, DR3, DR2, DR1, Cs1, S1, S2, S3, S4, Ds5 und CSUP in dieser Reihenfolge führt, wodurch die Spannung des Kondensators Cs1 entladen wird. Wenn der Strom Io konstant ist, wird die Zeit ΔTo, in der die Spannung Vc1 des Kondensators Cs1 Null wird, wie folgt ausgedrückt:
ΔTo = Vc1 Cs1/Io
Für Cc1 = 2.000 V, Cs = 6 µF und 10 = 200 A ergibt dies ΔTo = 60 µs.
Wenn die Kondensatorspannung Vc1 = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds4 wieder Strom, was es den Strom Io von der Konstantstromquelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds4, Ds5 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist das Element S1 immer bereit, ausgeschaltet zu werden. S1 erfordert lediglich die minimale Ein-Zeit von ΔTo = 60 µs
Wenn die Elemente S1, S2, S3 und S4 eingeschaltet sind, sind die Elemente S5, S6, S7 und S8 ausgeschaltet, was es erlaubt, eine Spannung an die Dämpfungskondensatoren Cs5 bis Cs8 zu legen. Wenn in diesem Zustand das Element S1 wieder ausschaltet und das Element S5 einschaltet, ist die Diode Ds5 mit der Spannung Vcs des Kondensators Cs5 rückwärts vorgespannt, was es dem Konstantstrom Io erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds4, S5, Cs5 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Daher wird die Spannung Vc5 am Kondensator Cs5 bei dem konstanten Strom Io entladen, und die Energie wird zu der Konstantstromquelle CSUP regeneriert. Wenn die Kondensatorspannung Vcs = 0 erreicht ist, leitet die Dämpfungsdiode Ds5 wieder Strom, was es dem Strom Io von der Konstantstromquelle CSUP erlaubt, in einem Pfad zu fließen, der durch CSUP, Ds4, Ds5 und CSUP in dieser Reihenfolge führt. Danach ist das Element S5 immer bereit, ausgeschaltet zu werden.
Das Entladen der übrigen Dämpfungskondensatoren Cs2, Cs3, Cs4, Cs6, Cs7 und Cs8 erfolgt in ähnlicher Weise, und deren Energie wird zu der Konstantstromquelle CSUP regeneriert.
Wie oben erläutert wurde, erzeugt der Fünfpegel-Ausgangsinverter Ausgangsspannungen von (+Vd/2), (+Vd/4), (0), (-Vd/4) und (-Vd/2), wobei jeder Modus so gesteuert ist, daß er sich in einen anderen Modus durch eine besondere Stufe verändert.
Wenn insbesondere der (+Vd/2)-Modus in den (+Vd/4)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs5; wenn der (+Vd/4)-Modus in den (0)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs6; wenn der (0)-Modus in den (-Vd/4)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs7; wenn der (-Vd/4)-Modus in den (-Vd/2)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs8; wenn der (-Vd/2)-Modus in den (-Vd/4)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs4; wenn der (-Vd/4)-Modus in dem (0)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs3; wenn der (0)-Modus in den (+Vd/4)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs2; und wenn der (+Vd/4)-Modus in den (+Vd/2)-Modus verändert wird, entlädt sich der Dämpfungskondensator Cs1.
Da sich die acht Dämpfungskondensatoren Cs1 bis Cs8 nacheinander entladen, wie dies oben beschrieben ist, muß der Wert des vorzubereitenden Stromes Io von der Konstantstromquelle CSUP lediglich bestimmt werden, nachdem die Entladezeit eines einzigen Kondensators in Betracht gezogen ist.
In ähnlicher Weise können Inverter, die sechs oder mehr Pegel ausgeben, so aufgebaut werden, daß die Energie in zahlreichen Dämpfungskondensatoren zu der einzigen Konstantstromquelle CSUP regeneriert werden kann.
Obwohl eine Erläuterung hinsichtlich einer Phase (U-Phase) des Inverters gegeben ist, gilt das gleiche für Inverter mit zwei oder mehr Phasen. Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf Inverter, sondern auch auf Konverter angewandt werden, die Wechselstrom in Gleichstrom umsetzen. Während weiterhin eine Erläuterung hinsichtlich extern erregter Konverter vermittelt wurde, kann die vorliegende Erfindung auf selbstkommutierte Konverter angewandt werden. Das wesentliche besteht darin, daß die Erfindung auf jegliche Konstantstromquelle anwendbar ist, die zur Rückgewinnung fähig ist.

Claims

1. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung zum Schützen von einer oder mehreren Schaltvorrichtungen (GTO) in einer Hauptschaltung vor Strom und Spannung, die zu den Schaltvorrichtungen (GTO) gespeist sind, mit:

einer Dämpfungseinrichtung einschließlich einer oder mehreren Reihenschaltungen, die jeweils parallel zu den Schaltvorrichtungen (GTO) verbunden sind, wobei die Reihenschaltungen jeweils eine Dämpfungsdiode (Ds) und einen Dämpfungskondensator (Cs) haben, und

einer oder mehreren Konstantstromquellen (SUP), die mit dem Dämpfungskondensator und der Hauptschaltung verbunden sind, um Energie, die in dem Dämpfungskondensator (Cs) während der EIN-Periode der Schaltvorrichtung gespeichert ist, wiederzugewinnen, wobei die Konstantstromquellen (SUP) jeweils eine Gleichstrom-(DC-)Drossel (L&sub0;) und eine Steuereinrichtung (CONT&sub0;) haben, die einen Strom steuert, der durch die Gleichstromdrossel (L&sub0;) fließt, um einen konstanten Wert zu haben.

2. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Konstantstromquellen (SUP) zusätzlich eine Wechselstrom-(AC-)Leistungsquelle (AC-SUP), einen Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumsetzer (SS), der mit der Wechselstrom-Leistungsquelle (AC-SUP) gekoppelt und zwischen der Gleichstromdrossel (L&sub0;) und der Hauptschaltung eingefügt ist, und die Steuereinrichtung (CONT&sub0;) zum Steuern des Wechselstrom/Gleichstrom- Umsetzers (SS) derart, daß der durch die Gleichstromdrossel (L&sub0;) fließende Strom konstant ist, hat.

3. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Konstantstromquellen (SUP) eine Gleichspannungsquelle (DC-SUP), eine über beiden Anschlüssen der Gleichspannungsquelle (DC-SUP) und der Gleichstromdrossel (L&sub0;) liegende Doppelzerhackerschaltung (CHO) und die Steuereinrichtung (CONT&sub0;) zum Steuern der Doppelzerhackerschaltung (CHO) derart, daß der durch die Gleichstromdrossel (L&sub0;) fließende Strom konstant ist, hat.

4. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß:

die Hauptschaltung eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen (GTO1, GTO2) der gleichen Polarität hat, die in Reihe verbunden sind,

ein Rückgewinnungspfad, in den die Konstantstromquellen (SUP) eingeschlossen sind, in einer Richtung gebildet wird, daß die Energie von jedem der Dämpfungskondensatoren (Cs1, Cs2) entladen wird.

5. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschaltung einen selbsterregten Inverter vom Spannungstyp mit einem positiven und einem negativen Zweig hat, der positive Zweig und der negative Zweig Schaltvorrichtungen (GTO1, GTO2) haben, wobei jeweils jede der Reihenschaltungen mit einer entsprechenden Schaltvorrichtung (GTO1, GTO2) im positiven Zweig und im negativen Zweig verbunden ist und wobei jede der Konstantstromquellen (SUP1, SUP2) mit einer entsprechenden Reihenschaltung verbunden ist, um eine Vielzahl von Rückgewinnungspfaden zu bilden.

6. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschaltung einen Mehrfach-PWM-Leistungsumsetzer (INV1, INV2) vom Stromtyp mit einer Vielzahl von positiven Zweigen und einer Vielzahl von negativen Zweigen aufweist, daß die positiven Zweige und die negativen Zweige jeweils Schaltvorrichtungen (GTO11, 13, 21, 23, GTO12, 14, 22, 24) haben, daß jede der Reihenschaltungen mit einer entsprechenden Schaltvorrichtung (GTO11, 13, 21, 23, GTO12, 14, 22, 24) in den positiven Zweigen und den negativen Zweigen verbunden ist, daß die Konstantstromquellen wenigstens zwei in der Anzahl betragen, daß eine der Konstantstromquellen (SUP1, SUP2) mit den Reihenschaltungen bezüglich der Vielzahl von positiven Zweigen verbunden ist und eine andere der Konstantstromquellen (SUP1, SUP2) mit den Reihenschaltungen bezüglich der Vielzahl der negativen Zweige verbunden ist.

7. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschaltung eine oder mehrere Stromunterdrückungsdrosseln (La) aufweist und die Dämpfungsenergie- Rückgewinnungsschaltung außerdem hat:

eine oder mehrere Gleichstrom-Konstantspannungsquellen (VSUP, Ea), die zwischen einem Ende und dem anderen Ende jeweils der Drosseln (La) verbunden sind, um eine Energie, die in den Drosseln (La) verbleibt, zu der Hauptschaltung zurückzugewinnen, wenn die Energie in dem Dämpfungskondensator (Cs) einen Schwellenwert erreicht hat.

8. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß: die Hauptschaltung einen selbsterregten Inverter vom Spannungstyp aufweist, der mit einem positiven Zweig und einem negativen Zweig versehen ist, von denen jeder jeweils Schaltvorrichtungen (GTO1, GTO2) hat,

die Reihenschaltungen mit den Schaltvorrichtungen (GTO1, GTO2) jeweils in dem positiven Zweig und dem negativen Zweig verbunden sind, eine der Konstantstromquellen (CSUP1) für den positiven Zweig vorgesehen ist, der zwischen dem Verbindungspunkt des Dämpfungskondensators (Cs1) und der Dämpfungsdiode (Ds1) und der Anode der Schaltvorrichtung (GTO1) in dem positiven Zweig verbunden ist und eine andere der Konstantstromquellenschaltungen (CSUP2) für den negativen Zweig vorgesehen ist, der zwischen dem Verbindungspunkt des Dämpfungskondensators (Cs2) und der Schaltvorrichtung (GTO2) in dem negativen Zweig verbunden ist, und

eine der Konstantspannungsquellenschaltungen (VSUPl) für den positiven Zweig vorgesehen ist, der einen Verbindungspunkt der Anode der Schaltvorrich tung (GTO1) und einem Anschluß der Drosseln (La) und einen anderen Anschluß der Drosseln (La) verbindet, und eine andere der Gleichstrom-Konstantspannungsquellenschaltungen (VSUP2) für den negativen Zweig vorgesehen ist, der einen Verbindungspunkt einer Kathode der Schaltvorrichtung (GTO2) und eines Anschlusses der Drosseln (La) und einen anderen Anschluß der Drosseln (La) verbindet.

9. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschaltung einen Leistungsumsetzer bzw. -konverter hat, daß der Leistungsumsetzer eine Gleichstrom- Leistungsquelle (Vd), erste und zweite Schaltblökke, die in Reihe zwischen einem positiven Anschluß und einem negativen Anschluß der Gleichstrom-Leistungsquelle (Vd) verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Schaltblöcke jeweils die gleiche Anzahl von Schaltvorrichtungen (S1, S2) enthalten, die in Reihe in einer Vorwärtsrichtung verbunden sind, und Freilaufdioden (Df1, Df2), die umgekehrt parallel zu jeder der Schaltvorrichtungen (S1, S2) verbunden sind, hat,

wobei jede der Konstantstromquellen (CSUP) zwischen einem Verbindungspunkt zwischen einer Dämpfungsdiode (Ds1) und eines Dämpfungskondensators (Cs1) jeder Reihenschaltung, die für eine Schaltvorrichtung (S1) des ersten Schaltbiockes vorgesehen ist und einem Verbindungspunkt zwischen einer Dämpfungsdiode (Ds2) und eines Dämpfungskondensators (Cs2) jeder Reihenschaltung, die für eine Schaltvorrichtung (S2) des zweiten Schaltblockes vorgesehen ist, angeordnet ist.

10. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß: die Gleichstrom-Leistungsquelle (Vd) erste und zweite unterteilte Gleichstrom-Leistungsquellen (Vd1, Vd2) enthält, die in Reihe verbunden sind, und

jeder der ersten und zweiten Schaltblöcke erste und zweite Schaltdioden (S1-S4) aufweist, wobei:

eine erste Klemmdiode (Dc1) zwischen einem Reihenverbindungspunkt der ersten und zweiten geteilten Gleichstrom-Leistungsquellen (Vd1, Vd2) und einem Reihenverbindungspunkt der ersten und zweiten Schaltvorrichtungen (S1, S2) in dem ersten Schaltblock derart vorgesehen ist, daß ihre Anode mit dem Reihenverbindungspunkt auf der geteilten Gleichstrom-Leistungsquellenseite und ihre Kathode mit dem Reihenverbindungspunkt auf der Schaltvorrichtungsseite verbunden ist, und

eine zweite Klemmdiode (Dc2) zwischen dem Reihenverbindungspunkt der ersten und zweiten geteilten Gleichstrom-Leistungsquelle (Vd1, Vd2) und dem Reihenverbindungspunkt der ersten und zweiten Schaltvorrichtungen (S3, S4) in dem zweiten Schaltblock derart vorgesehen ist, daß ihre Kathode mit dem Reihenverbindungspunkt auf der geteilten Gleichstrom-Leistungsquellenseite und ihre Anode mit dem Reihenverbindungspunkt auf der Schaltvorrichtungsseite verbunden sind.

11. Dämpfungsenergie-Rückgewinnungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß: die Gleichstrom-Leistungsquelle (Vd) eine Vielzahl von unterteilten Gleichstrom-Leistungsquellen (Vd1-Vd3) aufweist, die in Reihe verbunden sind, und

jeder der ersten und zweiten Schaltblöcke eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen (S1-S3, S4-S6) enthält, wobei:

eine Vielzahl von Klemmdioden (Dc1, Dc2) zwischen jedem Reihenverbindungspunkt der benachbarten unterteilten Gleichstrom-Leistungsquellen (Vd1-Vd2) in der Gleichstrom-Leistungsquelle (Vd) und jedem Reihenverbindungspunkt von benachbarten Schaltvorrichtungen (S1-S3) in dem ersten Schaltblock derart vorgesehen ist, daß ihre jeweiligen Anoden mit ihren jeweiligen Reihenverbindungspunkten auf einer Seite der Schaltvorrichtungsseite verbunden sind, und eine Vielzahl von Klemmdioden (Dc1-Dc4) zwischen jedem Reihenverbindungspunkt von benachbarten unterteilten Gleichstrom-Leistungsquellen (Vd2, Vd3) in der Gleichstrom-Leistungsquelle und jedem Reihenverbindungspunkt von benachbarten Schaltvorrichtungen (S4-S6) in dem zweiten Schaltblock derart vorgesehen ist, daß ihre jeweiligen Kathoden mit den jeweiligen Reihenverbindungspunkten auf der geteilten Leistungsquellenseite und ihre jeweiligen Anoden mit den jeweiligen Reihenverbindungspunkten auf der Seite der Schaltvorrichtungsseite verbunden sind