CH620318A5

CH620318A5 - Inverter arrangement

Info

Publication number: CH620318A5
Application number: CH308077A
Authority: CH
Inventors: Janos Udvardi-Lakos
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-04-09
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1980-11-14
Also published as: BE853335A; DE2615691B2; DE2615691C3; ATA178377A; AT348064B; NL7701418A; DE2615691A1; JPS52124133A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichteranord-

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nung, umfassend einen von einer Steuereinrichtung gesteuer- welle momentan vorzeitig dadurch geendet werden, dass die ten Wechselrichter, der eingangsseitig an eine Gleichspan- nächstfolgende Kommutierung des Wechselrichters vorzeitig nungsquelle und ausgangsseitig über einen Wechselrichter- eingeleitet wird, wozu der Differentialquotient des Betrags des transformator mit Eisenkern an einen Verbraucher angeschlos- Magnetisierungsstromes auf die Spannungsregelung in der sen ist, wobei die Steuereinrichtung von einer den Magnetisie- 5 Steuereinrichtung des Wechselrichters in dem Sinne aufge-rungszustand des Eisenkerns erfassenden Messeinrichtung be- schaltet ist, dass ein Anstieg des Magnetisierungsstroms eine einflussbar ist. Absenkung der Steuerspannung für den Steuersatz des Wech-

Bei Wechselrichtertransformatoren besteht die Gefahr selrichters bewirkt. Es ist jedoch auch möglich, den nächstfol-einer Sättigung des Transformatorkerns, wenn die Ausgangs- genden Kommutierungsvorgang durch einen Eingriff in den Spannung des Wechselrichters nicht vollkommen frei von 10 Steuersatz vorzeitig einzuleiten.

Gleichspannungskomponenten ist, d.h. wenn die positiven und Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre in den abhän-

negativen Spannungszeitflächen in der Ausgangsspannung des gigen Patentansprüchen näher gekennzeichneten Ausgestal-Wechselrichters nicht gleich gross sind. Unterschiede in den tungen werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher positiven und negativen Spannungszeitflächen können durch beschrieben. Es zeigen :

verschiedene Einflüsse hervorgerufen werden, beispielsweise 15 Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen durch eine Welligkeit der eingangsseitigen Gleichspannung, Wechselrichteranordnung,

durch unterschiedliche Durchlassspannungsabfälle der Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Eingriffes in die Span gesteuerten Wechselrichterventile, durch asymmetrische nungsregelung eines Wechselrichters,

Ansteuerung oder durch unterschiedlichen Zündverzug der Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Stromwandleranord-

gesteuerten Wechselrichterventile, durch unterschiedliche 20 nung zur Erfassung des Magnetisierungsstromes,

Impedanzen in den Zuleitungen der einzelnen Ventile oder Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromwand-

durch dynamische Regelvorgänge. Bereits kleine Gleichspan- leranordnung zur betragsmässigen Erfassung des Magnetisie-nungskomponenten können infolge der sehr kleinen ohmschen rungsstromes,

Widerstände in den Ventilzweigen des Wechselrichters zu Fig. 5 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele von Eingriffen in grossen Gleichstromkomponenten führen. Die Spitzenwerte 25 die Spannungsregelung von Wechselrichtern, des Magnetisierungsstromes können rasch erhebliche Werte Fig. 8 und 9 Ausführungsbeispiele von digitalarbeitenden erreichen. Insbesondere bei Wechselrichtern mit Halbleiter- Stromwandleranordnungen zur betragsmässigen Erfassung des ventilen wirken sich hohe Spitzenwerte des Magnetisierungs- Magnetisierungsstromes,

stromes störend aus, da sie zu einer Überlastung der Halbleiter- Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen ventile führen können. Es ist deshalb üblich, Wechselrichter- 30 über einen Gleichstromsteller gespeisten Wechselrichter, transformatoren eisenmässig reichlich zu bemessen und ihre In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist ein Verbrau-

Magnetisierungskennlinie durch einen Luftspalt zu verflachen. cher 1 über einen Wechselrichtertransformator 4 an einen Bei einem Transformator, dessen Eisenkern einen Luftspalt auf- Wechselrichter 2 angeschlossen, der aus einer Gleichspan-weist, wird ein grösserer Wechselstrom zur Magnetisierung nungsquelle 3 gespeist wird, die beispielhaft als Batterie dardes Eisenkerns benötigt, jedoch können sich bei Überlagerung 35 gestellt isfEs sind jedoch beliebige andere Gleichspannungseiner Gleichstromkomponente keine so hohen Spitzenwerte quellen möglich. Dem Wechselrichter 2 ist eine Steuereinheit des Magnetisierungsstromes ausbilden wie bei Transformato- zugeordnet, die einen Steuersatz 8 und einen Spannungsregren, deren Eisenkern keinen Luftspalt aufweist. Die genannten 1er 9 enthält. Der Steuersatz 8 erzeugt Zündimpulse für die Massnahmen sind jedoch kostenaufwendig und bieten keine gesteuerten Ventile des Wechselrichters 2, deren Zündwinkel ausreichende Sicherheit. 40 von der ihm am Eingang 8a zugeführten Steuerspannung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechsel- bestimmt wird. Es wird angenommen, dass eine Erhöhung der richteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit Steuerspannung am Eingang 8a des Steuersatzes 8 eine Ver-der eine Sättigung des Transformatorkerns des Wechsel- grösserung des Effektivwertes der Wechselrichter-Ausgangs richtertransformators verhindert wird, ohne dass eine beson- Spannung bewirkt.

dere Auslegung des Transformators erforderlich ist, und bei < 5 Der als PI-Regler ausgebildete und unsymmetrisch betrie-der keine ungleichmässige Ventilbelastung auftritt. bene Regelverstärker 9, dessen Rückführung mit der Reihen-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Schaltung eines Kondenators 11 und eines Widerstandes 12 die Messeinrichtung als Einrichtung zur betragsmässigen Erfas- beschaltet ist, ist mit seinem invertierenden Eingang an einen sung und Differenzierung des Magnetisierungsstromes des Vergleichspunkt i 6 angeschlossen, der mit dem Führungsgrös-Eisenkerns des Wechselrichtertransformators ausgebildet ist, 50 senkanal, dem Regelgrössenkanal und einem zusätzlichen und durch eine vom Differentialquotienten des Magnetisie- Kanal beschaltet ist. Der Führungsgrössenkanal liegt über rungsstromes beaufschlagte Einrichtung zur Beeinflussung der einem Eingangs-Widerstand 14 an einem mit einer konstanten Steuereinrichtung in der Weise, dass die am Wechselrichter-. Gleichspannung gespeisten Potentiometer 15 zur Einstellung transformator anliegende Spannungszeitfläche verkleinert des Sollwertes. Der Regelgrössenkanal ist über einen Eingangswird. « Widerstand 13, über eine Gleichrichterschaltung 22, die

Bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung wird zur erforderlichenfalls noch eine Glättung und eine Anpassschal-Verhinderung der Sättigung des Transformatorkerns kein Luft- tung enthalten kann, mit einem Messfühler 21 für die Ver-spalt im Kern und auch kein eisenmässig überdimensionierter braucherspannung verbunden. Der Messfühler 21 kann auch im Kern benötigt. Vielmehr wird die Entstehung von zu grossen Ausgang des Wechselrichters 2 angeordnet sein. Der nichtin-Magnetisierungsstromspitzen durch einen Eingriff in die > vertierende Eingang des Regelverstärkers 9 liegt über einen

Steuereinrichtung des Wechselrichters verhindert. Hierzu wird Widerstand 10 am Bezugspotential.

der Magnetisierungsstrom betragsmässig erfasst und sein Dif- Zur Erfassung des Magnetisierungsstromes ist ein Diffe-

ferentialquotient gebildet. Die Bildung des Differentialquotien- renzstromwandler 5 vorgesehen, der eine erste, vom Strom in ten sichert die Wirksamkeit der erfindungsgemässen Schal- der Primärwicklung 4p des Wechselrichtertransformators 4 tungsanordnung insbesondere bei Wechselrichtern, die nach t, > durchflossene Primärwicklung pl und eine zweite, vom Strom einem Pulsbreitenmodulationsverfahren gesteuert werden. in der Sekundärwicklung 4s des Wechselrichtertransforma-

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann die jeweils tors 4 durchflossene Primärwicklung p2 sowie eine Sekundär-am Wechselrichtertransformator anliegende Spannungshalb- wicklung s aufweist. Durch die Windungszahlen der Primär-

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Wicklungen wird die Gewichtung und durch ihren Wicklungssinn die Polarität der Transformatorströme berücksichtigt. Die Windungszahlen der beiden Primärwicklungen pl und p2 des Differenzstromwandlers 5 stehen im gleichen Verhältnis zueinander wie die Windungszahlen von Primärwicklung 4p und Sekundärwicklung 4s des Wechselrichtertransformators 4.

Der Wicklungssinn der beiden Primärwicklungen pl und p2 des Differenzstromwandlers 5 ist derart, dass die Ströme gegensinnige magnetische Durchflutungen hervorrufen. Unterschiede in den magnetischen Durchflutungen erzeugen in der Sekundärwicklung s einen Strom, der an den Ausgangsklemmen 6,7 abgegriffen und in einer Gleichrichterbrückenschaltung 20 gleichgerichtet wird. Die Gleichrichterbrückenschaltung 20 ist mit einem Bürdenwiderstand 18 abgeschlossen, dem ein Kondensator 19 zur Unterdrückung von Störspannungsspitzen parallelgeschaltet ist Die Spannung am Bürdenwiderstand 18 bildet den Betrag des Magnetisierungsstromes ab. Die an der Klemme 60 abgegriffene Spannung am Bürdenwiderstand 18 wird dem Vergleichspunkt 16 des Regelverstärkers 9 über ein Differenzierglied zugeführt, das eine Reihenschaltung eines Kondensators 17a und eines Widerstandes 17b umfasst. Ein Anstieg des vom Differenzstromwandler 5 erfassten und in der Gleichrichterbrückenschaltung 20 betragsmässig umgesetzten Magnetisierungsstromes wirkt sich am Regelverstärker 9 wie eine plötzliche Absenkung des Sollwertes aus. Die Steuerspannung am Ausgang des Regelverstärkers 9 sinkt und die nächste Kommutierung des Wechselrichters 2 wird bereits zu einem früheren Zeitpunkt eingeleitet, als dies ohne die erfindungsgemässen Massnahmen der Fall wäre. Damit wird ein weiterer Anstieg des Magnetisierungsstromes und eine Sättigung des Transformatorkerns des Wechselrichtertransformators 4 zuverlässig verhindert.

Die in Fig. 1 dargestellte Aufschaltung des Differentialquotienten des Betrags des Magnetisierungsstromes auf den Vergleichspunkt 16 des Regelverstärkers 9 erfordert keinerlei Änderungen in der Steuereinrichtung des Wechselrichters und kann auch bei vorhandenen Anlagen nachträglich eingebaut werden.

In der Darstellung de Fig. 2 sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Der Regelverstärker 9 ist bezüglich seiner Rückführung und der Beschaltung des Führungsgrössenkanals und des Regelgrössenkanals wie im bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 aufgebaut. Der Ausgang des Regelverstärkers 9 ist über einen Widerstand 25 mit dem nichtinvertie-renden Eingang eines als Spannungsfolger beschalteten Operationsverstärkers 24 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 24 ist ausserdem mit dem Differenzierglied 17a, 17b verbunden, das in der bereits beschriebenen Weise über die Klemme 60 an den Bürdenwiderstand 18 und die Gleichrichterbrückenschaltung 20 angeschlossen ist, die von der Einrichtung 5 zur Erfassung des Magnetisierungsstromes gespeist ist. Der Operationsverstärker 24 arbeitet in der dargestellten Beschaltung als Vergleicher, dessen Ausgangsspannung dem Eingang 8a des Steuersatzes 8 als Steuerspannung zugeführt ist. Bei einem Anstieg des Magnetisierungsstromes wird die Steuerspannung für den Steuersatz abgesenkt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Aufschaltung des Differentialquotienten des Betrags des Magnetisierungsstromes auf die Steuerspannung für den Steuersatz ist der Einfluss des integralen Verhaltens des Spannungsreglers 9 eliminiert. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich daher insbesondere für Wechselrichter, die nach einem Pulsbreitenmodulationsverfah-ren gesteuert werden. Fig. 3 zeigt einen Stromwandler 5a zur Erfassung des Magnetisierungsstromes eines komplizierten aufgebauten Wechselrichtertransformators 4a mit einer Primärwicklung 4q und einer Sekundärwicklung 4r, an die der Verbraucher 1 angeschlossen ist. Der Wechselrichter 2a ist in bekannter Weise aufgebaut. Für jede Polarität seiner Ausgangsspannung ist ein Brückenzweig mit zwei Thyristoren nl, n2 beziehungsweise n3, n4, die jeweils über eine Induktivität LI beziehungsweise L2 miteinander verbunden sind, und jeweils ein Brückenzweig mit zwei antiparallelen Dioden dl, d2 beziehungsweise d3, d4 vorgesehen. Die Ausgänge des Wechselrichters 2a sind an die Endanschlüsse 26 und 29 und an Anzapfungen 27 und 28 der Primärwicklung 4q des Wechselrichtertransformators 4a geschaltet

Der Stromwandler 5a enthält ein vom Strom in der Sekundärwicklung 4r des Wechselrichtertransformators 4a durchflossene Primärwicklung pl5, sowie weitere Primärwicklungen pl 1 bis pl4, die an die Ausgänge des Wechselrichters 2a angeschlossen sind. Die Windungszahlen und der Wickelsinn der Primärwicklungen pl 1 bis pl5 sind den Windungszahlen der entsprechenden Transformatorwicklungen so zugeordnet, dass ein in der Sekundärwicklung s' des Stromwandlers 5a induzierter und an den Ausgangsklemmen 6a, 7a abgegriffener Strom ein Abbild des Magnetisierungsstromes des Wechselrichtertransformators 4a ist.

Der Mittelpunkt der Induktivität L2 im Wechselrichter 2a ist über die Primärwicklung pl 1 des Stromwandlers 5a mit dem Endanschluss 29 der Primärwicklung 4q des Wechselrichtertransformators verbunden. Die Windungszahl der Primärwicklung pl 1 des Stromwandlers 5a entspricht der Windungszahl zwischen dem Mittelpunkt 30 und dem Endanschluss 29 der Primärwicklung 4q des Wechselrichtertransformators 4a, multipliziert mit einem konstanten Faktor. Die Windungszahl der Primärwicklung pl2 des Stromwandlers 5a entspricht der Windungszahl zwischen dem Mittelpunkt 30 und dem Anschluss 28 der Primärwicklung 4q des Wechselrichtertransformators 4a, multipliziert mit dem gleichen Faktor. Die Windungszahl der Primärwicklung pl3 des Stromwandlers 5a entspricht der Windungszahl zwischen dem Mittelpunkt 30 und dem Anschluss 27 der Primärwicklung 4q des Wechselrichtertransformators 4a, multipliziert mit dem gleichen Faktor. Die von der Primärwicklung pl3 hervorgerufene Durchflutung ist der von der Wicklung pl2 hervorgerufenen Durchflutung entgegengerichtet. Die Windungszahl der Primärwicklung pl4 des Stromwandlers 5a entspricht der Windungszahl zwischen dem Mittelpunkt 30 und dem Endanschluss 26 der Primärwicklung 4q des Wechselrichtertransformators 4a, multipliziert mit dem gleichen Faktor. Die von der Primärwicklung pl4 hervorgerufene magnetische Durchflutung ist der von der Primärwicklung pl 1 hervorgerufenen Durchflutung entgegengerichtet. Die Windungszahl der Primärwicklung pl5 des Stromwandlers 5a entspricht der Windungszahl der Sekundärwicklung 4r des Wechselrichtertransformators 4a, multipliziert mit dem gleichen Faktor. Die von den Primärwicklungen pl 1 und pl2 hervorgerufenen magnetischen Durchflutungen sind den in den Primärwicklungen pl3, pl4, pl5 hervorgerufenen Durchflutungen entgegengerichtet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der Verbraucher 1 über einen Wechselrichtertransformator 4b an einen Wechselrichter 2b angeschlossen. In den Verbindungsleitungen vom Wechselrichter 2b zur Primärwicklung des Wechselrichtertransformators 4b sind Stromwandler 40 bis 43 angeordnet. In der Verbindungsleitung von der Sekundärwicklung des Wechselrichtertransformators 4b zum Verbraucher 1 ist ein weiterer Stromwandler 44 angeordnet. Als Stromwandler können -ebenso wie in den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung - elektromagnetisch arbeitende Wandler, Hall-Wandler, elektronische Zerhackerwandler oder Wandler nach dem Prinzip von Spannungs-Frequenz-Wandlern verwendet werden, wobei letztere mit allen Spannungstrennungsarbeiten arbeiten können, wie beispielsweise auf induktiven oder optischen Weg oder mit Hilfe von Ultraschall. Die Stromwandler 40 bis 44 sind

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jeweils mit ihrem einen Anschluss mit dem Bezugspotential und mit ihrem anderen Anschluss über einen der Eingangswiderstände 46 bis 49 beziehungsweise über den Eingangswiderstand 39 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 45 verbunden. Die Rückführung des Operationsverstärkers 45 ist mit einem ohmschen Widerstand 50 beschaltet. Sein nichtinvertierender Eingang liegt über einen Widerstand 51 am Bezugspotential. In der dargestellten Beschaltung arbeitet der Operationsverstärker 45 als Summierverstärker, wobei beispielsweise die Ausgangsspannungen der Stromwandler 40,41 und 44 mit negativer Polarität und die Ausgangsspannungen der Stromwandler 42 und 43 mit positiver Polarität wirksam werden. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 45 ist dem Magnetisierungsstrom proportional.

Als Stromwandler 40 bis 44 können einheitlich aufgebaute Wandler verwendet werden, insbesondere auch sogenannte Durchsteckwandler. Ein Durchsteckwandler enthält eine Sekundärwicklung auf einem Eisenkern, der über eine die Primärwicklung bildende Stromschiene gesteckt wird. Bei einheitlicher Wandlerübersetzung werden die Transformatorströme über die Widerstandswerte der Eingangswiderstände 46 bis 49 und 39 gewichtet. Diese Eingangswiderstände sind jeweils der zugehörigen wirksamen Windungszahl der Primär- oder Sekundärwicklungen des Wechselrichtertransformators umgekehrt proportional.

Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 45, die den Magnetisierungsstrom abbildet, wird einer Gleichrichterschaltung zugeführt. Die Gleichrichterschaltung enthält einen Operationsverstärker 58, dessen Rückführung mit einem ohmschen Widerstand 57 beschaltet ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 58 liegt über einen Eingangswiderstand 54 und einer Diode 52 am Ausgang des Summierverstärkers 45, sowie über einen weiteren Widerstand 56 am Bezugspotential. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 58 liegt über einen Eingangswiderstand 55 und eine antiparallel geschaltete Diode 53 am Ausgang des Summierverstärkers 45, sowie über einen weiteren Widerstand 59 am Bezugspotential. Die Spannung am Ausgang 60 des Operationsverstärkers 58 ist dem Betrag des Magnetisierungsstromes proportional.

Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Steuerspannung für den Steuersatz 8 eines Wechselrichters. Die Spannung an Klemme 60, die dem Betrag des Magnetisierungsstromes proportional ist, wird auf ein Differenzierglied geführt, das einen Operationsverstärker 61 enthält, dessen invertierender Eingang mit der Reihenschaltung eines Kondensators 17a und eines Widerstandes 17b beschaltet ist. Die Rückführung des Operationsverstärkers 61 ist mit einem ohmschen Widerstand 63 beschaltet. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 61 liegt über einen Widerstand 62 am Bezugspotential. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 61 ist der zeitlichen Änderung des Betrags des Magnetisierungsstromes proportional. Der Ausgang des Operationsverstärkers 61 ist über einen Eingangswiderstand 64 mit dem Vergleichspunkt 16 des Regelverstärkers 9 verbunden, der im übrigen mit dem Führungsgrössenkanal und dem Regelgrössenkanal in der gleichen Weise wie in Fig. 1 beschaltet ist.

Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Steuerspannung für den Steuersatz 8 eines Wechselrichters. Das Differenzierglied ist in der gleichen Weise aufgebaut und beschaltet wie in Fig. 5. Der Spannungsregler 9 ist in der gleichen Weise aufgebaut und beschaltet wie in Fig. 2. Der Ausgang des Spannungsreglers 9 ist über einen Eingangswiderstand 25 und der Ausgang des Differenziergliedes ist über einen Eingangswiderstand 64 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines als Spannungsfolger betriebenen Operationsverstärkers 24 verbunden, der bereits in Fig. 2 beschrieben wurde. Der

Ausgang des Spannungsfolgers 24 ist mit dem Eingang 8a des Steuersatzes 8 verbunden.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Vergleichspunkt 16 dess Spannungsreglers 9 mit dem Führungs-5 grössenkanal, dem Regelgrössenkanal und über ein Differenzierglied mit der Klemme 60 verbunden ist, an der eine dem Betrag des Magnetisierungsstromes proportionale Spannung , ansteht. Die Wirkungsweise der Schaltung ist analog zur Schaltung nach Fig. 1.

i o Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden die in Regelungstechnik gebräuchliche Verarbeitung von analogen Spannungen. Es sind jedoch auch Schaltungen möglich, die mit eingeprägten Stromsignalen oder mit anderen Mitteln der Informationsverarbeitung realisiert werden, insbesondere 15 auch mit Bausteinen der Digitaltechnik.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer digitalen Lösung. Der Verbraucher 1 ist über einen Wechselrichtertransformator 4c mit einem Wechselrichter 2 verbunden. In den Zuleitungen zu den Wicklungen des Wechselrichtertransformators 4c sind 20 digital arbeitende Stromwandler 70 und 71 eingeschaltet. Die digitalen Stromwandler können beispielsweise mit einer Betriebsfrequenz von 20 MHz arbeiten, wobei eine Abfrage mit 10 kHz erfolgt. Die Ausgangsfrequenz der digitalen Stromwandler sind den jeweiligen Strömen proportional. 25 Den digitalen Stromwandlern 70 beziehungsweise 71 sind Frequenzteilerschaltungen 72 beziehungsweise 73 nachgeschaltet, deren Teilerverhältnisse jeweils entsprechend den Windungszahlen der Primärwicklung beziehungsweise der Sekundärwicklung des Wechselrichtertransformators 4c einge-3o stellt sind. Die Gewichtung der Ströme in den Wicklungen des Wechselrichtertransformators erfolgt somit durch die Teilerverhältnisse der Frequenzteilerschaltungen.

Die Frequenzteilerschaltungen 72 und 73 sind mit den Zähleingängen eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 74 verbunden, 35 beispielsweise ist die Frequenzteilerschaltung 73 mit dem Vor-wärts-Zähleingang und die Frequenzschaltung 72 mit dem Rückwärts-Zähleingang des Zählers 74 verbunden. Die Differenzbildung der gewichteten Transformatorströme erfolgt somit im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 74, an dessen Datenaus-40 gängen eine dem Magnetisierungsstrom proportionale Zahl erscheint. Diese Zahl wird für ein Abfrageintervall in einem Register 77 gespeichert. Es wird jeweils nur die absolute Zahl vom Ausgang des Zählers 74 ins Register 77 übernommen. Das Vorzeichen der Zahl am Zählerausgang wird nicht weiter ver-45 folgt. Dies ist eine digitale Gleichrichtung, wodurch die im Register 77 gespeicherte Zahl dem Betrag des Magnetisierungsstromes entspricht. Der Inhalt des Registers 77 wird in einem Digital-Analog-Wandler 78 in eine analoge Spannung umgesetzt, die an Klemme 60 erscheint und dem Betrag des so Magnetisierungsstromes entspricht. Die Spannung an

Klemme 60 kann in einer der bereits beschriebenen Weisen differenziert und weiter verarbeitet werden.

Zur Festlegung des Abfragetaktes ist ein Impulsgeber (clock) 75 vorgesehen, der den Übernahmeeingang des Regi-55 sters 77 und über ein Impulsverzögerungsglied 76 den Rücksetzeingang des Zählers 74 beaufschlagt. Die zyklische Abfrage der Stromwandler erfolgt somit in der bei digitalen Messschaltungen üblichen Weise.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer digitalen 60 Lösung. Die Ströme in den Wicklungen des Wechselrichtertransformators 4c werden wiederum von digital arbeitenden Stromwandlern 70 und 71 erfasst und in Frequenzteilerschal-tungen 72 und 73 durch die entsprechenden Windungszahlen dividiert. Die Ausgangsimpulse der Frequenzteilerschaltun-65 gen 72 und 73 werden den Eingängen von Vorwärts-Rück-wärts-Zählern 80 und 81 in der Weise zugeführt, dass beispielsweise der Frequenzteiler 72 mit den Rückwärts-Zähleingängen der Zähler 80 und 81 und der Frequenzteiler 73 mit den Vor-

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wärts-Zähleingängen der Zähler 80 und 81 verbunden ist. Die Datenausgänge der beiden Zähler 80 beziehungsweise 81 sind mit Registern 82 beziehungsweise 83 verbunden. Ein digitaler Subtrahierer 84, beispielsweise ein Differenzgatter, bildet die Differenz der gespeicherten Registerinhalte.

Ein Impulsgeber (clock) 75 zur Vorgabe des Abfragetaktes ist mit dem Rücksetzeingang des Zählers 80 und mit dem Übernahmeeingang des Registers 82, sowie über eine Impulsumkehrstufe 85 mit dem Rücksetzeingang des Zählers 81 und dem Übernahmeeingang des Registers 83 verbunden. Es werden jeweils nur die absoluten Zahlenwerte ohne Berücksichtigung der Vorzeichen von den Zählern in die Register übernommen. Die Zähler 80 beziehungsweise 81 werden vom Impulsgeber 75 abwechselnd freigegeben beziehungsweise rückgesetzt. Während der Zähler 80 rückgesetzt wird, läuft der Zähler 81, und umgekehrt. Die Übernahme der Zählerstände in die nachgeordneten Register erfolgt jeweils nach Ablauf der Freigabezeit für einen Zähler. Der Subtrahierer 84 bildet die Differenz der Registerinhalte und damit auch die Differenz der zeitlich aufeinander folgenden Zählerstände. Die Ausgangsfrequenz des Subtrahierers 84 stellt bei konstantem Abfragetakt ein Mass für den Differentialquotienten des Betrags des Magnetisierungsstromes dar. Die Ausgangsfrequenz des Subtrahierers 84 wird über einen Digital-Analog-Wandler 78 in eine analoge Spannung umgesetzt, die dem Differentialquotienten des Betrags des Magnetisierungsstromes proportional ist und nach

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einem der bereits beschriebenen Beispiele weiter verarbeitet werden kann.

Während im Ausführungsbeispiel der Fig. 8, das beispielsweise mit einem Ein-Register-Mikroprozessor realisierbar ist, 5 jeweils zwischen den Zählzeitabschnitten inaktive Zeitabschnitte (handling-time) für das Rücksetzen des Zählers und die Übernahme des Zählerstandes in das Register liegen, treten beim Ausführungsbeispiel der Fig. 9, das mit einem Zwei-Regi-ster-Mikroprozessor realisiert werden kann, keine inaktiven io Zeitabschnitte auf. In Fig. 9 läuft immer einer der beiden Zähler.

Eine digitale Auswertung, wie sie in den Figuren 8 und 9 anhand von digitalen Bausteinen dargestellt und beschrieben wurde, kann insbesondere auch mit Hilfe eines Digitalrechners 15 erfolgen, beispielsweise eines Mikroprozessors.

Digitale Auswertungen können auch bei Wechselrichtertransformatoren eingesetzt werden, die komplizierter aufgebaut sind, beispielsweise bei den in den Figuren 3 und 4 darge-2o stellten Wechselrichtertransformatoren. Es ist jeweils nur auf eine vorzeichenrichtige Beschaltung der digitalen Stromwandler mit den Vorwärts-Zähleingängen beziehungsweise den Rückwärts-Zähleingängen der Vorwärts-Rückwärts-Zähler, sowie auf Teilverhältnisse der Frequenzteilerschaltungen zu 25 achten, die den Windungszahlen der betreffenden Transformatorwicklungen, beziehungsweise Teilwicklungen entsprechen.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

620318 PATENTANSPRÜCHE

1. Wechselrichteranordnung, umfassend einen von einer Steuereinrichtung gesteuerten Wechselrichter, der eingangs-seitig an eine Gleichspannungsquelle und ausgangsseitig über einen Wechselrichtertransformator mit Eisenkern an einen Verbraucher angeschlossen ist, wobei die Steuereinrichtung von einer den Magnetisierungszustand des Eisenkerns erfassenden Messeinrichtung beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung als Einrichtung zur betrags-mässigen Erfassung und Differenzierung des Magnetisierungsstromes des Eisenkerns des Wechselrichtertransformators ausgebildet ist, und durch eine vom Differentialquotienten des Magnetisierungsstromes beaufschlagte Einrichtung zur Beeinflussung der Steuereinrichtung in der Weise, dass die am Wechselrichtertransformator anliegende Spannungszeitfläche verkleinert wird.

2. Wechselrichteranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Magnetisierungsstromes Stromwandler in den Zuleitungen zur Primärwicklung und zur Sekundärwicklung des Wechselrichtertransformators vorgesehen sind.

3. Wechselrichteranordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzstromwandler (5) mit zwei Primärwicklungen (pl, p2) und mit einer Sekundärwicklung (s) vorgesehen ist, wobei die eine erste Primärwicklung (pl) des Differenzstromwandlers (5) vom Primärstrom und die zweite Primärwicklung (p2) vom Sekundärstrom des Wechselrichtertransformators (4) durchflössen ist und das Windungszahlenverhältnis von erster (pl) zu zweiter (p2) Primärwicklung des Differenzstromwandlers (5) dem Windungszahlenverhältnis von Primär- zu Sekundärwicklung (4p, 4s) des Wechselrichtertransformators (4) entspricht.

4. Wechselrichteranordnung nach Patentanspruch 2, umfassend einen Wechselrichter mit Brückenzweigen mit Thyristoren und Brückenzweigen mit antiparallelen Dioden, wobei die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Thyristoren mit den Endanschlüssen der Primärwicklung des Wechselrichtertransformators und die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Dioden mit Zwischenanzapfungen der Primärwicklung des Wechselrichtertransformators verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromwandleranordnung (5a) vorgesehen ist, die eine vom Sekundärstrom des Wechselrichtertransformators (4a) durchflossene Primärwicklung (pl5), eine Sekundärwicklung (s') und eine Anzahl von weiteren Primärwicklungen (pl 1 bis pl4) aufweist, die in die Verbindungsleitungen zwischen die Mittelpunkte der Brückenzweige des Wechselrichters (2a) und den Anschlüssen (26 bis 29) des Wechselrichtertransformators (4a) eingeschaltet sind, wobei die Windungszahlen der in die Verbindungsleitungen zwischen den Mittelpunkten der Brük-kenzweige mit Thyristoren (nl, n2; n3, n4) und den Endanschlüssen (26,29) des Wechselrichtertransformators eingeschalteten weiteren Primärwicklungen (pl 1, pl4) zur Windungszahl der zwischen dem Mittelpunkt (30) und den Endanschlüssen (26,29) der Primärwicklung (4q) des Wechselrichtertransformators (4a) liegenden Teilwicklungen in einem festen Verhältnis stehen und die Windungszahlen der in die Verbindungsleitungen zwischen den Mittelpunkten der Brückenzweige mit Dioden (dl, d2; d3, d4) und den Zwischenanzapfungen (27,28) des Wechselrichtertransformators eingeschalteten weiteren Primärwicklungen (pl2, pl3) zur Windungszahl der zwischen dem Mittelpunkt (30) und den Zwischenzapfungen (27,28) der Primärwicklung (4q) des Wechselrichtertransformators (4a) liegenden Teilwicklungen im gleichen festen Verhältnis stehen und die Windungszahl der vom Sekundärstrom des Wechselrichtertransformators (4a) durchflossenen Primärwicklung (pl5) zur Windungszahl der Sekundärwicklung (4r) des Wech-selrichtertransformätors (4a) im gleichen festen Verhältnis steht, und wobei der Wicklungssinn der Primärwicklungen (pl 1 bis pl5) der Stromwandleranordnung derart gewählt ist, dass die an den in einer Hälfte der Primärwicklung (4q) des Wechselrichtertransformators (4a) liegenden Endanschluss (29) und Zwischenanzapfung (28) angeschlossenen Primärwicklungen (pl 1, pl2) eine Durchflutung hervorrufen, die der Durchflutung entgegengerichtet ist, die von der vom Sekundärstrom des Wechselrichtertransformators durchflossenen Primärwicklung (pl5) und den Primärwicklungen (pl3, pl4) hervorgerufen wird, die an den in der anderen Hälfte der Primärwicklung (4q) des Wechselrichtertransformators (4a) liegenden Endanschluss (26) und Zwischenzapfung (27) angeschlossen sind.

5. Wechselrichteranordnung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzstromwandler (5) oder die Stromwandleranordnung (5a) einen Kern mit Luftspalt aufweist.

6. Wechselrichteranordnung nach Patentanspruch 2, umfassend Wechselrichter mit Brückenzweigen mit Thyristoren und Brückenzweigen mit antiparallelen Dioden, wobei die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Thyristoren mit den Endanschlüssen der Primärwicklung des Wechselrichtertransformators und die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Dioden mit Zwischenzapfungen der Primärwicklung des Wechselrichtertransformators verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindungsleitungen vom Wechselrichter (2b) zur Primärwicklung des Wechselrichtertransformators (4b) und in der Verbindungsleitung von der Sekundärwicklung des Wechselrichtertransformators (4b) zum Verbraucher (1 ) jeweils ein Stromwandler (40 bis 44) angeordnet ist, wobei die Stromwandler (40 bis 44) mit den Summiereingang eines Summierverstärkers (45,50,51) über Eingangswiderstände (46 bis 49,39) verbunden sind, deren Widerstandswerte der Windungszahl der jeweils zugehörigen stromdurchflossenen primären Teilwicklung und Sekundärwicklung des Wechselrichtertransformators ■ (4b) umgekehrt proportional sind und wobei die Ausgangsspannungen der Stromwandler (40 bis 44) dem Summierverstärker (45,50,51) polaritätsmässig so aufgeschaltet sind, dass seine Ausgangsspannung dem Magnetisierungsstrom proportional ist.

7. Wechselrichteranordnung nach Patentanspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass Stromwandler (70,71) mit digitalen Ausgangssignale vorgesehen sind, die jeweils über Frequenzteiler (72,73) mit den Vorwärts- bzw. Rückwärts-Zählein-gängen eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers (74; 80,81) verbunden sind, wobei die Teilerverhältnisse der Frequenzteiler (72, 73) den Windungszahlen der zugehörigen stromdurchflossenen Primärwicklung und Sekundärwicklung des Wechselrichtertransformators (4c) entsprechend eingestellt sind und die Zähleingänge des Zählers (74; 80,81) derart beschaltet sind, dass an seinem Ausgang eine dem Magnetisierungsstrom proportionale Zahl erscheint.

8. Wechselrichteranordnung nach Patentanspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils am Wechselrichtertransformator (4a; 4b; 4c) anliegende Spannungshalbwelle momentan vorzeitig dadurch beendet wird, dass die nächstfolgende Kommutierung des Wechselrichters (2) vorzeitig eingeleitet wird, wozu der Differentialquotient des Betrags des Magnetisierungsstromes auf die Spannungsregelung (9 bis 12) in der Steuereinrichtung des Wechselrichters in dem Sinne aufgeschaltet ist, dass ein Anstieg des Magnetisierungsstromes eine Absenkung der Steuerspannung für den Steuersatz (8) des Wechselrichters bewirkt.