CH662019A5 - INVERTER ARRANGEMENT WITH A TWO-PULSE INVERTER WITH A TOLERANCE BAND CONTROL DEVICE. - Google Patents

INVERTER ARRANGEMENT WITH A TWO-PULSE INVERTER WITH A TOLERANCE BAND CONTROL DEVICE. Download PDF

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CH662019A5
CH662019A5 CH480482A CH480482A CH662019A5 CH 662019 A5 CH662019 A5 CH 662019A5 CH 480482 A CH480482 A CH 480482A CH 480482 A CH480482 A CH 480482A CH 662019 A5 CH662019 A5 CH 662019A5
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichteranordnung mit zweipulsigem Wechselrichter mit einer Vorrichtung zur Toleranzbandsteuerung mit zwei Teilwechselrichtern, zwischen welche eine Last angeschlossen ist, und mit Vergleich des Sollwert-Stromes und des Istwert-Stromes zum Erreichen eines vorbestimmten Stromverlaufs. The invention relates to an inverter arrangement with a two-pulse inverter with a device for tolerance band control with two partial inverters, between which a load is connected, and by comparing the setpoint current and the actual value current to achieve a predetermined current profile.

Eine Toleranzbandsteuerung der oben genannten Art ist schon bekannt und ist z.B. in dem Buch «Elektrische Triebfahrzeuge», Bd. 2 (2. Auflage) von Karl Sachs, Springer-Verlag Wien - New York 1973, S. 883 als Zweipunktregelung, beschrieben. Werden bei einem zweipulsigen Wechselrichter beide Teilwechselrichter gleichzeitig umgesteuert, zeigen sich jedoch einige Nachteile. Die Schaltfrequenz kann unzulässig hoch oder tief werden oder über längere Zeit kann an den Schaltvorgängen nur einer der beiden Wechselrichter teilnehmen. A tolerance band control of the type mentioned above is already known and is e.g. described in the book "Electric traction vehicles", Vol. 2 (2nd edition) by Karl Sachs, Springer-Verlag Vienna - New York 1973, p. 883 as a two-point control. However, if both partial inverters are reversed simultaneously in a two-pulse inverter, there are some disadvantages. The switching frequency can become impermissibly high or low, or only one of the two inverters can participate in the switching processes over a long period of time.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die beschriebenen Nachteile auf besonders einfache Weise zu beseitigen und einen Wechselrichter mit einer Vorrichtung zur Toleranzbandsteuerung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Schaltniveaus für beide Teilwechselrichter leicht verschoben werden können, bei der weiter z.B. die Toleranzbänder auf eine sinnvolle Weise vertauscht und bei hoher Schaltfrequenz erweitert werden können. It is the object of the invention to eliminate the disadvantages described in a particularly simple manner and to provide an inverter with a device for tolerance band control of the type mentioned at the beginning, in which the switching levels for both partial inverters can be easily shifted, in which e.g. the tolerance bands can be swapped in a meaningful way and expanded with a high switching frequency.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder der zwei Teilwechselrichter an einen eigenen Komparator angeschlossen ist und dass die Schaltniveaus der einzelnen Komparatoren mit den zugeordneten Schaltanordnungen für die Hystereseeinstellung und -bildung für beide Teil-wechselrichter gegenseitig verschoben sind. The above-mentioned object is achieved according to the invention in that each of the two partial inverters is connected to its own comparator and in that the switching levels of the individual comparators with the associated switching arrangements for the hysteresis setting and formation for both partial inverters are mutually shifted.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass die Schaltfrequenz der einzelnen Teile entweder niedriger wird oder die Welligkeit des Ausgangsstromes kleiner wird. The advantage of the invention can be seen in particular in the fact that the switching frequency of the individual parts either becomes lower or the ripple of the output current decreases.

Die Vorteile der in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Weiterentwicklungen werden später bei der Beschreibung der Funktionsweise erwähnt. The advantages of the further developments contained in the dependent claims are mentioned later in the description of the mode of operation.

Eine Toleranzbandsteuerung, die auch Zweipunktregler genannt wird, erlaubt für einen Wechselrichter mit Spannungszwischenkreis mit relativ wenig Steuerelektronik auszukommen. Der Momentan-Sollwert wird an einem Komparator mit dem Momentanstrom-Istwert verglichen. Der Ausgang dieses Komparators schaltet die Last auf eine positive oder negative Spannung, je nachdem, ob der Strom-Istwert zu klein oder zu gross ist. Durch die Grösse der Hysterese des Komparators und das Zeitverhalten der Last stellt sich eine freie Schaltfrequenz ein. Die Hysteresebreite am Komparator stellt das Toleranzband dar, in welchem der Strom-Istwert schwankt, wenn das Zeitverhalten der Last durch eine einfache Zeitkonstante gegeben ist. Bei einer zweipulsigen Schaltung mit zwei Teilwechselrichtern pro Lastkreis (eine Phase einer mehrphasigen Last) zweckmässigerweise in Einphasenbrückenschaltung (gemeinsamer Spannungszwischenkreis) können beide Teil Wechselrichter gleichzeitig geschaltet werden (natürlich im Gegentakt, d.h. wenn der eine auf Plus schaltet, schaltet der andere auf Minus und umgekehrt). In diesem Fall arbeitet die Einrichtung wie oben erwähnt mit nur einem Wechselrichter pro Lastkreis. Eine zwei-pulsige Schaltung beinhaltet jedoch weitere Möglichkeiten, die durch die in diesem Absatz beschriebene Zweipunktregelung nicht ausgenützt werden. Ausser positiver und negativer Spannung an der Last, ermöglicht diese Schaltung auch Spannung Null an der Last, und zwar auf zwei Arten, entweder beide Teilwechselrichter auf Plus oder auf Minus. A tolerance band control, which is also called a two-point controller, allows an inverter with a DC link to get by with relatively little control electronics. The instantaneous setpoint is compared with the instantaneous current actual value on a comparator. The output of this comparator switches the load to a positive or negative voltage, depending on whether the current actual value is too small or too large. The size of the hysteresis of the comparator and the time behavior of the load result in a free switching frequency. The hysteresis width on the comparator represents the tolerance band in which the actual current value fluctuates if the time behavior of the load is given by a simple time constant. In the case of a two-pulse circuit with two partial inverters per load circuit (one phase of a multi-phase load), expediently in a single-phase bridge circuit (common voltage intermediate circuit), both parts of the inverters can be switched simultaneously (of course in push-pull mode, i.e. if one switches to plus, the other switches to minus and vice versa) ). In this case, the device works with only one inverter per load circuit, as mentioned above. However, a two-pulse circuit includes other options that are not used by the two-point control described in this paragraph. In addition to positive and negative voltage at the load, this circuit also enables zero voltage at the load, in two ways, either both partial inverters to plus or minus.

Gemäss der vorliegenden Erfindung kann die zweipulsige Schaltung auf einfache Weise ausgenutzt werden, indem dieselben Momentanstrom-Soll- und Istwerte mit zwei getrennten Komparatoren verglichen werden, wovon jeder einen Teilwechselrichter steuert. Die Toleranzbänder beider Komparatoren werden leicht gegeneinander verschoben, d.h. der eine erhält eine kleine zusätzliche positive Spannung, der andere eine negative, in der Grössenordnung der Toleranzbandbreite. Wenn nun z.B. bei positiver Spannung an der Last (ein Teilwechselrichter an Plus, der andere an Minus) der Strom positiver wird, erreicht er zuerst die Schaltschwelle des einen Komparators, z.B. für den einen Teilwechselrichter und schaltet diesen auf Minus. Die Spannung an der Last wird Null (Freilauf, beide Pole auf Minus). Wenn nun als Folge davon der Strom wieder abnimmt, wird nun dieser Komparator die Stromregelung allein dauernd übernehmen; der zweite Komparator schaltet dauernd auf Minus. Nimmt jedoch der Strom trotzdem noch zu, wird die Schaltschwelle des zweiten Komparators erreicht und dieser schaltet den andern Teil Wechselrichter auf Plus, so dass an der According to the present invention, the two-pulse circuit can be used in a simple manner by comparing the same instantaneous current setpoint and actual values with two separate comparators, each of which controls a partial inverter. The tolerance bands of both comparators are slightly shifted against each other, i.e. one receives a small additional positive voltage, the other a negative one, in the order of the tolerance range. If now e.g. with positive voltage at the load (one partial inverter at plus, the other at minus) the current becomes more positive, it first reaches the switching threshold of one comparator, e.g. for one partial inverter and switches it to minus. The voltage at the load becomes zero (free-wheeling, both poles at minus). If the current then decreases as a result of this, this comparator will now take over the current regulation on its own; the second comparator switches continuously to minus. However, if the current still increases, the switching threshold of the second comparator is reached and this switches the other part of the inverter to plus, so that at the

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

662 019 662 019

Last umgekehrte Polarität, d.h. negative Spannung, erscheint. Nimmt nun der Strom wieder ab, schaltet der andere Teilwech-selrichter auf Minus (Freilauf, beide Pole auf Minus), was zur Folge haben kann, dass der Strom wieder steigt. In diesem Fall übernimmt der Komparator für den anderen Teilwechselrichter die Stromregelung und der eine Teilwechselrichter bleibt dauernd auf Minus geschaltet. Der Freilauf (Spannung = 0) war in beiden Fällen auf der Seite der Minus-Schiene. Je nach Aus-steuerungs- und Lastverhältnissen, kann es jedoch auch vorkommen, dass der Freilauf auf der Seite der Plus-Schiene ist. Da ausser positiver und negativer Spannung auch Null an die Last gelegt werden kann, haben wir es mit einem Dreipunktreg-ler zu tun. Bei gleichen Lastverhältnissen wird entweder bei gleicher Schaltfrequenz die Stromwelligkeit kleiner, oder bei gleicher Stromwelligkeit (Toleranzbandbreite) die Schaltfrequenz tiefer, was ein Vorteil ist. Reverse polarity load, i.e. negative voltage appears. If the current now decreases again, the other partial inverter switches to minus (freewheeling, both poles to minus), which can result in the current rising again. In this case, the comparator takes over the current control for the other partial inverter and one partial inverter remains permanently switched to minus. The freewheel (voltage = 0) was on the minus rail side in both cases. Depending on the control and load conditions, it can also happen that the freewheel is on the side of the plus rail. Since, in addition to positive and negative voltage, zero can also be applied to the load, we are dealing with a three-point controller. With the same load conditions, the current ripple becomes smaller with the same switching frequency or the switching frequency becomes lower with the same current ripple (tolerance range), which is an advantage.

Speziell bei tiefen Grundfrequenzen, inkl. Gleichstrombetrieb, kann es mit der beschriebenen Schaltung vorkommen, dass während längerer Zeit nur noch ein Wechselrichter taktet und der andere in einer Schaltstellung beharrt. Dies führt einerseits zu einer ungleichmässigen Verteilung der Schaltverluste auf beide Teilwechselrichter, andererseits kann je nach Ausführung der Wechselrichter die Kommutierungsfähigkeit verloren gehen, wenn ein Wechselrichter längere Zeit (z.B. mehr als 1 s) nicht mehr taktet (Entladung der Löschkondensatoren). Um diesen Mangel zu beheben, wird gemäss einer Weiterbildung der Erfindung nach z.B. jeder zweiten Schaltung die Verschiebung der beiden Toleranzbänder ausgetauscht. Durch diesen Rollentausch der beidenTeilwechselrichter wird erreicht, dass beide abwechselnd zum Schalten kommen. Dadurch schaltet jeder nur noch mit halber Schaltfrequenz, auch wenn längere Zeit die Spannung an der Last nur zwischen 0 und Plus oder 0 und Minus wechselt. Bei Gleichstrombetrieb (Grundfrequenz = 0) Especially at low fundamental frequencies, including direct current operation, the circuit described may mean that only one inverter cycles and the other remains in one switch position for a long time. On the one hand, this leads to an uneven distribution of the switching losses between the two partial inverters.On the other hand, depending on the design of the inverters, the commutation capability can be lost if an inverter stops clocking for a longer period (e.g. more than 1 s) (discharge of the quenching capacitors). In order to remedy this deficiency, according to a further development of the invention, e.g. every second circuit exchanged the shift of the two tolerance bands. This role reversal of the two partial inverters ensures that both switch alternately. As a result, everyone only switches at half the switching frequency, even if the voltage at the load changes only between 0 and plus or 0 and minus for a long time. With DC operation (basic frequency = 0)

kann es vorkommen, dass dauernd Spannung Null verlangt wird. In diesem Fall findet trotz dem Toleranzbandaustausch kein Schalten mehr statt, was zum Verlust der Kommutierungsfähigkeit führen kann. Als Abhilfe kann eine Einrichtung dienen, die immer dann, wenn ein Teilwechselrichter eine gewisse Zeit lang keinen Umschaltbefehl mehr erhalten hat, eine Zwangsumschaltung einleitet. Als Folge davon wird die Regelung reagieren und eine weitere Korrekturschaltung ausführen. Da die Bedingung für diese Zeit von den Wechselrichtereigen-schaften abhängt, sollte diese Zwarigsschalteinrichtung zweckmässigerweise im dem Wechselrichter vorgeschalteten Steuersatz (Impulserzeugung) realisiert werden, wo auch die Einhaltung der andern Grenze (zu schnelles Zurückschalten) sichergestellt werden muss. it can happen that voltage zero is constantly demanded. In this case, switching no longer takes place despite the tolerance band exchange, which can lead to a loss of commutation capability. This can be remedied by a device that initiates a forced changeover whenever a partial inverter has not received a changeover command for a certain period of time. As a result, the control will respond and perform another correction circuit. Since the condition for this time depends on the inverter properties, this dual switching device should expediently be implemented in the control set upstream of the inverter (pulse generation), where compliance with the other limit (switching back too quickly) must also be ensured.

Bei fester Vorgabe der Hysterese der Komparatoren (Toleranzbandbreite) stellt sich eine Momentanschaltfrequenz ein, die von Null bei voller negativer Spannung parabelförmig verläuft mit einem Minimum bei halber negativer Spannung. Sie erreicht wieder Null bei Spannung Null und verläuft dann nach einer weiteren Parabel mit Maximum bei halber positiver Spannung und erreicht wieder Null bei maximaler positiver Spannung. Wird die Spannung sinusförmig über der Zeit gesteuert (was für sinusförmigen Strom bei linearer Last notwendig ist), stellt sich eine modulierte Taktfrequenz ein, deren Mittelwert von der Aussteuerung abhängt. Auch dieser Mittelwert hat ungefähr in der Mitte des Steuerbereichs ein Maximum, wobei hier als maximale Aussteuerung jene zu verstehen ist, wo in den Sinuskuppen gerade noch keine Übersteuerung (Abschneiden der Kuppen) erfolgt. Versuche haben dies gezeigt. Um die für die Wechselrichter zulässige Schaltfrequenz im ganzen Betriebsbereich nicht zu überschreiten, muss die Hysterese so gross gemacht werden, dass bei halber Aussteuerung diese zulässige Frequenz nicht überschritten wird. Dann wird sie aber an den Stellgrenzen relativ klein. Speziell, wenn man von der Übersteuerung Gebrauch machen will, führt dies zu Nachteilen. If the hysteresis of the comparators (tolerance range) is fixed, an instantaneous switching frequency is set which runs parabolically from zero with full negative voltage with a minimum with half negative voltage. It reaches zero again at zero voltage and then runs after a further parabola with maximum at half the positive voltage and again reaches zero at maximum positive voltage. If the voltage is controlled sinusoidally over time (which is necessary for sinusoidal current with a linear load), a modulated clock frequency is set, the mean value of which depends on the modulation. This mean value also has a maximum approximately in the middle of the control range, here the maximum modulation is to be understood as that where there is no overdriving (cutting off the peaks) in the sinus domes. Trials have shown this. In order not to exceed the switching frequency permitted for the inverters in the entire operating range, the hysteresis must be made so large that this half-modulation does not exceed this permissible frequency. Then it becomes relatively small at the control limits. Especially if you want to use the overdrive, this leads to disadvantages.

Durch Übersteuerung (d.h. Abschneiden der Sinuskuppen in der mittleren Spannung) kann die Unterschwingungstaktung der normalen Toleranzbandsteuerung allmählich in eine Grund-wellentaktung überführt werden (Spannung proportional der Grundfrequenz, wie für Drehfeldmaschinen erforderlich). Bei zunehmender Übersteuerung schrumpft das Takten immer mehr um die Nulldurchgänge der sinusförmigen Aussteuerung zusammen, bis pro Nulldurchgang nur noch eine Schaltung übrig bleibt. Ab hier ist die Ausgangsspannung natürlich konstant (nicht mehr frequenzproportional) und rechteckförmig. Um das Übergangsgebiet möglichst stetig zu haben (keine grossen Sprünge) sollte hier die Schaltfrequenz möglichst hoch sein. Um im ganzen Steuerbereich die vom Wechselrichter erlaubte mittlere Schaltfrequenz möglichst auszunützen, kann der Mo-mentanstrom-Toleranzband-Regelung eine Taktfrequenzrege-lung unterlagert werden. Über einen Regler wird ein einstellbarer Sollwert mit der gemessenen, mittleren Taktfrequenz verglichen. Als Stellgrösse dient die Hysterese der Komparatoren. Der Istwert der Taktfrequenz wird über Frequenz-Spannungswandler gewonnen. Bei dreiphasigen Schaltungen kann durch Verwendung des Mittelwertes oder Grösstwertes der drei Phasen die notwendige Filterzeitkonstante für die Mittelwertbildung verkleinert werden. In diesem Fall ist nur eine Taktfrequenzregelung für alle drei Phasen notwendig mit gemeinsamer Hysterese-Vorgabe als Stellgrösse. By overdriving (i.e. cutting off the sinus domes in the medium voltage), the undershoot clocking of the normal tolerance band control can be gradually converted into a basic wave clocking (voltage proportional to the basic frequency, as required for induction machines). With increasing overload, the clocking shrinks more and more around the zero crossings of the sinusoidal modulation until only one circuit remains per zero crossing. From here, the output voltage is of course constant (no longer frequency-proportional) and rectangular. In order to have the transition area as constant as possible (no large jumps), the switching frequency should be as high as possible. In order to utilize the average switching frequency permitted by the inverter as far as possible in the entire control range, the instantaneous current tolerance band control can be subordinated to a clock frequency control. An adjustable setpoint is compared with the measured average clock frequency via a controller. The hysteresis of the comparators serves as the manipulated variable. The actual value of the clock frequency is obtained via frequency-voltage converters. In three-phase circuits, the filter time constant required for averaging can be reduced by using the mean value or maximum value of the three phases. In this case, only a clock frequency control is necessary for all three phases with a common hysteresis specification as the manipulated variable.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

In der Zeichnung zeigt In the drawing shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Toleranzbandsteuerung für einen zweipulsigen Wechselrichter, 1 shows an embodiment of a device for tolerance band control for a two-pulse inverter,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach Fig. 1, erweitert für Dreiphasen-Betrieb, 2 is a block diagram of a device according to FIG. 1, expanded for three-phase operation,

Fig. 3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Erfindung. Fig. 3 is a voltage-time diagram to illustrate the operation of the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung gliedert sich grob in folgende, jeweils durch strichlierte Linien eingefasste Baugruppen: The circuit arrangement shown in FIG. 1 is roughly divided into the following modules, each with dashed lines:

Einem Wechselrichter-Leistungsteil WL, umfassend einen zweipulsigen Wechselrichter 1, einer Toleranzband-Steuerein-richtung TB, einer Einrichtung zur Toleranzbandumkehr TU, wobei die an sich hierzu gehörige Einrichtung zur Einstellung des Schaltniveaus NI wegen der später zu beschreibenden Erweiterung auf Mehrphasenbetrieb als separate Baugruppe dargestellt ist, und einem Proportional/Integralregler PI. An inverter power section WL, comprising a two-pulse inverter 1, a tolerance band control device TB, a device for tolerance band reversal TU, the device per se for setting the switching level NI being shown as a separate assembly due to the expansion to be described later on multi-phase operation and a proportional / integral controller PI.

Der zweipulsige Wechselrichter 1 enthält zwei Teilwechselrichter 2, 3, zwischen welchen eine Last 4 angeschlossen ist. Der durch die Last fliessende Ist-Strom ij wird durch einen Stromwandler 4' erfasst. Ein Kondensator 5 dient als Glättungskon-densator. Zwei Komparatoren 6, 7 sind mit Widerständen 8 bis 15 zur Einstellung des Arbeitspunktes versehen. Ein Potentiometer 16 steht in Verbindung mit einem Analog-Inverter 16' als Gleichspannungsquelle für die Verschiebung des Schaltniveaus. Ein Umschalter 17 ist an eine bistabile Kippstufe, Flipflop 18 angeschlossen, welche mit zwei Invertern 19, 20 und einer Ex-klusiv-Oder-Schaltung 22 über einen Takteingang 21 verbunden ist. Über den Umschalter 17 werden im Takt des Ausgangssignals des Flipflops 18 abwechselnd positive oder negative, mittels des Potentiometers 16 einstellbare Spannungen beiden Komparatoren 6 und 7 zugeführt. The two-pulse inverter 1 contains two partial inverters 2, 3, between which a load 4 is connected. The actual current ij flowing through the load is detected by a current transformer 4 '. A capacitor 5 serves as a smoothing capacitor. Two comparators 6, 7 are provided with resistors 8 to 15 for setting the operating point. A potentiometer 16 is connected to an analog inverter 16 'as a DC voltage source for shifting the switching level. A changeover switch 17 is connected to a bistable multivibrator, flip-flop 18, which is connected to two inverters 19, 20 and an exclusive-OR circuit 22 via a clock input 21. Via the switch 17, alternating positive or negative voltages, which can be set by means of the potentiometer 16, are fed to both comparators 6 and 7 in time with the output signal of the flip-flop 18.

Ein Regler 23 dient zur Hystereseeinstellung und enthält Widerstände 24 bis 28, einen Kondensator 29 und eine Diode 30, welche die Begrenzungsfunktion für minimale Hysterese hat. Der Ausgang des Reglers 23 führt direkt an erste gleichsinnige Umschaltkontakte zweier Umschalter 34, 35. Die zweiten Umschaltkontakte sind über einen Analog-Inverter 31 ' mit dem Ausgang des Reglers 23 verbunden. Für die zweite Variante der Einstellung der Hysterese (angedeutet durch die strichlierte Verbindung) ist ein Potentiometer 31 vorgesehen. Ein Einstellwi- A controller 23 is used to set the hysteresis and contains resistors 24 to 28, a capacitor 29 and a diode 30, which has the limiting function for minimal hysteresis. The output of the controller 23 leads directly to first changeover contacts of two changeover switches 34, 35 in the same direction. The second changeover contacts are connected to the output of the controller 23 via an analog inverter 31 '. A potentiometer 31 is provided for the second variant of setting the hysteresis (indicated by the dashed line). A setting wi

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

662 019 662 019

4 4th

derstand 32 ist für die Einstellung der minimalen Hysterese bestimmt. Ein weiteres Potentiometer 33 dient als eine Gleichspannungsquelle. Zwei Umschalter 34, 35 sind an die Ausgänge der Komparatoren 6 und 7 angeschlossen. Mit der Bezugsziffer 36 ist ein f/U-Wandler bezeichnet, is bedeutet den Sollwert-Strom und ij den Istwert-Strom. the status 32 is intended for setting the minimum hysteresis. Another potentiometer 33 serves as a DC voltage source. Two changeover switches 34, 35 are connected to the outputs of the comparators 6 and 7. The reference number 36 denotes an f / U converter, is the setpoint current and ij the actual value current.

Die Toleranzbandregelung der beschriebenen und gezeichneten Schaltanordnung erfolgt auf folgende Weise: The tolerance band control of the switching arrangement described and drawn is carried out in the following way:

In den beiden Komparatoren 6 und 7 werden der Momentanstrom-Soll- und Istwert miteinander verglichen. Die Ausgänge schalten über nicht gezeichnete Steuersätze den Wechselrichter 1. «1»-Signal an den Komparatorausgängen bedeutet für beide Teilwechselrichter 2 und 3 Schalten auf Plus, «0»-Signal dagegen Schalten auf Minus. Damit der Regelsinn stimmt (Gegenkopplung), müssen daher Soll- und Istwert an den Eingängen der Komparatoren 6 und 7 gegeneinander vertauscht angeschlossen sein. Die Ausgänge der Komparatoren 6 und 7 schalten über die Umschalter 34 und 35 die am Potentiometer 31 gemeinsam einstellbare Hysterese auf die Eingänge zurück (Mitkopplung). Die am Potentiometer 16 einstellbare Verschiebung der Toleranzbänder (Bj, B2 in Fig. 3) wird über den Umschalter The instantaneous current setpoint and actual value are compared with one another in the two comparators 6 and 7. The outputs switch the inverter 1 using control sets (not shown). A "1" signal at the comparator outputs means that both partial inverters 2 and 3 switch to plus, while the "0" signal switches to minus. In order for the control sense to be correct (negative feedback), the setpoint and actual value must be connected to each other at the inputs of the comparators 6 and 7. The outputs of the comparators 6 and 7 switch the hysteresis, which can be set together at the potentiometer 31, back to the inputs via the changeover switches 34 and 35 (positive feedback). The adjustment of the tolerance bands (Bj, B2 in Fig. 3) that can be adjusted on the potentiometer 16 is carried out via the switch

17 entweder positiv oder negativ auf die Minus-Eingänge der Komparatoren 6 und 7 gegeben. Dadurch, dass Soll- und Istwert an beiden Komparatoren 6 und 7 gekreuzt angeschlossen sind, bewirkt die gleiche Polarität an den Minus-Eingängen gegenläufige Verschiebung der Toleranzbänder Bi, B2. Ein Umkehren dieser Polarität bewirkt den Funktionstausch beider Teilwechselrichter 2 und 3. Das Flipflop 18 steuert diesen Polaritätswechsel. Wenn beide Komparatorausgänge gleiches Signal haben, werden jeweils die Vorbereitungseingänge des Flipflops 17 either positive or negative on the minus inputs of comparators 6 and 7. Because the setpoint and actual value are connected in a crossed manner to both comparators 6 and 7, the same polarity at the minus inputs causes the tolerance bands Bi, B2 to shift in opposite directions. Reversing this polarity causes the function of both partial inverters 2 and 3. The flip-flop 18 controls this polarity change. If both comparator outputs have the same signal, then the preparation inputs of the flip-flop

18 gesetzt. Über die Exklusiv-Oder-Schaltung 22 wird dann jeweils die nächste Umschaltung erfasst und über den Takteingang 21 des Flipflops 18 die Durchschaltung auf den Ausgang bewirkt. Bei Betrieb mit Taktfrequenzregelung wird der Takt-frequenz-Sollwert vom Potentiometer 33 mit dem Istwert vom f/U-Wandler 36 verglichen. Die Differenz beeinflusst über den Regler 23, der als Proportional-Integralregler ausgebildet ist, den Hysterese-Eingang der übrigen Schaltung, wobei die Hysterese nach unten begrenzt wird. 18 set. The next changeover is then detected via the exclusive-OR circuit 22 and the switching through to the output is effected via the clock input 21 of the flip-flop 18. When operating with clock frequency control, the clock frequency setpoint is compared by potentiometer 33 with the actual value by f / U converter 36. The difference influences the hysteresis input of the rest of the circuit via the controller 23, which is designed as a proportional-integral controller, the hysteresis being limited at the bottom.

Den stark schematisierten Zusammenhang zwischen der Regelabweichung und dem Takten der Teilwechselrichter 2 und 3 verdeutlicht das in Fig. 3 dargestellte Diagramm. Der obere Polygonzug (Fig. 3a) stellt den zeitlichen Verlauf der Regelabweichung Ai (Differenz zwischen ii und is) mit zugehörigen Toleranzbändern Bi und B2 dar. Die beiden mittleren Impuls-Zeit-diagramme b und c geben den zugehörigen zeitlichen Verlauf 5 des an jeder Klemme der Last 4 anliegenden Potentials U2 bzw. U3 gegenüber der Minus-Sammelschiene des Wechselrichters 1 wieder. Fig. 3d veranschaulicht den zeitlichen Verlauf der an der Last wirksamen Spannung. Man erkennt deutlich, wie durch Austausch der Toleranzbänder die Verteilung der Schalt-10 arbeit auf beide Teilwechselrichter erreicht wird. The diagram shown in FIG. 3 illustrates the highly schematic relationship between the control deviation and the clocking of the partial inverters 2 and 3. The upper polygon (Fig. 3a) represents the time course of the control deviation Ai (difference between ii and is) with associated tolerance bands Bi and B2. The two middle pulse-time diagrams b and c give the associated time course 5 of each Terminal of the load 4 applied potential U2 or U3 with respect to the minus busbar of the inverter 1 again. 3d illustrates the time profile of the voltage acting on the load. It can be clearly seen how the distribution of the switching work on both partial inverters is achieved by exchanging the tolerance bands.

Auf welche Weise eine im vorstehenden beschriebene Vorrichtung für Mehrphasen-Wechselrichter erweitert werden kann, ist in der Fig. 2 beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechselrichter veranschaulicht. Gleiche Teile sind dabei mit 15 denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Zur Vereinheitlichung sind ferner alle Teile, welche jeweils einer der drei Phasen R, S, T zugeordnet sind, mit dem Index R, S oder T versehen. The manner in which a device for multiphase inverters described above can be expanded is illustrated in FIG. 2, for example for a three-phase inverter. The same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1. For standardization, all parts which are each assigned to one of the three phases R, S, T are also provided with the index R, S or T.

Man erkennt, dass die Baugruppen Wechselrichter-Lei-20 stungsteil, Toleranzbandsteuereinrichtung und Toleranzband-Tausch für jede Phase vorhanden sind; sie sind mit WLr, WLs, WLt, TBr, TBs, TBt bzw. TUr, TUs bzw. TUt bezeichnet. Die Schaltungsanordnung der Einstellung des Schaltniveaus NI wirkt parallel auf alle drei Toleranzband-Tausch-Einrichtungen 25 TUr, TUs, TUt. Gleiches gilt für den gleichfalls nur einmal vorhandenen Proportional/Integral-Regler PI, welcher parallel auf alle drei Toleranzbandsteuereinrichtungen TBr, TBs, TBt wirkt, für den Fall der Hysterese-Regelung. Analoges gilt für die Hysterese-Einstellung über die Gleichstromquelle 31. It can be seen that the modules inverter power section, tolerance band control device and tolerance band replacement are present for each phase; they are designated WLr, WLs, WLt, TBr, TBs, TBt or TUr, TUs or TUt. The circuit arrangement of the setting of the switching level NI acts in parallel on all three tolerance band exchange devices 25 TUr, TUs, TUt. The same applies to the proportional / integral controller PI, which also only exists once and acts in parallel on all three tolerance band control devices TBr, TBs, TBt, in the case of the hysteresis control. The same applies to the hysteresis setting via the direct current source 31.

30 30th

Als zusätzliche Baugruppe kommt ein Mittelwert- oder auch ein Grösstwert-Bildner MG hinzu, welcher zur Bildung des Mittel" oder Grösstwertes der Ausgangsspannungen der drei Fre-quenz-Spannungs-Wandler in den drei Toleranzband-Steuerein-richtungen TBr, TBs und TBt dient, welcher Mittel- oder Grösstwert dem Proportional/Integral-Regler PI zugeführt wird. An additional component is a mean value or also a maximum value generator MG, which serves to form the mean or maximum value of the output voltages of the three frequency-voltage converters in the three tolerance band control devices TBr, TBs and TBt, which average or maximum value is fed to the proportional / integral controller PI.

Aufgrund der speziellen Ausgestaltung der Toleranzbandsteuerung ist es erforderlich, dass die mehrphasige Last, z.B. ei-40 ne elektrische Maschine, galvanisch getrennte Lastkreise — im Fall einer Asynchronmaschine also galvanisch getrennte Statorwicklungen — aufweist. Due to the special design of the tolerance band control, it is necessary that the multi-phase load, e.g. ei-40 ne electrical machine, galvanically isolated load circuits - in the case of an asynchronous machine, so galvanically isolated stator windings.

v v

3 Blätter Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims (7)

662 019662 019 1. Wechselrichteranordnung mit zweipulsigem Wechselrichter mit einer Vorrichtung zur Toleranzbandsteuerung mit zwei Teilwechselrichtern (2, 3), zwischen welchen eine Last (4) angeschlossen ist, und mit Vergleich des Sollwert-Stromes (is) und des Istwert-Stromes (ii) zum Erreichen eines vorbestimmten Stromverlaufes durch die Last (4), dadurch gekennzeichnet, 1. Inverter arrangement with a two-pulse inverter with a device for tolerance band control with two partial inverters (2, 3), between which a load (4) is connected, and with comparison of the setpoint current (is) and the actual value current (ii) to achieve it a predetermined current profile through the load (4), characterized in that dass jeder der zwei Teil Wechselrichter (2, 3) an einen eigenen Komparator (6, 7) angeschlossen ist und dass die Schaltniveaus der einzelnen Komparatoren (6, 7) mit den zugeordneten Schaltanordnungen zur Hystereseeinstellung und Hysteresebildung (31, 34, 35) für beide Teilwechselrichter (2, 3) gegenseitig verschoben sind. that each of the two partial inverters (2, 3) is connected to its own comparator (6, 7) and that the switching levels of the individual comparators (6, 7) with the associated switching arrangements for hysteresis setting and hysteresis formation (31, 34, 35) for both partial inverters (2, 3) are mutually displaced. 2. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die gemeinsame Verschiebung der Schaltniveaus der Komparatoren (6, 7) eine gemeinsame Gleichspannungsquelle (16) vorgesehen ist und dass die Gleichspannungsquelle mit einem Umschalter (17) in Wirkverbindung steht. 2. Inverter arrangement according to claim 1, characterized in that a common DC voltage source (16) is provided for the common displacement of the switching levels of the comparators (6, 7) and that the DC voltage source is in operative connection with a changeover switch (17). 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18, 19, 20, 21, 22) zum gegenseitigen Austausch der beiden den Teilwechselrichtern (2, 3) zugeordneten Toleranzbänder nach einer vorbestimmten Anzahl Schaltungen der Teilwechselrichter (2, 3) vorgesehen sind. 3. Inverter arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that means (18, 19, 20, 21, 22) for mutual exchange of the two tolerance bands assigned to the partial inverters (2, 3) after a predetermined number of switching operations of the partial inverters (2, 3 ) are provided. 4. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (17) an eine bistabile Kippstufe (18) angeschlossen ist, deren Vorbereitungseingänge teils direkt, teils über Inverter (19, 20) und deren Takteingang über eine Exklusiv-Oder-Schaltung (22) mit den Ausgängen der Komparatoren (6, 7) verbunden sind. 4. Inverter arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that the changeover switch (17) is connected to a bistable multivibrator (18), the preparation inputs of which partly directly, partly via inverters (19, 20) and whose clock input via an exclusive-or- Circuit (22) are connected to the outputs of the comparators (6, 7). 5. Wechselrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Hysterese-Einstellung ein Potentiometer (31) vorgesehen ist. 5. Inverter arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that a potentiometer (31) is provided for hysteresis setting. 6. Wechselrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Hysterese-Einstellung ein Regler (23) vorgesehen ist, dessen Eingänge einerseits mit einer Gleichstromquelle (33) als Sollwertgeber für die Schaltfrequenz und andererseits mit einem Frequenz-Spannungs-Wandler (36) als Istwert-Geber der Schaltfrequenz verbunden sind. 6. Inverter arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that a controller (23) is provided for hysteresis setting, the inputs of which are on the one hand with a direct current source (33) as setpoint generator for the switching frequency and on the other hand with a frequency-voltage converter (36) are connected as actual value transmitters of the switching frequency. 7. Wechselrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrphasen-Betrieb mit galvanisch getrennten Lastkreisen jeder einzelnen Last ein zweipulsiger Wechselrichter (WLr, WLs, WLt) mit je zwei Teilwechselrichtern zugeordnet ist, dass jedem Wechselrichter Mittel zum Toleranzbandaustausch (TUr, TUs, TUt) und mit diesen zusammenwirkende Komparatoren (TBr, TBs, TBt) aufweist, dass die Gleichstromquelle zur Verschiebung des Schaltniveaus (16) und zur Hysterese-Einstellung (31) bzw. der Regler (23) gemeinsam für alle Phasen (R, S, T) sind, und dass zur Bildung des Frequenz-Istwertes ein Mittel- oder Grösstwert-Bild-ner (MG) für die Ausgangsspannungen aller Frequenz-Span-nungs-Wandler der einzelnen Phasen-Wechselrichter (WLr, WLs, WLt) vorgesehen ist (Fig. 2). 7. Inverter arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that in multi-phase operation with electrically isolated load circuits, each individual load is assigned a two-pulse inverter (WLr, WLs, WLt), each with two partial inverters, that each inverter has means for exchanging tolerance bands ( TUr, TUs, TUt) and comparators cooperating with them (TBr, TBs, TBt) has that the DC source for shifting the switching level (16) and for hysteresis setting (31) or the controller (23) together for all phases ( R, S, T), and that to form the actual frequency value, an average or maximum value generator (MG) for the output voltages of all frequency-voltage converters of the individual phase inverters (WLr, WLs, WLt ) is provided (Fig. 2).
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