DD237943A1

DD237943A1 - Schaltungsanordnung zur regelung der ausgangsspannung eines wechselrichters

Info

Publication number: DD237943A1
Application number: DD27686885A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Kloock; Detlev Bethke
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-07-30

Abstract

Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Wechselrichters unter Verwendung von Strom- und Spannungsreglern sowie Strom- und Spannungsmessgliedern, insbesondere von ein- oder mehrphasigen Wechselrichtern, zur Speisung von Verbrauchern, deren Spannung und Frequenz durch den Wechselrichter konstant gehalten werden soll. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Wechselrichters, derzur Speisung von Verbrauchern, deren Spannung und Frequenz durch den Wechselrichter konstant gehalten werden sollen, vorgesehen ist. Die Erfindung ist insbesondere bei unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

. Bei Anordnungen zur Speisung von Verbrauchern über Wechselrichter ist es notwendig, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters in Amplitude und Frequenz auch bei unterschiedlichen Belastungsfällen, wie nichtsinusförmige Last, Lastsprünge, Schieflast bei mehrphasigen Anordnungen, Blindleistungsanteile der Last u. dgl. konstant gehalten wird, bzw. die Abweichungen auch bei Übergangsprozessen möglichst gering sind und daß die Sinusform der Ausgangsspannung weitgehend eingehalten wird, d. h. daß der Klirrfaktor möglichst gering ist.

Bekannt sind Anordnungen zur Regelung der Ausgangsspannung von Wechselrichtern mit oder ohne unterlagerter Stromregelung. Dabei wird die Ausgangsspannung erfaßt, mit einem Sollwert verglichen und dieses Signal einem Spannungsregler zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Reglers dient zur Steuerung der Ventile des Wechselrichters bzw. als Sollwert für den unterlagerten Stromregelkreis. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist insbesondere das ungenügende Regelungsverhalten im dynamischen Betrieb, z.B. bei plötzlichen Laständerungen. Das ist darauf zurückzuführen, daß der Spannungsregler erst eingreifen kann, wenn die Laststromänderung über Filter eine Änderung der Ausgangsspannung bewirkt hat.

In der DE-OS Nr. 2935038, H 02 M, 7/48 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung konstanter Frequenz und einstellbarer, meist konstantgehaltener Amplitude zur Speisung von Wechselstromverbrauchern aus einer Gleichspannungsquelle mit Hilfe von elektronischen Schaltern beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einem parallel zu den Ausgangsklemmen der Schaltung angeordneten Kondensator ein zeitveränderlicher Strom zuführbar ist, der sich aus zwei Komponenten zusammensetzt: einem zur Erzeugung der sinusförmigen Ausgangsspannung notwendigen sinusförmigen Umladestrom, der von einer über die elektronischen Schalter umpolbar parallel zum Kondensator angeschlossenen und mit dem Kondensator auf die Ausgangsfrequenz abgestimmten Induktivität geliefert wird, und einem Zusatzstrom, der ein möglichst genaues Abbild des durch die Ausgangsklemmen abfließenden Laststromes ist. Es wird also eine sinusförmige Spannung dadurch gebildet, daß einem parallel zum Ausgang liegenden Kondensator ein sinusförmiger Strom durch die Kombination eines Wechselrichters mit einem Gleichstromsteller und einer entsprechenden Steuer- und Regeleinrichtung eingeprägt wird. Spannungsabweichungen können mit Hilfe eines überlagerten Spannungsregelkreises ausgeglichen werden. Die Nachteile dieser bekannten Schaltnnnsanni-Hnnnn lionon \m orfnrHoriinhan λ··*,«,.=,*^ ,-!,,,„u ,j:„

Regelung bei Polaritätswechsel und eines zweiten Strommeßgliedes sowie nicht frei wählbaren Filterelementes, wodurch die Vorteile z. B. eines Transistor-Gleichstromstellers, nicht voll genutzt werden können. Besonders ausgeprägt ist dieser hohe Aufwand bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen mit Dreiphasenausgang auf Basis dieser bekannten Schaltungsanordnung. Der höhere Aufwand beeinflußt außerdem die Zuverlässigkeit negativ, was bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen von besonderer Bedeutung ist.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der Nachteile der bekannten Anordnungen und zielt auf die Schaffung einer Anordnung mit erhöhten Gebrauchswerteigenschaften hin.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Wechselrichters unter Verwendung von Strom- und Spannungsreglern sowie Strom- und Spannungsmeßgliedern zu schaffen.

Merkmale der Erfindung

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird wie folgt gelöst.

Zur Steuerung der Ventile des Wechselrichters ist ein mit einem Soll- und Istwerteingang versehener Stromregler vorgesehen, dessen Istwerteingang mit einem Meßglied für den Wechselrichterstrom und dessen Sollwerteingang mit dem Ausgang einer Verknüpfungseinheit, der die Signale eines Meßgliedes für den Laststrom und die Signale einer Kondensatorstrom-Sollwertquelle zugeführt werden und welche durch einen, mit einem Soll- und Istwerteingang versehenen Spannungsregler beaufschlagt ist, dessen Istwerteingang an ein Meßglied für die Ausgangsspannung und dessen Sollwerteingang an eine Spannungssollwertquelle angeschaltet ist, verbunden ist.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Stromregler als Zweipunktregler mit konstanter Hysterese ausgebildet. Der Istwerteingang des Stromreglers ist unmittelbar am Ausgang des Wechselrichters angeordnet. Als Wechselrichterventile sind Transistoren oder Thyristoren vorgesehen. Als Kondensatorstrom-Sollwertquelle ist ein Differenzierglied, welches an den Ausgang der insbesondere Sinusspannungen abgebenden Spannungssollwertquelle angeschlossen ist, vorgesehen. Die Kondensatorstrom-Sollwertquelle ist zur Bereitstellung in Abhängigkeit von der Phasenzahl von einem oder mehreren phasenverschobenen Sinus-Sollwertströmen, deren Werte vorzugsweise in einem digitalen Speicher abgelegt sind, vorgesehen. Als Meßglied für die Ausgangsspannung ist ein Strommeßglied zur Erfassung des Kondensatorstromes mit einem nachgeschalteten Integrierer vorgesehen. Als Meßglied für den Wechselrichterstrom ist ein Spannungsmeßglied zur Erfassung der Filterdrosselspannung mit nachgeschaltetem Integrierer, der an den Istwerteingang des Stromreglers angeschlossen 1st, vorgesehen.

Die Verknüpfungseinheit, die in Abhängigkeit von der Phasenzahl der Ausgangsspannung unterschiedlich gestaltet ist, ist mit einem Summierverstärker zur Summation der bewerteten Eingangssignale ausgestattet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand des Schaltbildes in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Während derWechselrichterstromip bzw. der durch den Ausgangstransformator 3 fließende Phasenstrom i_s vom Wechselrichter 1 beeinflußt wird, wird die Ausgangsspannung U_A durch den Kondensatorstrom i_c bestimmt. Der Phasenstrom oder durch den Ausgangstransformator 3 übersetzte Strom i_s ergibt sich als Summe aus Kondensatorstrom i_c und Ausgangsstrom i_A. Der Kondensatorstrom i_c wird durch die Regelung dann erzwungen, wenn als Sollwert des Wechselrichterstromes ip die mit dem Übersetzungsverhältnis des Ausgangstransformators 3 bewertete Summe eines sinusförmigen Sollwertes des Kondensatorstromes i_c und des Istwertes des Ausgangsstromes i_A vorgegeben wird. Bei dreiphasigem Ausgang müssen die Sollwerte der drei Phasen durch Summation von festen Teilen—abhängig von der Schaltung des Ausgangstransformators 3— der drei Phasenströme i_s gebildet werden. Das ist sowohl bei Dreieck-als auch Sternschaltung der Filterkondensatoren 4 möglich. DieVerknüpfung dieser Signale erfolgt in der Verknüpfungseinheit 10. Die Regelung der Wechselrichterausgangsströme erfolgt mit Hilfe des Stromreglers 11, der als Zweipunktregler vorzugsweise mit fester Hysterese arbeitet. Bei dreiphasiger Anordnung sind entsprechend drei Stromregler erforderlich. Die Stromregler schalten die Ventile des Wechselrichters 1. Werden z. B. die Ventile 1.1 und 1.4 geschlossen, so steigt der Wechselrichterstrom i_p an. Werden dagegen die Ventile 1.3 und 1.2 eingeschaltet, so fällt der Strom ab. Die Stromsteilheiten sind proportional der wirksamen Summe aus derTransformatorspannung Ut und der Wechselrichterspannung Uwr- Der Strom kann zu jedem Punkt der sinusförmigen Ausgangsspannung nur dann erzwungen werden, wenn die Amplitude der Zwischenkreisspannung Ud größer ist als die Amplitude der Transformatorspannung Uj- Die Oberwellen des Stromistwertes, d.h. die Abweichungen vom Sollwert, verursachen in dem Filterkondensator 4 Abweichungen von der Sinusform der Ausgangsspannung, d.h. der Klirrfaktor der Spannung ist größer als Null. Durch die Festlegung der Hysterese, der Schaltfrequenz des Wechselrichters und der Filterelemente läßt sich der Klirrfaktor auf den geforderten Wert begrenzen. Zur Korrektur des Kondensatorstromsollwertes ist eine Spannungsregelung überlagert, die im wesentlichen das Ziel hat, Toleranzen der Kapazitätswerte der Filterkondensatoren bzw. der Regelungsbausteine auszugleichen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung bestehen darin, daß Laststromänderungen sich sofort auf den Sollwert auswirken, noch bevor Auswirkungen auf die Ausgangsspannung auftreten. Durch die schnelle Strom-Zweipunktregelung werden bei Anwendung eines Transistorwechselrichters Stromsprünge, wie sie z. B. bei Gleichrichterlast mehrfach in jeder Periode auftreten können, in Bruchteilen der Periode der Ausgangsspannung ausgeregelt. Dadurch kann bei vorgegebenem Klirrfaktor das Filter wesentlich verkleinert werden. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Schaltung ein gutes Schieflastverhalten erreicht. Auch bei einphasiger Belastung bei einem dreiphasigen Wechselrichter wird das Ausgangs-Drehspannungssystem aufrechterhalten. Ein weiterer Vorteil ist der relativ einfache Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Wechselrichters unter Verwendung von Strom-und Spannungsreglern sowie Strom- und Spannungsmeßgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Ventile (1.1 bis 1.4) des Wechselrichters (1) ein mit einem Soll- und Istwerteingang versehener Stromregler (11) vorgesehen ist, dessen Istwerteingang mit einem Meßglied (5) für den Wechselrichterstrom und dessen Sollwerteingang mit dem Ausgang einer Verknüpfungseinheit (10), der die Signale eines Meßgliedes (6) für den Laststrom und die Signale einer Kondensatorstrom-Sollwertquelle (12) zugeführt werden und welche durch einen, mit einem Soll- und Istwerteingang versehenen Spannungsregler (9) beaufschlagt ist, dessen Istwerteingang an ein Meßglied (7) für die Ausgangsspannung und dessen Sollwerteingang an eine Spannungssollwertquelle (8) angeschaltet ist, verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (11) als Zweipunktregler mit konstanter Hysterese ausgebildet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwerteingang des Stromreglers (11) unmittelbar am Ausgang des Wechselrichters (1) angeordnet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Wechselrichterventile (1.1 bis 1.4) Transistoren vorgesehen sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wechselrichterventile (1.1 bis 1.4) Thyristoren vorgesehen sind.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kondensatorstrom-Sollwertquelle (12) ein Differenzierglied, welches an den Ausgang der, insbesondere Sinusspannungen abgebenden, Spannungssollwertquelle (8) angeschlossen ist, vorgesehen ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorstrom-Sollwertquelle (12) zur Bereitstellung in Abhängigkeit von der Phasenzahl von einem oder mehreren phasenverschobenen Sinus-Sollwertströmen, deren Werte vorzugsweise in einem digitalen Speicher abgelegt sind, vorgesehen ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßglied (7) für die Ausgangsspannung ein Strommeßglied zur Erfassung des Kondensatorstromes (i_c) mit einem nachgeschalteten Integrierer vorgesehen ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßglied (5) für den Wechselrichterstrom ein Spannungsmeßglied zur Erfassung der Filterdrosselspannung mit nachgeschaltetem Integrierer, der an den Istwerteingang des Stromreglers (11) angeschlossen ist, vorgesehen ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungseinheit (10) in Abhängigkeit von der Phasenzahl der Ausgangsspannung unterschiedlich gestaltet und mit einem Summierverstärker zur Summation der bewerteten Eingangssignale ausgestattet ist. - .