DE1563930B2 - Schaltungsanordnung zur regelung der ausgangsspannung und des ausgangsstromes eines wechselrichters - Google Patents

Description

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gestellten Größe gleich ist, ist die Frequenz der durch das auf Strom ansprechende Signal die festgesetzte den Vektor 14 repräsentierten Spannung gleich der Grenze erreicht, wird das dem Meßglied 52 zuge-Frequenz der Spannung, die durch den Vektor 12 führte Signal aus dem Strom abgeleitet. Dieses, dem angegeben ist. Ändert sich die Größe des Vektors 16, Meßglied 52 zugeführte Signal wird mit einer Beso wird die Frequenz des Vektors 14 augenblicklich 5 zugsgröße verglichen und jede Abweichung des Siverändert und der Winkel Φ auf einen solchen Wert gnals von dieser Bezugsgröße dem veränderbaren eingestellt, daß sich wieder die gewünschte Größe Oszillator 32 als Fehlersignal zugeführt, des Vektors 16 ergibt. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, Zur Begrenzung der gesamten Winkelabweichung eilt der Vektor 14 dem Vektor 12 vor. Die Frequenz auf 180° ist ein Winkelbegrenzer 64 zwischen dem des Vektors 14 muß daher abnehmen, wenn die Aus- io Wechselrichter 23 und dem Wechselrichter 34 eingangsspannung 16 zunehmen soll und umgekehrt. geschaltet. Nimmt man an, daß der Winkel Φ auf Nachdem der Winkel Φ auf den neuen Wert einge- einen Bereich von Null bis —180° beschränkt werstellt wurde, wird zur Erhaltung des neuen Phasen- den soll, so verhindern die Steuerkreise im Winkelwinkels die Frequenz des Vektors 14 der Frequenz begrenzer 64, daß die Spannung des Wechselrichters des Vektors 12 wieder angeglichen. 15 34 der Spannung des Wechselrichters 23 um mehr

Aus diesem Vektordiagramm geht hervor, daß der als 180° vorauseilt. Außerdem sind Schaltkreise vormaximale Wirkungsgrad des Wechselrichtersystems gesehen, die ein Nacheilen der Spannung des Wechdann auftritt, wenn die Vektoren 12 und 14 in Phase selrichters 34 hinter der Spannung des Wechselrichsind und der. Winkel Φ gleich Null ist. Wenn der ters 23 verhindern.

Wechselrichter so aufgebaut ist, daß ein Winkel von 20 Damit einwandfrei festgestellt werden kann, wann Null Grad erreicht werden kann, ist es vorteilhaft, die Ausgangsspannungen der Wechselrichter in Phase die Frequenz des Vektors 14 mit der Frequenz 12 zu sind, worauf die beiden in Phase befindlichen Spansynchronisieren, wenn sich der Phasenwinkel Null nungen miteinander synchronisiert werden können, Grad annähert/Dies hat neben einem maximalen ist eine Synchronisiereinrichtung 84 vorgesehen, die Wirkungsgrad die Wirkung, daß ein Pendeln oder 25 auf die relative Phasenlage zwischen den Spannun-Schwingen des Phasenwinkels zwischen Null und gen der Wechselrichter 34 und 23 anspricht. Wenn einem Winkel nahe an Null Grad verhindert wird. die beiden Spannungen in Phase sind, wird dem ver-Es ist daher eine Synchronisiereinrichtung vorge- änderbaren Oszillator 32 das Signal des Frequenzsehen, die feststellt, wann der Phasenwinkel Φ gleich normals 24 über Leitungen 90 und 92 zugeführt. Das Null ist und die dann die Frequenz des Vektors 14 30 Signal des Frequenznormals 24 verhindert, daß der mit der Frequenz des Vektors 12 synchronisiert. Die veränderbare Oszillator mit einer Frequenz unterhalb Synchronisation muß sich automatisch abschalten der Bezugsfrequenz arbeitet, jedoch nicht, daß der lassen, wenn der Vektor 16 über eine festgesetzte veränderbare Oszillator 32 mit einer höheren Fre-Größe hinaus anwächst oder der Ausgangsstrom eine quenz arbeitet. Dadurch kann der Oszillator 32 seine vorgegebene Grenze erreicht. 35 Frequenz erhöhen und die Ausgangsspannung her-

Ein Blockschaltbild eines Wechselrichtersystems 20 absetzen, wenn die Ausgangsspannung des Wechselgemäß der Erfindung ist in der F i g. 2 gezeigt. Die richtersystems 20 über den eingestellten Wert hinaus erste Sinusspannung wird in einem Steueroszillator anwächst oder der Ausgangsstrom die vorgegebene 22 und in einem ersten Teilwechselrichter 23 erzeugt, Grenze erreicht. Das Synchronisierungssignal des Frewobei die Frequenz des Steueroszillators durch eine 40 quenznormals 24 wird vom Oszillator 32 dann ab-Frequenznormal 24 bestimmt ist. Der Teilwechsel- geschaltet, wenn der Phasenwinkel Φ die Grenze errichter 23 erzeugt die erste Sinusspannung, die in der reicht, bei der eine Regelung notwendig ist. Fig. 1 als Vektor 12 bezeichnet ist. Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Einzelheiten des

Die zweite, in der Fig. 1 durch dne Vektor 14 be- Wechselrichtersystems 20. Die Fig. 3 und 4 zeigen zeichnete Sinusspannung wird durch einen veränder- 45 das Frequenznormal 24, den Steueroszillator 22 und baren Oszillator 32 und einen zweiten Teilwechsel- den veränderbaren Oszillator 32, die Teilwechselrichter 34 erzeugt. Die Frequenz des veränderlichen richter 23 und 34, die Synchronisiereinrichtung 84 Oszillators 32 wird durch ein über Leitungen 36 und und den Begrenzer 64, während F i g. 5 die Schal-38 zugeführtes spannungs- oder stromabhängiges tungsanordnung zur Erzeugung des Fehlersignals Fehlersignal gesteuert. Die Frequenz der durch den 50 zeigt, die aus dem Stromfühler 56, dem Spannungs-Teilwechselrichter 34 erzeugten Spannung wird durch fühler 54 und dem Meßglied 52 besteht, ein Signal des veränderbaren Oszillators 32 gesteuert, Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Wechselrichterder mit dem Wechselrichter 34 über eine Leitung 40 system erzeugt Sinusspannungen nach der Methode verbunden ist. : der harmonischen Neutralisation, jedoch können

Die von den Wechselrichtern erzeugten Teilspan- 55 auch andere Methoden zur Erzeugung von Sinusnungenwerden vektoriell addiert und an eine Last 35 wellen benutzt werden.

gelegt. Das dem veränderlichen Oszillator 32 züge- Der in der F i g. 3 gezeigte Steueroszillator 22 beführte Fehlersignal wird einem Meßglied 52, einem sitzt eine Doppelbasisdiode 100 und Einrichtungen Spannungsfühler 54 und einem Stromfühler 56 ent- zur Formung und Verstärkung des Ausgangssignals nommen. Der Stromfühler 56 spricht auf den Aus- 60 sowie einen Triggerkreis, der das Ausgangssignal des gangsstrom in der einen Leitung 44 des Wechsel- Steueroszillators 22 mit dem Bezugssignal des Frerichtersystems 20 an, mit dem er über einen Strom- quenznormals 24 synchronisiert. Wird am Anschluß transformator 58 verbunden ist. Der Spannungsfühler B+ ein Potential angelegt, so lädt sich ein Konden-54 spricht auf die Spannung zwischen den Leitungen sator 102 auf, so daß die Spannung an der Emitter-44 und 46 des Wechselrichtersystems 20 an. Wenn 65 Elektrode E der Doppelbasisdiode 100 ansteigt. Erdas auf Strom ansprechende Signal unter einer fest- reicht die Spannung am Emitter E einen vorgegebegesetzten Grenze bleibt, wird das dem Meßglied 52 nen Wert, so sinkt der dynamische Widerstand zwizugeführte Signal aus der Spannung abgeleitet. Wenn sehen dem Emitter E und der einen Basis B1 auf

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einen niedrigeren Wert. Damit kann sich der Kon- kehrt wird. Der nächste negative Impuls auf der densator 102 über den Emitter E entladen, und ein Leitung 30 sperrt den Transistor 144' und steuert positiver Stromimpuls fließt durch die Doppelbasis- _; ■ damit gleichzeitig den Transistor 146 leitend. Damit diode. Sinkt die Spannung am Emitter E auf einen wird die Polarität der Kondensatoren 156" und 158" bestimmten Wert, so hört der Emitter E auf zu leiten, 5 geändert, so daß der nächste auf der Leitung 30 aufso daß sich der Kondensator 102 zur Wiederholung tretende Impuls den Transistor 144" sperrt und den des Zyklus von neuem aufladen kann. Die Frequenz Transistor 146" durchsteuert. Dies setzt sich fort, so der. Schwingung kann durch negative Stromimpulse daß der Reihe nach die Transistoren 144,144', 144", synchronisiert werden, die auf die Basis B 2 gegeben . 146, 146' und 146" geöffnet sind. Werden die Zählwerden. . ίο stufen untereinander auf andere Art verbunden, kann ■- Der die Synchronisierung des Steueroszillators 22 '■ jeder andere Einschaltmodus erreicht werden. Die bewirkende Triggerkreis besteht im wesentlichen aus sinusförmige Spannung wird an in Serie geschalteten Transistoren 116 und 118, wobei der erste Tran- Sekundärwicklungen 140, 140' und 140" von Übersistor 116 über eine Diode 123 und einen Widerstand tragern 136,136' und 136" abgenommen.
120 mit dem Frequenznormal 24 verbunden ist. 15 Die veränderliche Sinusspannung wird durch den

Das Frequenznormal 24 ist ein herkömmlicher Oszillator 32 und den Wechselrichter 34 erzeugt. Der Impuls- oder Rechteckgenerator, der am Ausgang Oszillator 32 ist im großen und ganzen gleich dem positive Impulse liefert. Die Diode 123 ist für den Steueroszillator 22 aufgebaut, er ist jedoch nicht mit Fall erforderlich, daß das Frequenznormal auch der Bezugsfrequenz synchronisiert, sondern mit einem negative Impulse oder negative Rechteckspannungen 20 Verstärker versehen, dessen Widerstand in Abhängigliefert. Eine vom Frequenznormal 24 gelieferte posi- keit von einem geeigneten Signal erhöht oder vermintive Spannung öffnet den Transistor 116, so daß sein dert werden kann.

Emitterstrom zur Basis des Transistors 118 fließt, der . Die Frequenz des Oszillators 32 wird durch einen

ebenfalls leitend wird und damit einen Kondensator Transistor 190, einen Widerstand 182 und einen

124 an Masse legt. Dadurch wird das Potential an 25 Kondensator 188 bestimmt. Da der Widerstand 182

der Basis B 2 der Doppelbasisdiode erniedrigt, womit und der Kondensator 188 eine feste Größe besitzen,

die Doppelbasisdiode mit den Signalen des Frequenz- wird die Frequenz des veränderbaren Oszillators 32

normals 24 synchronisiert ist. durch Veränderung der Impedanz des Transistors

Der positive Impuls an der Basis Bl der Doppel- 190 gesteuert. Dies begrenzt auch eine unsymmebasisdiode 100 wird einem Transistor 110 zugeführt, 30 trische Erregung der Übertrager im Wechselrichter der dadurch leitend gesteuert wird, so daß die Lei- 34, so daß eine Sättigung der Magnetkerne verhintung 30, die den Steueroszillator 22 mit dem Wechsel- dert wird. Im Oszillator 32 steuert ein Widerstand richter 23 verbindet, an Masse gelegt wird. Bei Feh- 196 einen Transistor 192 zwischen Sperrung und len eines Signals am Transistor 110 ist das Potential Sättigung oder auch nur teilweise aus, so daß damit der Leitung 30 durch die Spannung am Anschluß B + 35 der Transistor 190 ebenfalls teilweise ausgesteuert und den durch Widerstände 112 und 114 bestimmten werden kann. Die Größe und Polarität eines Fehler-Spannungsabfall bestimmt. . . . signals, das auf den Leitungen 36 und 38 einläuft,

Der Wechselrichter 23 erzeugt eine durch das Fre- steuert daher die Impedanz des Transistors 190 und quenznormal 24 und den Steueroszillator 22 be- somit die Frequenz des veränderbaren Oszillators 32. stimmte sinusförmige Spannung. Die im Wechsel- 40 Ein positives Signal läßt die Frequenz des Oszillators richter 23 benutzten, mit Transistoren 144, 144', 32 durch Reduzierung der Impedanz der Transisto-144", 146,146' und 146" bestückten Zählstufen 130, ren 192 und 190 ansteigen, wogegen ein negatives 132 und 134 sind in der F i g. 4 gezeigt. Selbstver- Signal die Frequenz des veränderbaren Oszillators 32 ständlich kann jede gewünschte Anzahl von Zähl- durch Erhöhen der Impedanz der Transistoren 192 stufen verwendet werden. Zur Erläuterung der Ar- 45 und 190 verringert. Liegt an der Basis Bl einer Dopbeitsweise des Wechselrichters 23 sei zunächst ange- pelbasisdiode 180 kein positiver Impuls, ist das Ponommen, daß sich die Transistoren 144, 144' und tential auf der Leitung 40 durch die Spannung am 144" in ihrem leitenden.Zustand befinden und die Anschluß B+ und den Spannungsabfall an Wider-Transistoren 146, 146' und 146" gesperrt sind. Damit ständen 204 und 206 bestimmt. Wird an die Basissind die in den Zählstufen vorhandenen Kondensa- 50 elektrode b eines Transistors 202 ein von der Basis toren 158', 158" und 156 so aufgeladen, wie dies die Bl der Doppelbasisdiode 180 stammender Impuls Fig. 4 zeigt, da der eine Anschluß jedes Konden- angelegt, so sinkt das Potential auf der Leitung 40 sators mit der Leitung 30 verbunden ist, die positives auf Masse. Der zum Oszillator 32 gehörende Teil-Potential führt. Die anderen Anschlüsse der Konden- wechselrichter 34 ist in seinem Aufbau dem ersten satoren 158', 158" und 156 sind über die leitenden 55 Teilwechselrichter 23 vollkommen gleich, so daß Transistoren 144,' 144' und 144" an Masse gelegt. seine Funktion lind sein Aufbau nicht beschrieben zu Weitere Kondensatoren 158, 156'und 156" sind ent- werden braucht. . .
gegengesetzt aufgeladen. Erzeugt der Steueroszillator Das auf den Leitungen 36 und 38 einläufende 22 einen positiven Impuls an der Basis Bl der Dop- Fehlersignal kann durch herkömmliche Meßglieder pelbasisdiode 100, so tritt an der Leitung 30 kurz- 60 erzeugt werden. Ein typisches Meßglied 52 mit dem zeitig Massepotential auf. Die Ladung der Konden- Spannungsfühler 54 und dem Stromfühler 56 ist in satoren 158', 158" und 156 spannt die Transistoren der Fig. 5 gezeigt. Wenn gefordert wird, die Span-146', 146" und 144 kurzzeitig negativ vor, so daß nung so lange zu regeln, bis ein bestimmter Ausder Transistor 144 gesperrt wird. Die Transistoren gangsstrom erreicht ist, können der Spannungsfühler 146' und 146" werden davon nicht berührt, da sie 65 54 und der Stromfühler 56 parallel geschaltet sein, schon in gesperrtem Zustand waren. Gleichzeitig wobei das größere der beiden Signale dem Meßglied wird der Transistor 146 leitend gesteuert, so daß die 52 zugeführt wird. Daher regelt das Signal vom Polarität der Kondensatoren 156' und 158' umge- Spannungsfühler 54 die Ausgangsspannung so lange,

wie sein Signal größer als das des Stromfühlers 56 ist. Wenn.das Signal des Stromfühlers größer wird als das des Spannungsfühlers 54, wird das System . stromgeregelt. Der Stromfühler 56 besteht im wesentlichen aus dem Stromtransformator 58, der mit einem Widerstand 262 abgeschlossen ist, und gibt über Dioden 264 und 266 ein gleichgerichtetes Signal ab, das dem Strom in der Leitung 44 proportional ist. Der Spannungsfühler 54 besteht aus einem Vollweg-

dern, wenn der schwankende Vektor aus diesen Grenzen herauswandert, so daß eine Regelung nicht mehr möglich ist. '

Die Fig. 4.zeigt den Winkelbegrenzer 64 zur Be-5 grenzung des Winkels Φ auf ein vorgegebenes Maximum und Minimum. Der Winkelbegrenzer ist so aus-. gebildet, daß sich die Abweichung des Phasenwinkels auf einen Bereich zwischen 0 und —180° (voreilend) beschränkt. Der Begrenzer, der in Verbindung gleichrichter 270, dem die Ausgangsspannung des io mit der Zählstufe 130 des Wechselrichters 23 und Wechselrichtersystems 20 über Leitungen 60 und 62 einer Zählstufe 210 des Wechselrichters 34 erläutert zugeführt wird. Der Stromfühler 56 ist mit dem posi- wird, enthält zwei Steuerwiderstände 300 und 302. tiven Ausgang des Vollweggleichrichters 270 ver- Der Widerstand 300 ist einerseits mit der Kollektorbunden, so daß die größere der beiden Spannungen elektrode des Transistors 144 des Wechselrichters 23 dem Meßglied 52 zugeführt wird. Das Meßglied 52 15 und andererseits über eine Diode 224 mit der Basis besteht aus einer Zenerdiodenbrücke 274 mit zwei eines Transistors 216 des Wechselrichters 34 verbunähnlichen Zenerdioden 276 und 278 und zwei ahn- den. Der Widerstand 300 sperrt die Diode 224 so liehen Widerständen 280 und 282. Wenn die gleich- lange, wie der Transistor 144 gesperrt ist. Dadurch gerichtete Spannung gleich der Bezugsspannung der werden die Sperrsignale auf der Leitung 40 von der Zejtierbrücke ist, also zweimal so groß wie der Span- 20 Basis des Transistors 216 ferngehalten, solange sich nungsabfall über eine der beiden Zenerdioden, ist das der Transistor 144 in seinem nichtleitenden Zustand Signal an Ausgängen 284 und 286 gleich Null. Ist befindet. Ein Kondensator 312 ist einerseits mit dem die Spannung zwischen den Leitungen 44 und 46 Kollektor des Transistors 146 des Wechselrichters kleiner als die Bezugsspannung, wird das Potential 23 und andererseits mit der Basis des Transistors 216 am Ausgang 284 negativ in bezug auf das Potential 25 des Wechselrichters 34 verbunden. Öffnet der Tranam Ausgang 286. Ist die Spannung jedoch größer als sistor 146, so zieht der Kondensator 312 Strom, so die Bezugsspannung der Zenerbrücke 274, wird das daß der Transistor 216 gesperrt wird, wenn er vorher Potential am Ausgang 284 positiv in bezug auf das noch nicht gesperrt war. Sperrt der Transistor 146, Potential am Ausgang 286. Ist die Ausgangsspan- so wird der Transistor 216 über den Kondensator nung des Wechselrichtersystems 20 also kleiner als 30 312 geöffnet, wenn er vorher noch nicht geöffnet war. eingestellt, so sinkt die Frequenz des Oszillators 32, Eine Diode 324 ist so gepolt, daß sie einen Strom womit auch der Phasenwinkel Φ zwischen den Ausgangsspannungen der Wechselrichter 23 und 34 kleiner wird, und die Ausgangsspannung des Systems
steigt. Ist die Ausgangsspannung jedoch größer als 35
eingestellt, wird das Potential der Leitung 36 positiver
als das Potential der Leitung 38, sb daß die Frequenz
des Oszillators 32 ansteigt und mit ihm der Winkel Φ.
Bei Übereinstimmung der Spannungen wird das Fehlersignal Null, und die Frequenz des veränderbaren 40 34 über dem Phasenwinkel. Dabei soll die Ziffer 1 Oszillators bleibt unverändert. bedeuten, daß der Transistor gesperrt, und die Ziffer 0,

Wenn der Ausgangsstrom des Wechselrichter- daß der Transistor leitend ist. In der Zeile α der systems die vorgegebene Grenze überschreitet, geht Fig. 6 ist das Schaltverhalten der Transistoren 144 das System von der Spannungsregelung auf die Strom- und 146 gezeigt und in der Zeile b das entsprechende regelung über. Mit der Frequenz des Oszillators 32 45 Schaltverhalten der Transistoren 216 und 218 im ändert sich auch die Ausgangsspannung, so daß der. Wechselrichter 34. Die Transistoren 216 und 218 Ausgangsstrom wieder begrenzt wird. Zur Einstellung schalten zwischen 0 und —180° (voreilend), was der zu regelnden Spannung und der Begrenzung des durch die Pfeile angezeigt wird. Die Zeile c der Stroms kann ein einstellbarer Widerstand verwendet Fig. 6 zeigt einen Arbeitszustand, der durch den werden. Die Leitungen 36 und 38 sind mit zwei anti- 50 Begrenzer 64 verhindert werden muß. Die Stufe 210 parallel geschalteten Dioden 290 und 292 über- des Wechselrichters 34 schaltet zu früh und eilt der brückt, um den Kreis weniger empfindlich zu machen Stufe 130 um mehr als den zulässigen Wert voraus, und um die Frequenzschwankung des veränderbaren Dieser Zustand kann nur auf Grund von Signalen aus Oszillators durch Ausblenden solcher Signale, die die dem Oszillator 32 eintreten. Es ist daher die Funk-Schwelle der Dioden überschreiten, zu begrenzen. Es 55 tion der Steuerwiderstände zu verhindern, daß diese soll an dieser Stelle bemerkt werden, daß die Abgabe Signale zum Wechselrichter 34 gelangen, bevor der eines Fehlersignals bei Unter- oder Überschreiten der höchst zulässige Betrag des Phasenwinkels nicht unSchwelle augenblicklich erfolgt, da das aus der terschritten ist. Der Stromverlauf in der Zeile α zeigt, Zenerdiodenbrücke bestehende Schwellwertglied daß der Transistor 146 zwischen —180 und 0° geohne Zeitverzögerung anspricht. Damit ist eine sehr 60 sperrt ist, weil eine in der Stufe 210 vorgesehene schnelle und trägheitslose Regelung auf. den ge- Diode 226 über den Widerstand 302 gesperrt ist. Dawünschten Zustand möglich. Eine wirksame Strom- durch kann der Transistor 218 zwischen —180 und Spannungsregelung kann jedoch nur dann er- und 0° nicht ausgeschaltet werden. Zwischen —180 reicht werden, wenn die gesamte Frequenzabwei- und 0° ist der Transistor 146 gesperrt, so daß das chung des Oszillators 32 auf maximal 180° begrenzt 65 den Transistor 218 ausschaltende Signal des Oszillawird und der Winkel zwischen 0 und —180° oder tors 32 während dieser Periode gesperrt wird, zwischen 0 und (180" schwankt. Ohne einen Be- Die Zeile d zeigt den zweiten Fall, der durch den

grenzer würde das Fchlersignal seine Polarität an- Begrenzer 64 verhindert wird. Die Stufe 210 schaltet

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von Masse durchläßt und schafft damit einen Entladungspfad für den Kondensator 312 über den Transistor 146 und die Diode 324.
Die F i g. 6 veranschaulicht die Arbeitsweise des grenzers und zeigt den Verlauf der Kollektorspannungen der Transistoren 144 und 146 in der Stufe 130 des Wechselrichters 23 und der Transistoren 216 und 218 in der Stufe 210 des Wechselrichters

zu spät und eilt der Stufe 130 um einige Grade nach. Zur Verhinderung dieses Zustandes sind daher ein Umschaltkondensator 314 und eine Diode 326 vorgesehen. Wenn der Transistor 144 bei 0° ausschaltet, gelangt über den Kondensator 314 ein positiver Impuls auf die Basis des Transistors 218. Ist der Transistor 218 bei 0° gesperrt, wird er durch diesen Impuls eingeschaltet und kann somit nicht nacheilen. Die Arbeitsweise der anderen Stufen ist der der ersten Stufe gleich.

Für den Fall, daß die Grenze zwischen +180 und 0° läge, würden die Steuerwiderstände dafür sorgen, daß die Spannung vom Wechselrichter 34 der Spannung vom Wechselrichter 23 um nicht mehr als 180° voreilt. In diesem Fall sorgen die Widerstände für eine Begrenzung bei 0°. Die Schaltkapazitäten und -dioden verhindern ein Nacheilen der Spannung des Wechselrichters 34 gegenüber der Spannung des Wechselrichters 23. Im vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Begrenzer so aufgebaut, daß er innerhalb der Grenzen von —180 bis 0° arbeitet. Der Bereich des Phasenwinkels kann jedoch

auch auf einen Bereich von

180°

eingestellt werden,

wobei N gleich der Anzahl der Zählstufen im Wechselrichter 32 ist. Soll sich z. B. der Bereich zwischen — 120 und 0° erstrecken, so kann dies dadurch erreicht werden, daß die Steuerwiderstände mit anderen Stufen verbunden werden. Entsprechend kann auch beispielsweise der Bereich von —180 bis —60° (voreilend) eingestellt werden.

Wenn sich der Phasenwinkel dem Betrag Null nähert, ist es wünschenswert, diesen Zustand zu erkennen und die beiden Spannungen miteinander zu synchronisieren, und zwar so lange, wie der Phasenwinkel einen vorbestimmten Betrag nicht überschreitet. Eine solche Schaltung ist wünschenswert, uni ein Pendeln des Phasenwinkels zwischen 0 und beispielsweise 5° - zu verhindern, wenn das Regelsystem die veränderbare Frequenz nahe an die .Nullmarke heranbringt. Die Synchronisation ist aus Gründen eines hohen Wirkungsgrades erforderlich, da der maximale Wirkungsgrad dann auftritt, wenn die beiden Spannungen in Phase sind. Die Bedingung, die an die Synchronisierung gestellt wird, besteht darin, daß sie sich automatisch abstellen muß, sobald die Spannung über die Regelspannung oder den festgesetzten Strom hinaus anwächst.

Die F i g. 3 zeigt die Synchronisiereinrichtung 84, die diese Bedingungen erfüllt. Diese besteht im wesentlichen aus einem Übertrager 390 mit einer Primärwicklung 392, die mit den entsprechenden Stufen der Wechselrichter 34 und 23 verbunden ist. Sie liefert Impulse 400 an Eingänge 382 und 384 einer Gleichrichterbrücke 378. Der Impulsverlauf am Eingang der Gleichrichterbrücke ist in der F i g. 7 gezeigt. Die Impulsbreite entspricht dem Phasenwinkel Φ zwischen den beiden Wechselspannungen. Der Abstand zwischen den Vorderkanten der Impulse 400 beträgt 180°. Sind die Spannungsvektoren 12 und 14 in Phase, verschwinden diese Impulse; sie werden um so größer, je mehr der Phasenwinkel anwächst. Die Gleichrichterbrücke 378 richtet die in der F i g. 7 gezeigten Impulse gleich, die einen Transistor 367 öffnen, so daß ein Kondensator 376 auf einen Betrag aufgeladen werden kann, der durch einen Widerstand 372 bestimmt ist. Die Zeitkonstante dieses RC-Gliedes ist so gewählt, daß der Kondensator 376 auf eine Spannung von der Größe B+ in einer solchen Zeit aufgeladen werden kann, die kurz ist im Vergleich zu einer vollständigen Periode der Ausgangs-

S Spannung. Die. Zeitkonstante des aus einem Widerstand 368 und dem Kondensator 376 bestehenden .RC-Gliedes ist so gewählt, daß die Spannung am Kondensator 376 von der Spannung B+ auf NB + fällt (N kleiner als 1), und zwar innerhalb einer Zeit,

ίο die in Winkelgraden angegeben 180° minus der Größe des Winkels ist, innerhalb der die Spannungen miteinander synchronisiert werden sollen. Die Bemessung der weiteren Schaltungselemente ist so vorge-.. nommen, daß ein Transistor 366 leitend gesteuert wird, wenn der Kondensator 376 auf eine Spannung zwischen NB+ und B+ aufgeladen ist. Ist der Transistor 366 leitend, wird das vom Frequenznormal 24 stammende Signal kurzgeschlossen. Daher wird, wenn die Ausgangsspannung des Wechselrichters 34 nicht in Phase mit der Ausgangsspannung des Wechselrichters 23 ist, der veränderbare Oszillator nicht mit der Frequenz, des Frequenznormals beaufschlagt. Nähert sich der Phasenwinkel dagegen 0°, so nimmt die Impulsbreite ab. Damit kann sich der Kondensator 376 nicht mehr auf die Spannung B+ aufladen. Ist der Phasenwinkel kleiner als iz. B". 5°, so fällt die Spannung am Kondensator 376 unter NB +, bevor der nächste Spannungsimpuls auftritt. Der Wert eines Widerstandes 370 ist so gewählt, daß die Basisspannung am Transistor 366 zum öffnen nicht ausreicht, wenn die Spannung am Kondensator 376 die Spannung NB + um einen kleinen Betrag unterschreitet. Wird der Transistor 366 gesperrt, gelangt das Signal vom Frequenznormal an die Basis eines Transistors 352 und an den Emitter eines Transistors 354. Das Frequenznormal ist dann mit der Basis B 2 der Doppelbasisdiode 180 des Oszillators 32 gekoppelt. Damit ist dieser Oszillator mit der Frequenz des Oszillators 22 synchronisiert und die Ausgangsspannung des Wechselrichters 34 mit der Ausgangsspannung des Wechselrichters 23 in Phase. Ein Kondensator 362 ist so klein gewählt, daß der Oszillator 32 mit einer höheren Frequenz als der Bezugsfrequenz arbeiten kann. Damit können sich die Kreise von selbst trennen, wenn der Phasenwinkel über einen bestimmten Wert hinausgeht.

Der Spannungsregelkreis gemäß den F i g. 3 und 4 ist so aufgebaut, daß ein Anwachsen der Frequenz ein Abfallen der Ausgangsspannung zur Folge hat.

Wenn daher die Ausgangsspannung des Wechselrichters 20 unterhalb der eingestellten Spannung liegt und der Phasenwinkel Φ sehr nahe an Null ist, wird der Oszillator 32 mit dem Steueroszillator 22 synchronisiert. Sowie der Phasenwinkel ansteigt, wird der Transistor 366 leitend gesteuert, der das Signal des Frequenznormals kurzschließt. Damit wird die Synchronisierung unterbrochen, so daß der Phasenwinkel und die Spannung wieder der Regelung unterliegen.

Der Wechselrichter gemäß der Erfindung besitzt eine geringe Anzahl von Einzelteilen, einen hohen Wirkungsgrad und eine schnelle Ansprechzeit in bezug auf Lastwechsel, weil das Fehlersignal ohne Zwischenschaltung zeitverzögernder Mittel gewonnen wird. Bei einem 400 Hz-Wechselrichter wurden Ansprechzeiten zwischen 5 und 10 Millisekunden und ein Wirkungsgrad zwischen 88,5 und 90% erreicht.

Hierzu 2-Blatt Zeichnungen

Claims (14)

1 2 Patentansprüche· spannungen erzeugt und vektoriell addiert werden. ' . " Wenn die geforderte Ausgangsspannung erreicht ist,

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der Aus- sind die Frequenzen der beiden Spannungen gleich, gangsspannung und des Ausgangsstromes eines Die Spannungsregelung und die Strombegrenzung Wechselrichters, der aus zwei Teilwechselrichtern 5 werden durch Steuerung des Phasenwinkels zwischen besteht, deren vektoriell addierte Ausgangsspan- den zwei Spannungen in Abhängigkeit eines Fehlernungen eine resultierende Ausgangsspannung er- signals erreicht. Dabei wird der Phasenwinkel durch geben, deren Größe von dem veränderbaren Veränderung der Frequenz einer der beiden Spannun-Phasenwinkel zwischen den Ausgangsspannungen gen verändert, während die Frequenz der zweiten der Teilwechselrichter abhängt, wobei jedem io Spannung konstant bleibt. Wenn der für die geWechselrichter ein Steuersatz mit einem i?C-Glied wünschte Ausgangsspannung erforderliche Phasenzugeordnet ist, das die Folgefrequenz der Steuer- winkel erreicht ist, wird die Frequenz so eingestellt, impulse bestimmt, wobei außerdem der Wider- daß sie gleich der konstanten Frequenz ist.

stand des /?C-Gliedes eines der beiden Steuer- Wechselrichter, die nach dem Prinzip der Phasensätze abhängig von der Abweichung des Momen- 15 Schiebung arbeiten, sind beispielsweise schon unter tanwertes der resultierenden Ausgangsspannung Verwendung von Magnetverstärkern aufgebaut wordes Wechselrichters von einem durch mindestens den, die die Frequenz der Spannung mit der veräneine Schwellwertschaltung vorgegebenen Sollwert derlichen Frequenz steuern. Solche Systeme haben veränderbar ist und wobei ferner die Steuersätze jedoch den Nachteil, daß zwei magnetische Verstärker mit einer Synchronisiereinrichtung synchronisier- 20 für jede Zählstufe des Wechselrichters benötigt werbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß den. Ein weiterer Nachteil ist darin zu erblicken, daß die Synchronisiereinrichtung (84) derart ausgebil- die Abgleichung der Magnetverstärker schwierig ist det ist, daß nur bei Unterschreiten eines bestimm- und daß die Magnetverstärker relativ langsam auf ten Phasenwinkels eine selbsttätige Synchronisie- Lastwechsel ansprechen.

rung der Steuersätze (22, 32) der Teilwechselrich- 25 Bekannt ist eine Schaltungsanordnung der eingangs ter (23, 34) vorgenommen wird. . genannten Art, bei der die Nachteile der Magnetver-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- stärker nicht auftreten (USA.-Patentschrift 3 010 062). durch gekennzeichnet, daß die Synchronisierein- Bei dieser Schaltungsanordnung sind jedoch die richtung (84) aus einer Gleichrichterbrücke (378) Steuersätze der Teilwechselrichter immer synchronibesteht, die die infolge der Phasenverschiebung 30 siert.

Damit sind dem Regelbereich für die Ausgangsauftretende Differenzspannung der beiden Teil- spannung eines solchen Wechselrichters relativ enge wechselrichter (23, 34) gleichrichtet, daß die Grenzen gesetzt.

Gleichrichterbrücke (378) über einen Transistor Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

(367) mit einem /?C-GHed (376, 368, 370) ver- Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so bunden ist, dessen Kondensatorspanriung einem 35 weiter zu entwickeln, daß eine Beschränkung des weiteren Transistor (366) zugeführt ist, der in ge- Regelbereiches der Ausgangsspannung und des Aussperrtem Zustand die Synchronisationsimpulse gangsstromes entfällt.

durchschaltet, und daß die Zeitkonstante des RC- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer

Gliedes so bemessen ist, daß der Kondensator Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art da-(376) dieses i?C-Gliedes von der gleichgerichteten 40 durch gelöst, daß die Synchronisiereinrichtung derart Differenzspannung nur dann bis zur Schwellspan- ausgebildet ist, daß nur bei Unterschreiten eines benung des weiteren Transistors (366) aufgeladen stimmten Phasenwinkels eine selbsttätige Synchroniwird, wenn der Phasenwinkel eine bestimmte sierung der Steuersätze der Teilwechselrichter vorge-Größe überschreitet. nommenwird.

■ 45 Mit der erfindungsgemäßeh Schaltungsanordnung

ist der Regelbereich der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes des Wechselrichters praktisch kei-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltuhgsan- nen einschränkenden Bedingungen unterworfen.

Die Ordnung zur Regelung der Ausgangsspannung und Schaltungsanordnung besitzt eine hohe Ansprechdes Ausgangsstromes eines Wechselrichters, der aus 50 geschwindigkeit, und der maximale Wirkungsgrad des zwei Teilwechselrichtern besteht, deren vektoriell ad- Wechselrichtersystems, der dann auftritt, wenn dierte Ausgangsspannungen eine resultierende Aus- Phasengleichheit vorliegt, bleibt erhalten,
gangsspannung ergeben, deren Größe von dem ver- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an

änderbaren Phasenwinkel zwischen den Ausgangs- Hand der F i g. 1 bis 7 näher erläutert,
spannungen der Teil wechselrichter abhängt, wobei 55 Die F i g. 1 zeigt ein Vektordiagramm 10 zur V^rjedem Wechselrichter ein Steuersatz mit einem RC- anschaulichung des Regelprinzips durch Phasen-Glied zugeordnet ist, das die Folgefrequenz der Schiebung.

Die erste Sinusspannung mit einer festen Steuerimpulse bestimmt, wobei außerdem der Wider- Frequenz ist durch den Vektor 12 dargestellt und die stand des ÄC-Gliedes eines der beiden Steuersätze zweite Spannung mit der steuerbaren Frequenz durch abhängig von der Abweichung des Momentanwertes 60 den Vektor

14. Die erste und die zweite Spannung der resultierenden Ausgangsspannung des Wechsel- werden vektoriell addiert und ergeben die Ausgangsrichters von einem durch mindestens eine Schwell- spannung, die durch den Vektor 16 dargestellt ist. wertschaltung vorgegebenen Sollwert veränderbar ist, Zur Erreichung der gewünschten Ausgangsspannung und wobei ferner die Steuersätze mit einer Synchroni- wird der Phasenwinkel Φ zwischen dem Vektor 12 siereinrichtung synchronisierbar sind. 65 und dem Vektor 14 in Abhängigkeit einer Spannung

Die Ausgangsspannung eines Wechselrichters kann gesteuert, die ihrerseits abhängig von einem Fehlerebenso wie sein Ausgangsstrom nach dem Prinzip der signal ist. ·
Phasenschiebung gesteuert werden, wobei zwei Sinus- Wenn der Vektor 16 eine Größe hat, die der ein-