DE1563930C3

DE1563930C3 - Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung und des Ausgangs stromes eines Wechselrichters

Info

Publication number: DE1563930C3
Application number: DE1563930A
Authority: DE
Inventors: Homer R. Lima Ohio Howell; Donald M. Santa Anna Calif. Lamaster; David L. Dayton Ohio Roeder
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1965-09-14
Filing date: 1966-09-13
Publication date: 1973-10-04
Also published as: JPS4719532Y1; DE1563930B2; US3381205A; DE1563930A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes eines Wechselrichters, der aus zwei Teilwechselrichtern besteht, deren vektorieli addierte Ausgangsspannungen eine resultierende Ausgangsspannung ergeben, deren Größe von dem veränderbaren Phasenwinkel zwischen den Ausgangsspannungen der Teilwechselrichter abhängt, wobei jedem Wechselrichter ein Steuersatz mit einem RC-Glied zugeordnet ist, das die Folgefrequenz der Steuerimpulse bestimmt, wobei außerdem der Widerstand des ÄC-Gliedes eines der beiden Steuersätze abhängig von der Abweichung des Momentanwertes der resultierenden Ausgangsspannung des Wechselrichters von einem durch mindestens eine Schwellwertschaltung vorgegebenen Sollwert veränderbar ist und wobei ferner die Steuersätze mit einer Synchronisiereinrichtung synchronisierbar sind.

Die Ausgangsspannung eines Wechselrichters kann ebenso wie sein Ausgangsstrom nach dem Prinzip der Phasenschiebung gesteuert werden, wobei zwei Sinusbpannungen erzeugt und vektorieli addiert werden. Wenn die geforderte Ausgangsspannung erreicht ist, sind die Frequenzen der beiden Spannungen gleich. Die Spannungsregelung und die Strombegrenzung werden durch Steuerung des Phasenwinkels zwischen den zwei Spannungen in Abhängigkeit eines Fehlersignals erreicht. Dabei wird der Phasenwinkel durch Veränderung der Frequenz einer der beiden Spannungen verändert, während die Frequenz der zweiten

ίο Spannung konstant bleibt. Wenn der für die gewünschte Ausgangsspannung erforderliche Phasenwinkel erreicht ist, 'vird die Frequenz so eingestellt, daß sie gleich der konstanten Frequenz ist.

Wechselrichter, die nach dem Prinzip der Phasen-Schiebung arbeiten, sind beispielsweise schon unter Verwendung von Magnetverstärkern aufgebaut worden, die die Frequenz der Spannung mit der veränderlichen Frequenz steuern. Solche Systeme haben jedoch den Nachteil, daß zwei magnetische Verstärker für jede Zählstufe des Wechselrichters benötigt werden. Ein weiterer Nachteil ist darin zu erblicken, daß die Abgleichung der Magnetverstärker schwierig ist und daß die Magnetverstärker relativ langsam auf Lastwechsel ansprechen.

as Bekannt ist enie Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, bei der die Nachteile der Magnetverstärker nicht auftreten (USA.-Patentschrift 3 010062). Bei dieser Schaltungsanordnung sind jedoch die Steuersätze der Teilwechselrichter immer synchronisiert. Damit sind dem Regelbereich für die Ausgangsspannung eines solchen Wechselrichters relativ enge Grenzen gesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß eine Beschränkung des Regelbereiches der Ausgangssoannung und des Ausgangsstromes entfällt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dato durch gelöst, daß die Synchronisiereinrichtung derart ausgebildet ist, daß nur bei Unterschreiten eines bestimmten Phasenwinkels eine selbsttätige Synchronisierung der Steuersätze der Teilwechselrichter vorgenommen wird.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Regelbereich der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes des Wechselrichters praktisch keinen einschränkenden Bedingungen unterworfen. Die Schaltungsanordnung besitzt eine hohe Ansprechgeschwindigkeit, und der maximale Wirkungsgrad des Wechselrichtersystems, der dann auftritt, wenn Phasengleichheit vorliegt, bleibt erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 7 näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt ein Vektordiagramm 10 zur Vtranschaulichung des Regelprinzips durch Phasenschiebung. Die erste Sinusspannung mit einer festen Frequenz ist durch den Vektor 12 dargestellt und die zweite Spannung mit der steuerbaren Frequenz durch den Vektor 14. Die erste und die zweite Spannung werden vektorieli addiert und ergeben die Ausgangsspannung, die durch den Vektor 16 dargestellt ist. Zur Erreichung der gewünschten Ausgangsspannung wird der Phasenwinkel Φ zwischen dem Vektor 12 und dem Vektor 14 in Abhängigkeit einer Spannung gesteuert, die ihrerseits abhängig von einem Fehlersignal ist.
Wenn der Vektor 16 eine Größe hat, die der ein-

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gestellten Größe gleich ist, ist die Frequenz der durch das auf Strom ansprechende Signal die

den Vektor 14 repräsentierten Spannung gleich der Grenze erreicht, wird das dem Me^gii^·" .°_m

Frequenz der Spannung, die durch den Vektor 12 führte Signal aus dem Strom abgeleitet, uic ,

angegeben ist. Ändert sich die Größe des Vektors 16, Meßglied 52 zugerührte Signal wird rn. ^ein _s;_

so wird die Frequenz des Vektors 14 augenblicklich 5 zugsgröße verglichen und jede Abweichung _n

verändert und der Winkel Φ auf einen solchen Wert anals von dieser Bezugsgroße dem vt-ran

eingestellt, daß sich wieder die gewünschte Größe Oszillator 32 als Fehlersignal zugetunrL

des Vektors 16 ergibt. Wie in der F i g. 1 gezeigt ist, Zur Begrenzung der gesamten W'^nk;^^^cn _d ^U _en^

eilt der Vektor 14 dem Vektor 12 vor. Die Frequenz auf 180 ist ein Winkelbegrenzer 64 zwischen ac

des Vektors 14 muß daher abnehmen, wenn die Aus- io Wechselrichter 23 und dem Wechseiriicnieiν ο

gangsspannung 16 zunehmen soll und umgekehrt. geschaltet. Nimmt man an, dab der ^w"\*

Nachdem der Winkel Φ auf den neuen Wert einge- einen Bereich von Null bis -IbU DescnranKi

stellt wurde, wird zur Erhaltung de- neuen Phasen- den soll, so verhindern die Steuerkreise im "·

winkeis die Frequenz des Vektors 14 der Frequenz begrenzer 64, daß die Spannung des Wechsemcnier

des Vektors 12 wieder angeglichen. i₅ 34 der Spannung des Wechselrichters 23 um «n^

Aus diesem Vektordiagramm geht hervor, daß der als 180° vorauseilt. Außerdem sind Schaltkreise

maximale Wirkungsgrad des Wechselrichtersystems gesehen, die ein Nacheilen der Spannung ⁰^JJ

dann auftritt, wenn die Vektoren 12 und 14 in Phase selrichters 34 hinter der Spannung des Wecnseincn

sind und der Winkeln gleich Null ist. Wenn der ters 23 verhindern. ^ _„.„,„ „_ior. ^_{n L}._{ann W}ann

sind und der Winkel Φ gleich Null ist. Wenn der ters 23 ve

Wechselrichter so aufgebaut ist, daß ein W.nkel von 20 Damit einwandfrei festgestellt weruen K Null Grad erreicht werden kann, ist es vorteilhaft, die Ausgangsspannungen der Wechselrichter ^l"^r' die Frequenz des Vektors 14 mit der Frequenz 12 zu sind, worauf die beiden m Phase ^benna'^icn" ~T synchronisieren, wenn sich der Phasenwinkel Null nunger miteinander synchronisiert \vera~n κυ.ι , i h l i i Shisiereinrichtung 84 ^v°^rS^e™ '

synchronisieren, wenn sich der Phasenwinkel Null nunger miteina y

Grad annähert. Dies hat neben einem maximalen ist eine Synchronisiereinrichtung 84 S Wirkungsgrad die Wirkung, daß ein Pendeln oder 25 auf die relative Phasenlage zwischen den ^P^dI" Schwingen des Phasenwinkels zwischen Null und gen der Wechselrichter 34 und 23 anspncm. weinem Winkel nahe an Null Grad verhindert wird. die beiden Spannungen in Phase smd, wi^rQJJ"" Fs ist daher eine Synchronisiereinrichtung vorge- änderbaren Oszillator 32 das Signal oes rrcq sehen, die feststellt, wann der Phasenwinkel Φ gleich normals 24 über Leitungen 901 und 92 zug^etun"_R ^u Null ist und die dann die Frequenz des Vektors 14 30 Signal des Frequenznormals 24 verhindert, <"» mit der Frequenz des Vektors 12 synchronisiert. Die veränderbare Oszillator mit einer Frequenz unterhaiD Synchronisation muß sich automatisch abschalten der Bezugsfrequenz arbeitet, jedoch nicni,■ ^a*° lassen, wenn der Vektor 16 über eine festgesetzte veränderbare Oszillator 32 mit «"« ^¹T" ^r. Größe hinaus anwächst oder der Ausgangsstrom eine quenz arbeitet. Dadurch kann der Oszillator ^ « vorgegebene Grenze erreicht. 35 Frequenz erhöhen und die Ausgangsspannung her

Ein Blockschaltbild eines Wechselrichtersystems 20 absetzen, wenn die Ausgangsspannung des JVecn^- gemäß der Erfindung ist in der F i g. 2 gezeigt. Die richtersystems 20 über den eingestellten Wert hinaus frste Sinusspannung wird in einem Steueroszillator anwächst oder der Ausgangsstrom die vorgegebene 22 und in einem ersten Teilwechselrichter 23 erzeugi, Grenze erreicht. Das Synchronisierungssignal des t-re wobei die Frequenz des Steueroszillators durch eine 40 quenznormals 24 w.rd vom Oszil »tor JZ aann Frequenznormal 24 bestimmt ist. Der Teilwechsel- geschaltet, wenn der Phasenwinkel Φ άγ Grenze richter 23 erzeugt die erste Sinusspannung, die in der reicht, bei der eine Regelung notwendig5 ist. Fig. 1 als Vektor 12bezeichnet ist. Die Fig. 3, 4 und15 zeigen. Emzelhe.teη des

Die zweite, in der F i g. 1 durch dne Vektor 14 be- Wechselrichtersystems 20. Die: F, g.3 und 4 zeigen zeichnete Sinusspannung wird durch einen veränder- 45 das Frequenznormal 24, denι Steuernszillatoi^z u baren Oszillator32 uiH einen zweiten Teilwechsel- den veränderbaren ^"^^^S richter 34 erzeugt. Die Frequenz des veränderlichen richter 23 und 34, die ^η*™"^¹"^ Oszillators 32 wird durch ein über Leitungen 36 und und den Begrenzer 64 während Fig. 5 38 zugeführtes spannungs- oder stromabhängiges tungsanordnung zur Erzeugung des « Fehlersignal gesteuert. Die Frequenz der durch den 50 zei_fet, die ^auj fern Strornfuhler 56 dem

v:£enTst ^{über eine Leitung4}° T^s£^7ss&^^

D,e von den Wechselrichtern erzeugten Teilspan- 55 auch andere Methoden zur Erzeugung von

nungen werden vektoriell addiert und an eine Last 35 wellen benutzt werden^ c_teueroszillator 22 be-

gelegt. Das dem veränderlichen Oszillator 32 züge- Der in der F1 g. 3 gezeigte Steueros™^or " ^ü

führte Fehlersignal wird einem Meßglied 52, einem sitzt eine Doppd^SjJ^j™ aSÄS"s

Spannungsfühler 54 und einem Stromfühler 56 ent- zur Formung und ^f^^^^^signä! des

nommen Der Stromfühler 56 spricht auf den Aus- 60 so wie einen Tnggerkreus, der ^da^ ^AusgffX _Fre.

gangsstrom in der einen Leitung 44 des Wechsel- Steueroszillators *» ^m'¹ *™J^e^ Anschluß

richtersystems 20 an, mit dem er über einen Strom- quenznormals 24 synchron«ier -Wirf am Λ^sch

transformator 58 verbunden ist. Der Spannungsfühler B 4- «n Potential angebt so ladt sich ein ^n

a^Ä^Äsassis ins ^fSfe^&£

zugeführte Signal aus der Spannung abgeleitet. Wenn sehen dem Emitter E und der

einen niedrigeren Wert. Damit kann sich der Kondensator 102 über den Emitter E entladen, und ein positiver Stromimpuls fließt durch die Doppelbasisdiode. Sinkt die Spannung am Emitter E auf einen bestimmten Wert, so hört der Emitter E auf zu leiten, so daß sich der Kondensator 102 zur Wiederholung des Zyklus von neuem aufladen kann. Die Frequenz der Schwingung kann durch negative Stromimpulsc synchronisiert werden, die auf die Basis D 2 gegeben werden.

Der die Synchronisierung des Stcuero.^zillators 22 bewirkende Triggerkreis besteht im wesentlichen aus Transistoren 116 und 118, wobei der erste Transistor 116 über eine Diode 123 und einen Widerstand 120 mit dem Frequenznormal 24 verbunden ist.

Das Frequenznormal 24 ist ein herkömmlicher Impuls- oder Rechteckgenerator, der am Ausgang positive Impulse liefert. Die Diode 123 ist für den Fall erforderlich, daß das Frequenznormal auch negative Impulse oder negative Rechteckspannungen liefert. Eine vom Frequenznormal 24 gelieferte positive Spannung öffnet den Transistor 116, so daß sein Emitterstrom zur Basis des Transistors 118 fließt, der ebenfalls leitend wird und damit einen Kondensator 124 an Masse legt. Dadurch wird das Potential an der Basis B 2 der Doppelbasisdiode erniedrigt, womit die Doppelbasisdiode mit den Signalen des Frequenznormals 24 synchronisiert ist.

Der positive Impuls an der Basis/?1 der DoppcliniMMjiüdc JOO wird einem Transistor 110 zugeführt, der dadurch leitend gesteuert wird, so daß die Leitung 30, die den Stcucroszillator 22 mit dem Wechselrichter 23 verbindet, an Masse gelegt wird. Bei Fehlen eines Signals am Transistor 110 ist das Potential der I.citung30 durch die Spannung am Anschluß/? ♦ und den durch Widerstände 112 und 114 bestimmten Spannungsabfall bestimmt.

Der Wechselrichter 23 erzeugt eine durch das Frequenznormal 24 und den Steucroszillator 22 bestimmte sinusförmige Spannung. Die im Wechselrichter 23 benutzten, mit Transistoren 144, 144', 144". 146, 146' und 146" bestückten Zählstufen 130, 132 und 134 sind in der Fig. 4 gezeigt. Selbstverständlich kann jede gewünschte Anzahl von Zählstufen verwendet werden. Zur Erläuterung der Arbeitsweise des Wechselrichters 23 sei zunächst angenommen, daß sich die Transistoren 144. 144' und 144" in ihrem leitenden Zustand befinden und die Transistoren 146, 146' und 146" gesperrt sind. Damit sind die in den Zählstufen vorhandenen Kondensatoren 158', 158" und 156 so aufgeladen, wie dies die F i g. 4 zeigt, da der eine Anschluß jedes Kondensators mit der Leitung 30 verbunden ist, die positives Potential führt. Die anderen Anschlüsse der Kondensatoren 158'. 158" und 156 sind über die leitenden Transistoren 144. 144' und 144" an Masse gelegt. Weitere Kondensatoren 158, 156' und 156" sind entgegengesetzt aufgeladen. Erzeugt der Steueroszillator 22 einen positiven Impuls an der Basis Bl der Doppelbasisdiode 100, so tritt an der Leitung 30 kurzzeitig Massepotential auf. Die Ladung der Kondensatoren 158', 158" und 156 spannt die Transistoren 146', 146" und 144 kurzzeitig negativ vor, so daß der Transistor 144 gesperrt wird. Die Transistoren 146' und 146" werden davon nicht berührt, da sie schon in gesperrtem Zustand waren Gleichzeitig wird der Transistor 146 leitend gesteuert, so daß die Polarität der Kondensatoren 156' und 158' umgekehrt wird. Der nächste negative Impuls auf der Leitung 30 sperrt den Transistor 144' und steuert damit gleichzeitig den Transistor 146 leitend. Damit wird die Polarität der Kondensatoren 156" und 158" geändert, so daß der nächste auf der Leitung 30 auftretende Impuls den Transistor 144" sperrt und den Transistor 146" durchsteuert. Dies setzt sich fort, so daß der Reihe nach die Transistoren 144, 144', 144", 146, 146' und 146" geöffnet sind. Werden die Zählstufen untereinander auf andere Art verbunden, kann jeder andere Einschaltmodus erreicht werden. Die sinusförmige Spannung wird an in Serie geschalteten Sekundärwicklungen 140, 140' und 140" von Übertragern 136,136' und 136" abgenommen.

Die veränderliche Sinusspannung wird durch den Oszillator 32 und den Wechselrichter 34 erzeugt. Der Oszillator 32 ist im großen und ganzen gleich dem Stcueroszillator 22 aufgebaut, er ist jedoch nicht mit der Bezugsfrequenz synchronisiert, sondern mit einem

ao Verstärker versehen, dessen Widerstand in Abhängigkeit von einem geeigneten Signal erhöht oder vermindert werden kann.

Die Frequenz des Oszillators 32 wird durch einen Transistor 190, einen Widerstand 182 und einen

as Kondensator 188 bestimmt. Da der Widerstand 182 und der Kondensator 188 eine feste Größe besitzen, wird die Frequenz des veränderbaren Oszillators 32 durch Veränderung der Impedanz des Transistors 190 gesteuert. Dies begrenzt 2uch eine unsymmetrische Erregung der Übertrager im Wechselrichter 34. so daß eine Sättigung der Magnetkerne verhindert wird. Im Oszillator 32 steuert ein Widerstand 196 einen Transistor 192 zwischen Sperrung und Sättigung oder auch nur teilweise aus, so daß damit der Transistor 190 ebenfalls teilweise ausgesteuert werden kann. Die Größe und Polarität pines Fehlersignals, das auf den Leitungen 36 und 38 einläuft, steuert daher die Impedanz des Transistors 190 und somit die Frequenz des veränderbaren Oszillators 32.

Fun positives Signal läßt die Frequenz des Oszillators 32 durch Reduzierung der Impedanz, der Transistoren 192 und 190 ansteigen, wogegen ein negatives Signal die Frequenz des veränderbaren Oszillators 32 durch Erhöhen der Impedanz der Transistoren 192 und 190 verringert. Liegt an der Basis B1 einer Doppelbasisdiode 180 kein positiver Impuls, ist das Potential auf der Leitung 40 durch die Spannung am Anschluß B + und den Spannungsabfall an Widerständen 204 und 206 bestimmt. Wird an die Basiselektrode b eines Transistors 202 ein von der Bast« Bl der Doppelbasisdiode 180 stammender Impuls angelegt, so sinkt das Potential auf der Leitung 4C auf Masse. Der zum Oszillator 32 gehörende Teilwechselrichter 34 ist in seinem Aufbau dem erster Teilwechselrichter 23 vollkommen gleich, so dat seine Funktion und sein Aufbau nicht beschrieben zi werden braucht.

Das auf den Leitungen 36 und 38 einlaufend« Fehlersignal kann durch herkömmliche Meßgliede erzeugt werden. Ein typisches Meßglied 52 mit den Spannungsfühler 54 und dem Stromfühler 56 ist ii der F i g. 5 gezeigt. Wenn gefordert wird, die Span nung so lange zu regeln, bis ein bestimmter Aus gangsstrom erreicht ist, können der SpannungsfUhle 54 und der Stromfühler 56 parallel geschaltet sein wobei das größere der beiden Signale dem Meßglie< 52 zugeführt wird. Daher regelt das Signal vor Spannungsfühler 54 die Ausgangsspannung so lang«

wie sein Signal größer als das des Stromfühlers 56 ist. Wenn das Signal des Stronifühlcrs größer wird als das des Spannungsfiihlers 54, wird das System stromgeregelt. Der Stiomfühler56 besteht im wesentlichen aus dem Stromtransformator 58. der mit einem Widerstand 262 abgeschlossen ist, und gibt über L'ioden 264 und 266 ein gleichgerichtetes Signal ab, das dem Strom in der Leitung 44 proportional ist. Der Spannungsteiler 54 besteht aus einem Vollwcggleichrichtcr 270, dem die Ausgangsspannung des Wcchsclriehtersystems 20 über Leitungen 60 und 62 zugeführt wird. Der Slromfühler 56 ist mit dem positiven Ausgang des Vollwcggleichriehtcrs 270 verbunden, so daß die größere der beiden Spannungen dem Meßglied 52 zugeführt wird. Das Meßglied 52 besteht aus einer Zencrdiodenbrücke 274 mit zwei ähnlichen Zencrdiodcn 276 und 278 und zwei ähnlichen Widerständen 280 und 282. Wenn die gleichgerichtete Spannung gleich der Bczugsspannung der Zcncrbrücke ist, also zweimal so groß wie der Spannungsabfall über eine der beiden Zencrclioden, ist das Signal an Ausgängen 284 und 286 gleich Null. 1st die Spannung zwischen den Leitungen 44 und 46 kleiner als die Bezugsspannung, wird das Potential am Ausgang 284 negativ in bezug auf das Potential am Ausgang 286. Ist die Spannung jedoch größer als die Bezugsspannung der Zcnerbrückc 274, wird das Potential am Ausgang 284 positiv in bezug auf das Potential am Ausgang 286. Ist die Ausgangsspannung des Wechselnchtprsystems 20 also kleiner als eingestellt, so sinkt die Frequenz des Oszillators 32, womit auch der Phasenwinkel </> zwischen den Ausgangsspannungen der Wechselrichter 23 und 34 kleiner wird, und die Ausgangsspannung des Systems steigt. Ist die Ausgangsspannung jedoch größer als eingestellt, wird das Potential der Leitung 36 positiver als das Potential der Leitung 38. so 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 Oszillators bleibt unverändert.

Wenn der Ausgangsstrom des Wechselrichtersystems die vorgegebene Grenze überschreitet, geht das System von der Spannungsregelung auf die Stromregelung über. Mit der Frequenz des Oszillators 32 ändert sich auch die Ausgangsspannung, so daß der Ausgangsstrom wieder begrenzt wird. Zur Einstellung der zu regelnden Spannung und der Begrenzung des Stroms kann ein einstellbarer Widerstand verwendet werden. Die Leitungen 36 und 38 sind mit zwei antiparallel geschalteten Dioden 290 und 292 überbrückt, um den Kreis weniger empfindlich zu machen und um die Frequenzschwankung des veränderbaren Oszillators durch Ausblenden solcher Signale, die die Schwelle der Dioden überschreiten, zu begrenzen. Es soll an dieser Stelle bemerkt werden, daß die Abgabe eines Fchlersignals bei Unter- oder Überschreiten der Schwelle augenblicklich erfolgt, da das aus der Zenerdiodenbrücke bestehende Schwellwertglied ohne Zeitverzögerung anspricht. Damit ist eine sehr schnelle und trägheitslose Regelung auf den gewünschten Zustand möglich. Eine wirksame Strom- und Spannungsregelung kann jedoch nur dann erreicht werden, wenn die gesamte Frequenzabweichung des Oszillators 32 auf maximal 180' begrenzt wird und der Winkel zwischen 0 und 180 oder zwischen 0 und · 180 schwankt. Ohne einen Becrcnzer würde das Fchlcrsigna! seine Polarität än dern, wenn der schwankende Vektor aus diesen Grenzen hcrauswandert, so daß eine Regelung nicht mehr möglich ist.

Die F i g. 4 zeigt den Winkelbegrcnzer 64 zur Be- ^rcnz.ung des Winkels </' auf ein vorgegebenes Maximum und Minimum. Der Winkelbegrcnzer ist so ausgebildet, daß sich die Abweichung des Phasenwinkels auf einen Bereich zwischen 0 und 180° (voreilend) beschränkt. Der Begrenzer, der in Verbindung

ίο mit der Zählstufc 130 des Wechselrichters 23 und einer Zählstufe 210 des Wechselrichters 34 erläutert wird, enthält zwei Steuerwiderstände 300 und 302. Der Widerstand 300 ist einerseits mit der Kollektorclektrode des Transistors 144 des Wechselrichters 23 und andererseits über eine Diode 224 mit der Basis eines Transistors 216 des Wechselrichters 34 verbunden. Der Widerstand 300 sperrt die Diode 224 so lange, wie der Transistor 144 gesperrt ist. Dadurch werden die Sperrsignale auf der Leitung 40 von der

ao Basis des Transistors 216 ferngehalten, solange sich der Transistor 144 in seinem nichtleitenden Zustand befindet. Lin Kondensator 312 ist einerseits mit dem Kollektor des Transistors 146 des Wechselrichters 23 und andererseits mit der Basis des Transistors 216 des Wechselrichters 34 verbunden. Öffnet der Transistor 146, so zieht der Kondensator 312 Strom, so daß der Transistor 216 gesperrt wird, wenn er vorher noch nicht gesperrt war. Sperrt der Transistor 146, so wird der Transistor 216 über den Kondensator 312 eeöffnet. wenn er vorher noch nicht geöffnet war. Eine Diode 324 ist so gepolt, daß sie einen Strom 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 Begrenzers 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 34 über dem Phasenwinkel. Dabei soll die Ziffer 1 bedeuten, daß der Transistor gesperrt, und die Ziffer 0, daß der Transistor leitend ist. In der Zeile α der F i g. 6 ist das Schaltverhalten der Transistoren 144 und 146 gezeigt und in der Zeile b das entsprechende

Schaltverhalten der Transistoren 216 und 218 im Wechselrichter 34. Die Transistoren 216 und 218 schalten zwischen 0 und - 180° (voreilend), was durch die Pfeile angezeigt wird. Die Zeile c der F i g. 6 zeigt einen Arbeitszustand, der durch den Begrenzer 64 verhindert werden muß. Die Stufe 210 des Wechselrichters 34 schaltet zu früh und eilt der Stufe 130 um mehr als den zulässigen Wert voraus. Dieser Zustand kann nur auf Grund von Signalen aus dem Oszillator 32 eintreten. Es ist daher die Funk tion der Steuerwiderstände zu verhindern, daß diese Signale zum Wechselrichter 34 gelangen, bevor der höchst zulässige Betrag des Phasenwinkels nicht unterschritten ist. Der Stromverlauf in der Zeile α zeigt, daß der Transistor 146 zwischen —180 und 0° ge-

sperrt ist, weil eine in der Stufe 210 vorgesehene Diode 226 über den Widerstand 302 gesperrt ist. Dadurch kann der Transistor 218 zwischen -180 und 0° nicht ausgeschaltet werden. Zwischen -180 und 0 ist der Transistor 146 gesperrt, so daß das den Transistor 218 ausschaltende Signal des Oszillators 32 während dieser Periode gesperrt wird.

Die Zeile d zeigt den zweiten Fall, der durch den Begrenzer 64 verhindert wird. Die Stufe 210 schaltet

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zu spät und eilt der Stufe 130 um einige Grade nach. Gliedes ist so gewählt, daß der Kondensator 376 auf Zur Verhinderung dieses Zustandes sind daher ein eine Spannung von der Größe B + in einer solchen Umschaltkondensator 314 und eine Diode 326 vor- Zeit aufgeladen werden kann, die kurz ist im Vergesehen. Wenn der Transistor 144 bei 0° ausschaltet, gleich zu einer vollständigen Periode der Ausgangsgelangt über den Kondensator 314 ein positiver Im- 5" spannung. Die Zeitkonstante des aus einem Widcrpuls auf die ELisis des Transistors 218. Ist der Tran- stand 368 und dem Kondensator 376 bestehenden sistor 218 bei 0" gesperrt, wird er durch diesen Im- /?C-Gliedes ist so gewählt, daß die Spannung am puls eingeschaltet und kann somit nicht nacheilen. Kondensator 376 von der Spannung B + auf NB + Die Arbeitsweise der anderen Stufen ist der der fällt (W kleiner als 1), und zwar innerhalb einer Zeit, ersten Stufe gleich. io die in Winkelgraden angegeben 180° minus der Größe Für den Fall, daß die Grenze zwischen f 180 des Winkels ist, innerhalb der die Spannungen mit- und 0° läge, würden die Steuerwiderstände dafür einander synchronisiert werden sollen. Die Bcmessorgen, daß die Spannung vom Wechselrichter 34 sung der weiteren Schaltungselemente ist so vorgeder Spannung vom Wechselrichter 23 um nicht mehr nommen, daß ein Transistor 366 leitend gesteuert als 180° voreilt. In diesem Fall sorgen die Wider- 15 wird, wenn der Kondensator 376 auf eine Spannung stände für eine Begrenzung bei 0°. Die Schaltkapazi- zwischen NB+ und B+ aufgeladen ist. Ist der Trantäten und -dioden verhindern ein Nacheilen der sistor 366 leitend, wird das vom Frequenznormal 24 Spannung des Wechselrichters 34 gegenüber der stammende Signal kurzgeschlossen. Daher wird. Spannung des Wechselrichters 23. Im vorliegenden wenn die Ausgangsspannung des Wechselrichters 34 Ausführungsbeispiels ist der Begrenzer so aufgebaut, ao nicht in Phase mit der Ausgangsspannung des Wechdaß er innerhalb der Grenzen von -180 bis 0° ar- selrichters 23 ist, der veränderbare Oszillator nicht beitet. Der Bereich des Phasenwinkels kann jedoch mit der Frequenz des Frequenznormals beaufschlagt. . , 180° . „ , Nähert sich der Phasenwinkel dagegen 0°, so nimmt auch auf einen Bereich von _N - eingestellt werden, _{dje Impu}i_sbreite ab. Damit kann sich der Kondensa-

wobei N gleich der Anzahl der Zählstufen im Wech- 35 tor 376 nicht mehr auf die Spannung B+ aufladen. selrichter32 ist. Soll sich z. B. der Bereich zwischen Ist der Phasenwinkel kleiner als z. B. 5°, so fällt die -120 und 0° erstrecken, so kann dies dadurch er- Spannung am Kondensator 376 unter NB-4 , bevor reicht werden, daß die Steuerwiderstände mit ande- der nächste Spannungsimpuls auftritt. Der Wert eines ren Stufen verbunden werden. Entsprechend kann Widerstandes 370 ist so gewählt, daß die Basisspanauch beispielsweise der Bereich von - ISO bis -60 3" nung am Transistor 366 zum öffnen nicht ausreicht, (voreilend) eingestellt werden. wenn die Spannung am Kondensator 376 die Span-Wenn sich der Phasenwinkel dem Betrag Null nung/VBf um einen kleinen Betrag unterschreitet, nähert, ist es wünschenswert, diesen Zustand zu er- Wird der Transistor 366 gesperrt, gelangt das Signal kennen und die beiden Spannungen miteinander zu vom Frequenznormal an die Basis eines Transistors synchronisieren, und zwar so lange, wie der Phasen- 35 352 und an den Emitter eines Transistors 354. Das winkel einen vorbestimmten Betrag nicht überschrei- Frequenznormal ist dann mit der Basis B 2 der Doptet. Eine solche Schaltung ist wünschenswert, um ein pelbasisdiode 180 des Oszillators 32 gekoppelt. Da-Pendeln des Phasenwinkels zwischen 0 und beispiels- mit ist dieser Oszillator mit der Freqv^nz des Oszillaweise 5° zu verhindern, wenn das Regelsystem die tors 22 synchronisiert und die Ausgangsspannung des veränderbare Frequenz nahe an die Nullmarke her- 40 Wechselrichters 34 mit der Ausgangsspannung des anbringt. Die Synchronisation ist aus Gründen eines Wechselrichters 23 in Phase. Ein Kondensator 362 hohen Wirkungsgrades erforderlich, da der maximale ist so klein gewählt, daß der Oszillator 32 mit einer Wirkungsgrad dann auftritt, wenn die beiden Span- höheren Frequenz als der Bezugsfrequenz arbeiten nungen in Phase sind. Die Bedingung, die an die kann. Damit können sich die Kreise von selbst tren-Synchronisierung gestellt wird, besteht darin, daß sie 45 nen, wenn der Phasenwinkel über einen bestimmten sich automatisch abstellen muß, sobald die Spannung Wert hinausgeht.

über die Regelspannung oder den festgesetzten Strom Der Spannungsregelkreis gemäß den F i g. 3 und 4

hinaus anwächst. ist so aufgebaut, daß ein Anwachsen der Frequenz

Die Fig. 3 zeigt die Synchronisiereinrichtung «4, ein Abfallen der Ausgangsspannung zur Folge hat

die diese Bedingungen erfüllt. Diese besteht im we- 50 Wenn daher die Ausgangsspannung des Wechsel-

sentlichen aus einem Übertrager 390 mit einer Pri- richters 20 unterhalb der eingestellten Spannung Hegi

märwicklung 392, die mit den entsprechenden Stufen und der Phasenwinkel Φ sehr nahe an Null , wire

der Wechselrichter 34 und 23 verbunden ist. Sie der Oszillator 32 mit dem Steueroszillator 22 syn

liefert Impulse 400 an Eingänge 382 und 384 einer chronisiert. Sowie der Phasenwinkel ansteigt, wire

Gleichrichterbrücke 378. Der Impulsverlauf am Ein- 55 der Transistor 366 leitend gesteuert, der das Signa

gang der Gleichrichterbrücke ist in der F i g. 7 ge- des Frequenznormals kurzschließt. Damit wird di<

zeigt. Die Impulsbreite entspricht dem Phasenwin- Synchronisierung unterbrochen, so daß der Phasen

kel Φ zwischen den beiden Wechselspannungen. Der winkel und die Spannung wieder der Regelung unter

Abstand zwischen den Vorderkanten der Impulse 400 liegen.

beträgt 180°. Sind die Spannungsvektoren 12 und 14 60 Der Wechselrichter gemäß der Erfindung besitz

in Phase, verschwinden diese Impulse; sie werden eine geringe Anzahl von Einzelteilen, einen hohei

um so größer, je mehr der Phasenwinkel anwächst. Wirkungsgrad und eine schnelle Ansprechzeit in be

Die Gleichrichterbrücke 378 richtet die in der F i g. 7 zug auf Lastwechsel, weil das Fehlersignal ohne Zwi

gezeigten Impulse gleich, die einen Transistor 367 schenschaltung zeitverzögernder Mittel gewönne!

öffnen, so daß ein Kondensator 376 auf einen Betrag 65 wird. Bei einem 400 Hz-Wechselrichter wurden An

aufgeladen werden kann, der durch einen Wider- Sprechzeiten zwischen 5 und 10 Millisekunden un

stand 372 bestimmt ist. Die Zeitkonstante dieses RC- ein Wirkungsgrad zwischen 88. *5 und 90% erreich

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes eines Wechselrichters, der aus zwei Teilwechselrichtern besteht, deren vektorieli addierte Ausgangsspannungen eine resultierende Ausgangsspannung ergeben, deren Größe von dem veränderbaren Phasenwinkel zwischen den Ausgangsspannungen der Teilwechselrichter abhängt, wobei jedem Wechselrichter ein Steuersatz mit einem RC-GY\ed zugeordnet ist, das die Folgefrequenz der Steuerimpulse bestimmt, wobei außerdem der Widerstand des /?C-Gliedes eines der beiden Steuersätze abhängig von der Abweichung des Momentanwertes der resultierenden Ausgangsspannung des Wechselrichters von einem durch mindestens eine Schwellwertschaltung vorgegebenen Sollwert veränderbar ist und wobei ferner die Steuersätze mit einer Synchronisiereinrichtung synchronisierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinrichtung (84) derart ausgebildet ist, daß nur bei Unterschreiten eines bestimmten Phasenwinkels eine selbsttätige Synchronisierung der Steuersätze (22, 32) der Teilwechselrichter (23, 34) vorgenommen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinrichtung (8-s) aus einer Gleichrichterbrücke (378) besteht, die die infolge d, - Phasenverschiebung auftretende Differenz^i;pannung der beiden Teilwechselrichter (23, 34) gl( chrichtet, daß die Gleichrichterbrücke (378) über einen Transistor (367) mit einem RC-G\izd (376, 368, 370) verbunden ist, dessen Kondensatorspannung einem weiteren Transistor (366) zugeführt ist, der in gesperrtem Zustand die Synchronisationsimpulse durchschaltet, und daß die Zeitkonstante des RC-Gliedes so bemessen ist, daß der Kondensator (376) dieses ÄC-Gliedes von der gleichgerichteten Differenzspannung nur dann bis zur Schwellspannung des weiteren Transistors (366) aufgeladen wird, wenn der Phasenwinkel eine bestimmte Größe überschreitet.