DE1961245A1 - Wechselrichter - Google Patents

Description

Patentanwalt· Dlpl.-Ing. E. Edsr 19612AS Dipl.-Ing. K. ScJeschke

• München 13
EllsabethstraB* 34

Wechselrichter

Stand der Technik

Für viele industrielle Anwendungen werden Wechselstrommotoren wegen ihrer Betriebssicherheit und relativ niedrigen Kosten bevorzugt. Jedoch war es bisher für zahlreiche Anwendungszwecke nicht möglich, derartige Motoren zu verwenden, sofern veränderbare Drehzahl erforderlich war, denn die Drehzahlveränderung ist bei solcnen Motoren schwierig. Es ist nicnt immer zwecicmässig, einfach die zugeführte Spannung zu erniedrigen und hohen Schlupf zuzulassen, denn dabei können starke Leistungsverluste und Überhitzung eintreten. Es sind auch zahlreiche Versuche unternommen worden, Wechselstrommotoren mit Strom zu speisen, der von einem Wechselrichter mit variabler Frequenz erzeugt wurde. Die Speisespannung muß in Abhängigkeit von der Frequenz variieren, um dem Motor volle Leistung zuzuführen. Eine derartige Spannungsänderung gleichlaufend mit Frequenzänderungen herbeizuführen, war nur schwierig zu verwirklichen.

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Die Erfindung gibt neben anderem einen Wechselrichter mit variabler Frequenz ab, bei dem die effektive Ausgangsspannung leicht verändert werden kannj dieses Gerät erlaubt die Veränderung der Ausgangsspannung unabhängig von der Ausgangsfrequenz; die Leistungsaufnahme des Wechselrichters ist günstig; der Wechselrichter liefert eine Ausgangswellenform mit leicht zu filternden Harmonischen; der Wechselrichter spricht schnell auf Änderungen der geforderten Ausgangsspannung oder . -frequenz an; der Wechselrichter ist sehr betriebssicher; und der Wechselrichter ist verhältnismäseig billig. Weitere Eigenschaften und Merkmale ergaben sich ohne weiteres oder sind anschliessend beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Der erfindungsgemässe Wechselrichter liefert kurz gesagt einen Wechselstrom vorgegebener Frequenz und vorgegebener Spannung und weist Schaltmittel auf, die bestimmte unterschiedliche Spannungshöhen an mindestens einer Ausgangsklemme liefern. Es wird ein Steuersignal geliefert, dessen Wert von der vorbestimmten Ausgangs-Wechselspannung abhängt, und es sind Mittel vorgesehen, die ein digital codiertes Signal abgeben, welches diesen Wert darstellt. Ein gepulstes Taktsignal mit einer Frequenz wird geliefert, die von der vorgewählten Ausgangs-Weeheelfrequenz abhängt. Die Impulse des Taktsignals werden digital bis zu einer vorgegebenen Pulsationszahl gezählt, die mindestens einem vorgegebenen Teil einer Periode am Wechselstrom— ausgang entspricht, und dann wird die Zählung, wiederholt und dadurch ein digital codiertes, zyklisch wiederholendes Signal geliefert, das die Phase innerhalb des vorgegebenen Periodenabschnitte dargestellt. Die Schaltmittel werden so getriggert, daß die Spannung, die an der Ausgangsklemme liegt, von einem bestimmten Wert auf einen anderen geschaltet wird, wenn Koinzidenz zwischen den beiden digital codierten Signalen besteht.

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Dementsprechend wird die Phasenlage der Spannungsumschaltung in dem Periodenabschnitt stufenweise in Abhängigkeit von dem Wert des Steuersignals verändert, um dadurch die vorgegebene Ausgangsspannung zu erzielen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltschema für das Prinzip eines dreiphasigen Wechselrichter-Netzschalters;

Pig. 2 zeigt verschiedene Wellenformen, die mit der Schaltung nach Pig. 1 erzeugt werden, wenn sie in der bisher üblichen Art betrieben wird;

Fig. 3 stellt Wellenformen dar, die sich mit der Schaltung nach Fig. 1 erzielen lassen, wenn sie von einem erfindungsgemässen Gerät gesteuert wird;

Fig. 4 stellt in einem AbIaufdiagramm die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung dar;

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Wechselrichters j

Fig. 6 bis Fig. 11 geben ins einzelne gehende logische Diagramme der verschiedenen Komponenten wieder, die in dem Blockschaltbild Fig. 5 allgemein gekennzeichnet sind. Diese Figuren stellen in dieser Reihenfolge dar: einen Zähler, einen Taktgeber, ein Gatter, einen Binärzähler mit Speicher und Komparator, einen Phasenzähler und eine Impulsauswahl s ch altung.

Gleiche Bezugszeichen weisen auf übereinstimmende ?eile in den verschiedenen Zeichnungen hin.

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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die in Fig. 1 in vereinfachter Darstellung gezeigte Wechselrichter-Leistungsschaltung vermag einen Gleichstrom umzurichten oder zu zerhacken, der über zwei Gleiehstromleitungen L1 und L2 zugeführt wird, und an drei Ausgangsklemmen A, Bund C dreiphasigen Wechselstrom zu erzeugen. Ein geeigneter Verbraucher.*· hier als Dreiphasenmotor 11 in Sternschaltung angedeutet, ist an die Ausgangsklemmen angeschlossen. Der gemeinsame Anschluß der in Sternschaltung liegenden Mbtorwicklungen ist mit K bezeichnet.

Jede Ausgangsklemme A, B und C läßt sich wahlweise entweder über einen zugehörigen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) Q1A-C an die positive Heizleitung L2 oder über einen zugehörigen SCR Q2A-C an die negative Heizleitung Ll anschliessen. Daraus ergibt sich, daß die siliziumgesteuerten Gleichrichter Q1A-C und Q2A-C (oder ebenso wirkende Bauelemente, wie transistoren und Thyristoren) Schaltmittel darstellen, die geeignet sind, zwei unterschiedliche, diskrete Spannungsgrössen an jede Ausgangsklemme zu bringen. Wechselrichterausgangsschaltungen dieser Art sind an sieh bekannt und werden daher hier nicht in Einzelheiten, beschrieben sondern nur kurz als Beispiele erwähnt. Eine eingehendere Beseüreibung der Wirkungsweise die-

en
eer Art/von Wechselrichtern, einschließlich verschiedener Methoden zum Eommutieren der siliziumgesteuerten Gleichrichter finden sich in Bedford und Hoft, "Principals of Inverter Circuits", insbesondere in Abschnitt 7,1, in dem die Impuls-Kommutierung beschrieben wird·

Wechselrichter der in Fig. 1 dargestellten Art werden im allgemeinen so betrieben, daß im wesentlichen Wellenformen der in Fig. 2 gezeichneten Art entstehen. Die an den drei Ausgangsklemmen A, B und C an die leistung ItI gelieferten Wellenformen sind in den ersten drei, mit A-L1, B-L1 und C-Id bezeichneten

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Zeilen dargestellt. Die drei Wellenformen sind ersichtlich gleich, jedoch gegeneinander um 120° phasenverschoben. Die Spannung zwischen einem bestimmten Paar A und B der Ausgangsanschlüsse ist in der mit A-B bezeichneten Zeile gezeichnet. Diese Wellenform stellt offenbar nur eine schlechte Annäherung an eine Sinuswelle dar, aber die an jeder einzelnen Phase eines Dreiphasen-Verbrauchs erzeugte Wellenform, die bei A-K dargestellt ist, nähert sich eng einer Sinuswelle. Mit dieser Wellenform läßt sich ein dreiphafeger Wechselstrommotor gut betreiben, und durch Veränderung des Triggerzeitpunkts der verschiedenen siliziumgesteuerten Gleichrichter kann die Ausgangswechselstromfrequenz variiert werden. Jedoch bleibt, wie an sich bekannt, die effektive Wechselstrom*-Ausgangsspannung bei veränderter Ausgangsfrequenz praktisch konstant, so lange die GIt;* chspannung konstant gehalten wird. Es sind verschiedenartige Wechselrichter vorgeschlagen worden, bei denen eine veränderbare Gleichspannung vorgesehen ist, um die Ausgangswechselspannung verändern zu können. Gleichspannungsquellen mit veränderbarer Ausgangsspannung erfordern jedoch sehr wirkungsvolle kapazitive Filterung und reagieren daher sehr träge auf Spannungsänderungen. Ausserdem treten beim Einstellen eines bestimmten Gleichspannungswertes erhebliche Leistungsverluste auf.

Bei der Ausübung der Erfindung wird ein schaltender Wechselrichter-Ausgangskreis nach Art der Darstellung in Fig. 1 mit geeigneter zeitlicher Steuerung der Schaltvorgänge betrieben, um in einer Zackenlinie verlaufende Wellenformen nach Art der Darstellung in Fig. 3 zu erzeugen. In Fig. 3 zeigen die mit A-L1, B-H und C-L1 bezeichneten Zeilen wiederum die Wellenformen, die aa.den zugehörigen Dreiphasen-Ausgangsklemmen A, 8 und C gegenüber der negativen Leitung L1 erzeugt werden. Statt *uf jedem diskreten Spannungswert während eines Zeitabschnitts ▼on 180 elektrischen Graden zu verweilen, weist jede Halbperiode jeder Wellenform drei Kerben 13, 15 und 17 auf, die die gleichförmige Spannungslinie unterbrechen. Alle diese Kerben

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können in dem mittleren Drittel jedes 180°-Abschnitta auftreten, und jede Kerbe wird erzeugt, indem zeitweis· die gegenüber derjenigen entgegengesetzt gleiche diskrete Spannung angewandt wird, die während der restlichen zwei Drittel der zugehörigen 180°-Periode vorherrscht. Die Kerben können erforderlichenfalls aber auch in anderen Abschnitten auftreten. Im übrigen sind die drei Wellenformen wiederum untereinander gleich und um 120° gegeneinander phasenversetzt.

Die an jeweils zwei Anschlüssen liegende Netzspannung hat im wesentlichen den in der Zeile A-B in Pig. 3 gezeigten Verlauf, und die Spannung an jeder Phase eines Dreiphasenverbrauchers in Sternschaltung entspricht im wesentlichen der Darstellung in Zeile A-K. Während die Wellenform, die in Zeile A-K, Pig. 3, gezeigt ist, verhältnismässig komplex und unübersichtlich verläuft, läßt sich durch mathematische Analyse nachweisen, daß der mittlere Energiegehalt dieser Wellenform einer Sinuswellenverteilung sehr nahe kommt·

Ausserdem ist der Gehalt an Harmonischen niederer Ordnung sehr gering. Wenn daher diese Wellenform einem Wechselstrommotor ungesiebt dargeboten wird, entsteht trotz der vorübergehenden Zuführung eines entgegengerichteten Drehmoments keine merkliche Störung des Betriebs wegen der Anwesenheit bestimmter Harmonischer und resultierender zusätzlicher Erwärmung. Die hochfrequenzen Bestandteile lassen sich verhältnismäselg'leicht aussieben.

Durch einen Wechsel der Zeitbasis, d.h. durch.ein· proportionale Variierung der Häufigkeit, mit der die Schaltung der Auegangespannungswerte vorgenommen wird, läßt sieh die Nennirequenz des^ Wechselspannungsauegangs verändern* Au»«eräem kann durch Verändern der Breite der Kerben 15» 15 und 1? der Inergieinhalt oder die Sffektivepannung de· Wtchi«lepannungaausgang8 verändert werden. Wie erwähnt, erfordert der wirkungsvolle Betrieb ein··

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Wechsele tr ono tors bei unterschiedlichen Frequenzen der Quelle, dafi die Spannung der Quelle in Abhängigkeit von der Auegangefrequenz verändert wird·

Werden die Kerben 13, 15 und 17 verbreitert, so daß jede Phase eine Wellenform liefert, wie sie bei A-L1 (niedrig) in Pig. 3 dargestellt ist, so erhält jede Phase eines sterngeschalteten Verbrauchers eine Wellenform, wie sie in der Zeile A-K (niedrig) in Pig. 3 angedeutet ist. Man erkennt, daß der Bittiere Energieinhalt der zusammengesetzten Wellenform in Zeile A-K (niedrig) deutlich geringer ist als derjenige in Zeile A-K. Hit anderen Worten: die effektive Wechselstromausgangsspannung ist niedriger. Der entgegengesetzte Effekt, der durch Verengen der Kerben erzielt wird, ist in den Zeilen A-L1 (hoch) und A-K (hoch) in Pig. 3 gezeichnet· Hier erkennt man, daß die resultierende zusammengesetzte Wellenform A-K (hoch) einen verhältniSBässig hohen Energieinhalt besitzt und damit eine gegenüber der Barstellung in Zeile A-K hönere effektive Ausgangsspannung liefert.

Die Breite der Kerben 13, 15 und 1? wird, allgemein gesagt, in

verändert folgender Weise/ wobei auf Pig. 4 bezug genommen wird, worin die an der Ausgangsklemme A erzeugte Wellenform A-L1 in grösserem Mafistab dargestellt ist. Wie oben erwähnt, werden die Kerben im mittleren Drittel jeder Halbperiode angesetzt, d.h. innerhalb eines Sechstels einer Periode (vgl. Zeichnung). Inaerhalb dieses Sechstels einer Periode wird, wie in Pig. 4 auf Zeil· T dargestellt, die Vorderflanke der Kerbe 13 als Schaltvorgang 0 gekennzeichnet, und die Rücjcflanke der Kerbe 1? wird als Vorgang K gekennzeichnet. Wie noch genauer beschrieben wird, sind diese Vorgänge innerhalb der Periode in Phase festgelegt· Es ist su beachten, daß die Vorgänge 0 und M nicht genau Mit den Begrenzten des Sechstel-Periodenabschnitts zusammenfallen, sondern Innerhalb dieses Abschnitts liegen. Die Rückflanke der Kerbe 13 und die Rückflanke der Kerbe 15 sind

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durch den Bucnstaben M gekennzeichnet, und die Vorderflanke der Kerbe 15 sowie die Vorderflanice der Kerbe 17 durch den Buchstaben L.

Zum Verändern der Breite der Kerbe 12. 15 und 17 wird die Phasenlage der Schaltvorgänge M und L verändert, während die Vorgänge 0 und N die oben angegebene Phasenlage beibehalten können. Jedoch kann es für bestimmte Anwendungszwecke erforderlich sein, die Phase der Vorgänge'0 und N zu verändern. Zum Verengen der Kerben werden die mit M bezeichneten Vorgänge in jeder -teriode vorverlegt, d.h. sie bewegen sich auf der Zeile A-L1 in den Pig. 4 nach links, und die mit L bezeichnefe ten Vorgänge werden später gelegt, d.h. sie verlagern sich in Fig. 4 nach rechts. Verschiebungen in den jeweils entgegengesetzten Richtungen führen zu einer Verbreitiung der Kerben.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung werden die variablen Einstellungen dieser Kerbenflanken oder Schaltvorgänge: ■ durch eine logische Schaltung gesteuert, wie sie nach ihrem grundsätzlichen Aufbau in Fig. 5 dargestellt ist. Das Blockschaltbild Fig. 5 stellt einen Antrieb für einen drehzahlveränderlichen Wechselstrommotor dar, bei dem ein Wechselrichter verwendet wird, der Energie mit vorgebbarer Frequenz und vorgebbarer effektiver Ausgangsspannung liefert, wobei die oben in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschriebene Methode ψ der Veränderung der Impulsbreiten angewandt wird. Ein Energieschal tkreis ist mit 21 bezeichnet. Dieser Schaltkreis kann dem in Fig» 1 angegebenen entsprechen, es kann aber auch eine Transistoranordnung oder eine andere Schalter-Ausgangsstufe verwendet werden. Der Schaltkreis treibt den Wechselstrommotor 11. Anstelle eines Wechselstrommotors können aber auch andere Einphasen- oder Mehrphasen-Verbraucher benutzt werden«

Eine allgemein mit 31 bezeichnete Steuerspannungsquelle liefert zwei Grleichspannungssignale, von denen das eine die vorgegebene Ausgangsfrequenz darstellt oder ihr analog ist, während das

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andere die vorgegebene Wechselstrom-Ausgangsspannung darstellt oder ihr analog ist. Bs ist an sich bekannt, daß die optimale Spannung, die zur Erzielung eines günstigen Betriebszustands einem Wechselstrommotor zugeführt werden sollte, nicht immer direkt proportional der Frequenz veränderlich ist. Daher ist es wünschenswert, die Wechselstrom-Ausgangsfrequenz und die Wechselstrom-Ausgangsspannung unabhängig voneinander vorzuwählen, z.B. mit Hilfe jeweils zugeordneter Steuerspannungen, wie es bei dem beschriebenen Gerät geschieht.

Die die Frequenz darstellende Steuerspannung wird einem spannungsgesteuerten Oszillator 33 zugeführt, der ein gepulstes ^eitsteuerungssignal mit einer Frequenz liefert, die von der vorgegebenen Wechselstrom-Ausgangsfrequenz abhängt. Das Zeitsteuerungnsignal hat eine Frequenz, die ein hohes Vielfaches der vorgegebenen Ausgangsfrequenz ist. Bei dem dargestellten Beispiel liefert der Oszillator 33 ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, die das 1536-(3 χ 2 )-fache der Wechselrichter-Ausgangsfrequenz beträgt. Als Oszillator 33 wird vorzugsweise ein hoch-linearisierter Oszillator benutzt, wie er üblicherweise in Präzisions-Analog/Digital-TJmsetzern Anwendung* findet. Ein derartiger Oszillator wird bei James N. Giles in dem "Fairchild Semiconductor Linear Integrated Circuits Applications Handbook" beschrieben.

Ein Binärzähler 35 untersetzt die von dem Oszillator 33 abgegebene relativ hohe Frequenz, um ein Signal mit einer Frequenz zu erzeugen, die das Sechsfache der vorgegebenen Wechselrichter-Ausgangsfrequenz ist. Der Zähler liefert ferner eine Folge von Signalen mit Zwischenfrequenzen, und zwar je eine für jede Binärpotenz. Diese Signale bilden zusammengefaßt ein digital codiertes Wiederholungssignal (Rückmeldesignal), das die Phase innerhalb eines entsprechenden Periodenabschnitts (z.B. eines Sechstels) der Wechselrichter-Ausgangsperiode darstellt. Mit anderen Worten, der Binärzähler 35 wirkt als eine Art Taktgeber, der die Phase innerhalb eines vorgegebenen Abschnitts der Ar-

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beitsperiode des Wechselrichters bestimmt. Die von dem Zähler 35 gelieferte Binärzählung liefert die Phase verglichen mit ■ der Zeit, weil die Frequenz des Oszillators 33 sich proportional zu der vorgegebenen Ausgangsfrequenz des Wechselrichters ändert.

Die von dem Zähler 35 abgegebenen Signale werden einer Taktpulsgeneratorschaltung 37 zugeführt, die diese Signale, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, kombiniert, um verschiedene Zeitsteuerungssignale herzustellen, die Betriebsvorgänge einleiten oder steuern, die zu feststehenden Zeitpunkten innerhalb jeder Wechselrichterperiode auftreten.

) Ein Signal mit der sechsfachen Frequenz der vorgegebenen Wechselrichter-Ausgangsfrequenz wird ferner einem Phasenzähler 38 für «■ sechs Zustände zugeführt, der zur Herstellung der erforderlichen Folge von Wirkungen der verschiedenen Phase benutzt wird, wie weiter unten erläutert wird. Werden anstelle von Dreiphasen-Systemen andere Systeme benutzt, so können andere Vielfache der Ausgangsfrequenz an den verschiedenen Organen der Blockschaltung erforderlich werden.

Die zweite Gleichstromsteuerspannung, d.h. die Steuerspannung, die die vorgegebene Wechselstrom-Ausgangsspannung darstellt, wird einem zweiten spannungsgesteuerten Oszillator 41 zugeführt, bei dem es sich um einen hochlinearisierten Oszillator handeln " kann, der mit dem Oszillator 33 im wesentlichen übereihstimnrbr Bei dem Ausgangssignal des Oszillators 41 handelt es sich c nach um ein gepulstes Signal, dessen Frequenz proportional' dem· Wert des jeweiligen Steuersignals ist oder sich in Abhängigkeit von dem Wert dieses Siganls ändert. Das gepulste Ausgangssig-'"' nal des Oszillators 41 läuft durch ein Gatter 43, das für die Dauer einer vorgegebenen Zeitspanne an vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb jeder Ausgangsperiode des Wechselrichters geöffnet" wird. Die von dem Oszillator 41 erzeugten und das Gatter 43 durchlaufenden Impulse werden einem zweiten Binärzähler 45 zu·^' geführt. Da das Gatter 43 während eines vorgegebenen Zeitinter-

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vallB geöffnet wird, läuft der Zähler 45 um eine Zahl weiter, die von der Ausgangsfrequenz des Oszillators 41 abhängig oder ihr proportional ist. Die Zählung ist somit proportional dem Wert des von der Quelle 31 an den Oszillator 41 gegebenen Steuersignals. Wie an sich bekannt, bilden der spannungsgesteuerte Oszillator 41> das Gatter 43 und der Zähler 45 zusammen einen Analog/Digital-Umsetzer 47, der ein digital codiertes Signal liefert, das den Wert des die Spannung vorgebenden Steuersignals darstellt.

Das von dem Zähler 45 abgegebene digital codierte Signal wird einer Binärspeicherschaltung 51 zugeleitet, und der Speicher wird zu vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb einer Wechselrichterperiode nachgeführt durch Anbringen eines sogenannten Leitsignals (strobe signal), das von der Zeitsteuerungsimpulse liefernden Schaltung 37 abgegeben wird, um den laufenden Zählwert, der sich in dem Zähler 45 befindet, aufzunehmen. Mit anderen Worten, der im Zähler 45 befindliche Zählwert wird periodisch in den Speicher 51 eingelesen. Unmittelbar nach dem Einlesen des in dem Zähler 45 befindlichen Zählwerts in den Speicher 51» wird der Zähler, gesteuert von der Zeitsteuerungsschaltung 37» zurückgestellt, bevor das Gatter 43 wieder geöffnet wird, um eine weitere Abtastung des Ausgangssignals des Oszillators zur Analog/Digital-Umsetzung zuzulassen.

Eine Binär-KoMparatorschaltung 53 vergleicht die von dem Zähler 35 gelieferte periodische Rückmeldezihlung mit der in des Seicher 5-1 gespeicherten Zählung. Die Koaparator-Schaltung 53 liefert dann ein Ausgangssignal, wenn Koinzidenz bzw. Antikoinsidens zwischen den beiden ihr zugeführt en Binär Signalen besteht. Ba die von dem Zähler 35 empfangene Zählung sich periodisch wiederholt, hängt der Zeitpunkt oder die Phase innerhalb jedes Abschnitts der Wechselricnter-Ausgangsperiode, in dem Koinzidenz oder Antikoinzidenz auftritt, von der im Speicher 51 befindlichen Zählung ab. Beispielsweise tritt für den Fall der Koinzidenz der Koinzidenzpunkt spät in dem Peri-

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odenabschnitt auf, wenn der Speicher 51 einen verhältnis-

en
massig hohen Zahiwert enthält, und er tritt bei einem frühen Punkt des Periodenabschnitts auf, wenn der Speicher 51 einen

en

verhältnismäßig niedrigen Zahllwert enthält. Man sieht daraus, daß die Phase, in der das Koinzidenzsignal auftritt, sich in Abhängigkeit von dem Wert des Steuersignals ändert, das von der Quelle 31 an den Analοg/Digital-Umsetzer 47 gegeben wird. Die Phase des Antikoinzidenzsignals ändert sich in komplementärer V/eise mit dem Wert des Steuersignals, d.h. Antikoinzidenz tritt früher innerhalb des ireriodenabschnitts

en

auf, wenn grössere ZahUwerte, bzw. später, wenn kleinere

en
Zahlwerte in dem Speicher 51 gespeichert sind.

Der Komparator 53 liefert demnach zwei Signale, die in Phase oder Zeitpunkt in dem jeweiligen Periodenabschnitt in Abhängigkeit von dem "'ert eines Steuersignals verschoben sind. Diese Signale werden dann jeweils dazu benutzt, die variablen Schaltvorgange L und M zu definieren oder zeitlich festzulegen, wie es oben in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben worden ist.

Wie erwähnt, sind die Einkerbungen, die wänrend jeder üalbperiode stattfinden, in dem mittleren Drittel jeder Halbperiode, d.n. in einem Abschnitt von der Länge einer Sechstelperiode zusammengefaßt. Katürlica können aber auch, wie jedem Fachmann einleuchten wird, die Vorgänge L und M in einem anderen als dem Secnstel-Periodenabschnitt wiederkehren, je nach dem Aufbau und dem Anwendungszweck des Systems,

Aus den feilen A-L1, £-11 und C-L1 der Pig. 3 ist zu entnenmen_)y daß die Zeitsteuerungssignale M und L von jeder einzelnen Jrhase wahrend jedes der aufeinanderfolgenden Sechstellerioaenabscnnitts der Wechselrichter-Ausgangsperiode benötigt werden. Eine von dem Phasenzähler i8 gesteurte Pulsselektorschaltung 57 verteilt die Zeitsteuerungssignale iür die Scnaltvorgänge auf die verschiedenen Ausgangsphasen, um

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die erforderliche Aufeinanderfolge und Polarität der Schal-, tungen zu erreichen.

Von der Selektorschaltung 57 durchgelassene, im richtigen Zeitpunkt gegebene Steuerimpulse werden dann von dem Netzschaltungskreis benutzt, um die erforderlichen Schaltungen der Spannungswerte an den verschiedenen Ausgangsklemmen A,B und G vorzunehmen Und dadurch die in Fig. 3 gezeichneten geforderten Wellenformen zu erzeugen, wobei die effektive Wechselstrom-Ausgangs spannung veränderbar ist, indem die Phasenlage der ausgewählten Schaltvorgänge variiert wird. Obwohl die Ausgangsspannung variabel ist, arbeitet der Wechselrichter noch als Schalter, so daß eine gute Ausnutzung der elektrischen Leistung erfolgt.

Die speziellen logischen Schaltungen für die Vornahme der Zeitsteuerung und Folgesteuerung der Schalt-vorgänge gemäß der -Erfindung sind in den Fig* 5 bi , 11 dargestellt, worin die verschiedenen logischen Komponenten mit den üblichen Symbolen gekennzeichnet sind j positive Logik wird vorausgesetzt. Die verschiedenen Gatter-, Flip-Flop-, Zähler- und Multivibrator-Funktionen der dargestellten Art werden vorzugsweise sogenannten integrierten Schaltungen übertragen» Durch Anwendung integrierter Schaltungen läßt sich eine erfindungsgemässe integrierte Schaltung, obwohl sie in ihrem Einzelfunktionen verhältnismässig kompliziert ist, zuverlässig, raumsparend und verhältnismässig billig herstellen.

Das von dem Oszillator 33 gemäß Fig. 6 ausgehende Signal, als Mittelfrequenz- (MF-) Signal bezeichnet, wird über ein NICHT UND-Gatter 61 einem 8-Bit-Binärzähler 62 zugeführt, um Signale 1, 2, 4 ·.., 64 und 128 herzustellen. Diese Signale sind Rechtecksignale deren Frequenz mit der des Oszillatorsignals durch Potenzen von zwei verbunden sind, z.B. führt das Sig·»· nal 1 eine Periode auf je zwei Perioden des Oszillatorsignals

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aus usw.. Jedes dieser Siganle wird ausserdem einem zugeordneten NICHT, UND-Gatter 64 bis 71 zugeleitet, um das binäre Komplement T, ?, ..... £T und 128 her-zustellen.

Die aus dem Zähler 35 gewonnenen Zeitsteuerungssignale werden in NIGHT UND-Gattern 72 bis 75 (Fig. 7) in verschiedenen Kombinationen zusammengefaßt, wie sich aus der Zeichnung ergibt, um Zeitsteuerungssignale zu erhalten, die eine feste Phasenlage in jeder Wechselrichterperiode haben. Diese Gruppe von Gattern bildet die Steuerpulsschaltung 37. %s erste erhaltene Signal ist das £1F-Impulssignal, das den Beginn jedes Sechstel-Periodenabschnitts kennzeichnet» Die Signale Ü und N, die die Schalt-

fc vorgänge 0 und N steuern, werden in entsprechender Weise gewonnen«, In Figo 4 ist der untere Zeichnungsteil mit gedehnter Zeitskala dargestellt, wie in der Zeichnung angegeben;.die volle Länge jeder Zeile entspricht einem Zwölftel-Periodenabschnitt, der die erste Hälfte des Sechstel-Periodenabschnitts umfaßt, in dem Einkerbungen auftreten.» Die mit ü bezeichnete Zeile in Fig. 4 zeigt das Auftreten des Signals 0~ innerhalb des Zwölftel-Periodenabschnitts. Der Fachmann für digitale Logikschaltungen erkennt aus der Kombination der speziellen Signale, daß der O-Impuls vier Zählungen nach den 6F-Impuls erfolgt, und daß der N-Impuls um vier Zählungen vor jedem 6F=Impuls erfolg, wobei die Zählung auf dem MF-Signal (Fig. 4) als Zähleinheit basiert, so daß 1536 Zählungen je Ausgangsperiode oder 128 Zählungen je'

Ψ Zwölftel-Periode erfolgen, wie sich aus der Binärtabelle unten in Fig. 4 ergibt. Das Gatter 75 erzeugt das RUGKSTELL-Signal, das den Zähler 45 innerhalb jedes Sechstel-Periodenabschnitts zurückstellt.

Der Aufbau des Gatters 43 ist im einzelnen aus Fig. 8 zu entnehmen. Verschiedene Zeitsteuerungssignale werden in einem NICHT UND-Gatter 77 mit dem Signal (RF) von dem Oszillator 41 kombiniert, so daß innerhalb eines gegebenen Bereichs von

η
Phase/winkeln die Pulsationen des Signals aus dem Oszillator 41 am Ausgang des Gatters 77 erscheinen. Der erste negative Teil

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des Ausgangssignals vom Gatter 77 triggert einen R-S-Flip-Flop aus den NICHT UND-Gattern 80 und 81. Dieser Flip-Flop steuert ein NICHT UND-Gatter 82, so daß, wenn der Flip-Flop getriggert ist, der nächste positive Teil des Signals aus dem Gatter 77 von dem Gatter 82 (invertiert) durchgelassen wird und einen monostabilen Multivibrator 79 triggert» Der Multivibrator 79 wird damit zu Beginn einer Oszillatorperiode getriggert. Nach dem Triggern verbleibt der Multivibrator während eines vorgegebenen Zeitabschnitts im unstabilen Zustand, wie dem Fachmann an sich bekannt ist. Das Ausgangssignal-Komplement von dem Multivibrator 79 wird an das Gatter 81 zurückgeführt, um den R-S-Flip-Flop am Ende des von dem Multivibrator zeitgesteuerten Intervalls zurückzustellen.

Der Multivibrator 79 steuert ferner ein NICHT UND-Gatter 85, das selektiv (invertiert) das von dem Oszillator 41 gelieferte Ausgangesignal an einen R-S-Flip-Flop weitergibt, der aus zwei NICHT UND-Gattern 86 und 87 besteht. Das nichtinvertierte Oszillatorsignal wird an den anderen Eingang des Flip-Flops gegeben, weshalb der Flip-Flop zwischen seinen beiden Zuständen mit Oszillatorfrequenz während der Arbeitsperiode des monostabilen Multivibrators hin und her gekippt wird. Da der aus den Gattern 86 und 87 bestehende Flip-Flop von dem Oszillatorsignal, das das Gatter durchlaufen hat, eingestellt wird.und zurückgestellt wird durch das Oszillatorsignal, das das Gatter nicht durchlaufener hat, und da der Multivibrator, der die Gatterwirkung steuert, zu Beginn einer Oszillatorperiode getriggert wird,' ergibt sich für den Fachmann, daß das von dem Flip-Flop gelieferte, als GP-Signal bezeichnete Ausgangssignal eine ganze Zahl vollständiger Impulse bei der Oszillatorfrequenz umfaßt, d.h. jeder Impuls hat seine volle Dauer.

Fig. 9 zeigt, daß das Impulssignal GF", das das Gatter durchlaufener hat, über ein NICHT UND-Gatter 69 an den ersten von sechs Trigger-Fiip-Flops F1 bis F6 gegeben wird, die den Binär-

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zähler 45 bilden. Das RUCKSTELL-Signal wird über ein FICHT UND-Gatter 91 an die Rückstell-Anschlüsse dieser Flip—Flops gegeben. Die von den Flip-Flops F1 bis F6 gelieferte digital codierte Zählung wird auf den Speicher 51 gegeben, der aus sechs Flip-Flops F11 bis F16 vom sogenannten J-K-Typ besteht. Das 6F-Signal gelangt über zwei NICHT UND-Gatter 93 und 94 an die Trigger- oder Transferanschlüsse der J-K-Flip-Flops F11 bis F16 und wirken als sogenanntes Leitsignal (strobe signal), um das Einlesen der Information aus dem Zähler 45 in den Speicher 51 zu ermöglichen. ·

Die Ausgangssignale M1, M2 ... M32, die die jeweiligen Bits der im Speicher 51 gespeicherten Zahl darstellen, werden zusammen mit ihren Komplementwerten ST, M? ... M32 in den Komparator zusammen mit den zyiclisch wiederholenden binärcodieften Signalen 1, 2 ... 32 gegeben, die von dem Zähler 35 erzeugt wurden. Die Komplementwerte dieser letztgenannten Signale werden ebenfalls in den Kompartor 53 mittels zugeordneter NICHT UND-Gatter 101 bis 106 geleitet. Der Kompartor 53 besteht aus einer Schaltung von UND-Gattern 111 bis 122, ODER NICHT-Gattern 123 bis 128 und NICHT UND- Gattern 131 bis 136, die Bit für Bit feststellen, ob Koinzidenz oder Nicht-Koinzidenz zwischen

' en

den im Zähler 35 und im Speicher 51 befindlicnen Zählung/besteht. Die beim Erscneinen von Koizidenzen in Einzelbits erzeugten Signale, mit 1C, 2C usw. bezeichnet, werden in einem NICHT UKD-Gatter 140 mit dem MF- bzw. dem 64-Signal aus dem Oszillator 33 bzw. dem Zähler 55 zu dem Gesamtkoinzidenz anzeigenden mit L bezeichneten Signal kombiniert. Entsprechend werden die beim Auftreten von Antikoinzidenzen in den Einzelbits erzeugten Signale, mit Te, "2Ü usw. bezeichnet, in einem NICHT UZTD-Gatter 141 mit dem MF- bzw. dem "ST-Signal zu dem Gesamtantikoinzidenz anzeigenden mit M bezeicnneten Signal kombiniert.

V/irkungsweise dieser Einrichtung zur Erzeugung von Taktimpulsen des L- bzw. des M-Vorgangs beim Auftreten von Koinzi

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denz bzw. Antikoinzidenz und zum Verschieben dieser Ereignisse in Phase läßt sich an Hand der Binärtabelle in Fig. 4 erläutern. Diese Binärtabelle stellt die Zustände dar, die von den Ausgangssignalen 1, 2, 4 ... 32 vom Zähler während eines Zwölftels des Periodenabschnitts einer Wechselrichteaiperiode durchlaufen werden. Da die Zählung auf einer 1536mal grösseren -frequenz im Vergleich zur Frequenz des Wechselrichters basiert, erfordert der Zwölftelabschnitt der Periode, wie zu sehen, eine Zählung von 128. Wenn das Signal 52 das kennzeichnendste Binärziffersignal ist, das der Gruppe von UND-Gattern zugeführt wird, wiederholt es sich, wie an sich bekannt, einmal innerhalb der Zählung von 128.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel wird angenommen, daß der Speicher 'auf die Zählung 48 eingestellt ist, d.h. binär 110 000, nach Maßgabe des speziellen Wertes des Spannungsregelsignals, das von der Quelle 31 herrührt. Wenn daher der zyklisch wiederholende Zähler 35 zu einer Binärzählung von 15 gelangt, d.h. binär 001111, zeigt der Komparator 53 Antikoinzidenz an. Da das Gatter 140 Eingangsgrössen nicht nur von dem Kompartor 53 sondern auch das Signal MF vom Oszillator 33 erhält, der mit der 1536fachen Frequenz des .Wechselrichterausgangs arbeitet, wird das M-Signal erst erzeugt, wenn eine halbe Zählung nach Koinzidenz auftritt, wie in der Zeile M in Fig. 4 angegeben.

Wenn der Zähler 35 die Zählung 48 oder 112 erreicht, ergibt sich, weil nur sechs kennzeichnende Binärzahlen angegeben werden, 110000, so daß Koinzidenz angezeigt wird. Die Einbeziehung des Signals 64 als einer der Eingangsgrössen des NIGHT UND-Gatters 140 und des Signals "£4" als einer der Eingangsgrössen des NICHT UND-Gatters 141 verhindert die Entstehung des L-Signals während der ersten Hälfte des Zwölftelabschnitts der Periode, z.B. bei der Zählung 48, und verhindert die Erzeugung des Signals M während der zweiten Hälfte, obwohl sich das Binärmuster

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der Signale 1, 2, 4 ... 32 innerhalb des Zwölftelabschnitts der Periode wiederholt. Da das Gatter 141 auch eine Eingangsgrösse (MF) von dem Oszillator 33 erhält, wir auch die Erzeugung des L-Impulses, wie die Erzeugung des M-Impulses um eine halbe Zählung verzögert. Es ist an sich bekannt, daß die Signale Ü, L und M Negativ-Impulse sind, wenn, wie eingangs angegeben, positive Logik angewandt wird.

Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß der ST- und der Γ-Impuls symmetrisch innerhalb des Zwölftelabschnitts der Periode liegen. Entsprechend ist zu erkennen, daß bei einer Veränderung der im Speicher 51 voreingestellten oder enthaltenen Zählung, der L- ψ und der M— Impuls innerhalb des Zwölftelabschnitts der Periode in entgegengesetzter Richtung versetzt werden. Wenn beispielsweise der Speicher voreingestej.lt ist auf^ 49, d.h. binär 110001, erscheint das Signal ΪΪum eine Zählung früher, d.h. bei binär 001110, und das Signal L um eine Zählung später, d.h. bei binär 110001. Es zeigt sich also, daß die von diesen Impulsen gesteuerten Vorgänge schrittweise phasenmässig komplementär innerhalb der Wechselrichterperiode nach Maßgabe der Änderung der Werts der Steuersignalspannung verschoben werden, die über den Analog/Digital-Umsetzer 47 die im Speicher 51 enthaltene Zählung vorbestimmt.

. Die Signale M und L steuern die Phasenlage der verschiedenen Kanten der Kerben, wie im oberen l'eil der Fig. 4 angegeben. Durch Veränderung der Phasenlage dieser beiden Signale läßt sich somit die Breite der Kerbä¹wahlweise verändern, um die effektive Wechselstromausgangsspannung in der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 angegebenen Weise zu verändern. Wenn man die Richtung der Phasenänderung der verschiedenen Schalvorgänge im Vergleich zu den Änderungen der im Speicher 51 befindlichen Zählung betrachtet, ist zu erkennen, daß die Breite der Kerben 13, 15,und 17 abnimmt, wenn die im Speicher 51 gespeicherte Zahl wächst. Eine Zunahme der im Speicher 51 gespeicherten Zahl

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verursacht demnach eine Zunahme der effektiven Ausgangsspannung des Wechselstroms.

Es ist erwüncht, eine Kerbe vollständig fortfallen zu lassen, wenn ihre Breite einen bestimmten Betrag unterschreitet, um die Zahl der Schalvorgänge zu verkleinern. Die unten in Pig. 9 angegebene logische Schaltung verwendet die Speicherinformation, um nach einem bestimmten Programm die Bildung einer Kerbe zu verhindern, wenn die im Speicher 51 gespeicherte Zahl anwächst.

Das NICHT UND-Gatter 147 und die UND-Gatter 148 und 149 kombinieren die Speicherinformation und die Phäseninformation vom Zähler 35 in der A'eise, daß ein Ausgangssignal von Gatter 148 während eines die Periode der Kerbe 13 deckenden Intervalls abgegeben wird, wenn die im Speicher 51 gespeicherte Zahl über 52 liegt* Entsprechend gibt das Gatter 149 ein Ausgangssignal ab während eines die dritte Kerbe 15 deckenden Intervalls, wenn die im Speicher 51 gespeicherte Zahl über 52 liegt. Ein NICHT UND-Batter 151 kombiniert die Speicherinformation, um ein kontinuierliches Ausgangssignal zu liefern, wenn die zahl im Speicher den Wert- 60 übersteigt. Die Ausgangssignale von den Gattern 148, 149 und 151 werden in einem ODER NICHT-Gatter 153 kombiniert zu einem als LIM bezeichneten Signal.

Die Siganle L" und Ö werden in einem NICHT UND-Gatter 143 kombiniert. Es ist zu bemerken, daß die Schaltvorgänge L und 0 in jedem der gegebenen Sechstelabschnitte der Periode die gleiche Richtung oder Polarität haben. Ebenso werden die Signale Sf und N~ in einem RICHT UND-Gatter 145 kombiniert; diese Signale entsprechen Schaltvorgängen mit entgegengesetzter Polarität in dem gleichen Sechstelabschnitt der Periode. Das Signal LIM steuert zwei NICHT UND-Gatter 155 bzw. 157, die wahlweise die von den Gattern 143 bzw. 145 herkommenden Signale schalten, wobei die Ausgänge der Gatter 155 bzw. 157 als logische Signale (I + 0 ) (LIM) und ( M + N ) (LIM) bezeichnet werden.

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19612Λ5

Da die Signale L, Ü, M.und N die Schaltvorgänge steuern, die die Kerben hervorrufen, folgt, daß das Sperren dieser Signale nach Maßgabe des Signals LIM dazu führt, daß keine Kerben auftreten. Insbesondere werden die beiden schmäleren Kerben 13 und 17 unterdrückt, wenn die im Speicher 51 gespeicherte Zahl den Wert 52 überschreitet, und sämtliche Kerben werden unterdrückt, wenn die iSahl im Speicher über den Wert 60 hinausgeht. JJie Unterdrückung von Kerben führt zur Erhöhung der effektiven Wechselstrom-Ausgangsspannung, wobei die Zahl der Spannungsschaltungen reduziert wird, was sehr erwünscht ist, um eine maximale Spannung bei ganz geringen Verlusten zu erhalten.

Die in Verbindung mit den Fig. 6 bis 9 beschriebenen logischen Schaltung vermögen Signale in geeigneter Phasenlage für das Steuern von Netzschaltungen innerhalb eines Zwölftelabschnitts einer Periode der gewünschten Wellenform (wie in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben) abzugeben. Die logischen Schaltungen, die in den Fig. 10 und 11 dargestellt sind, vermag diese Zeitsteuerungssignale auszuwählen und auf die verschiedenen Phasen zu verteilen und die richtige Schaltrichtung in jeder Halbperiode jeder Phase zu wählen. Der phasenzähler 38 für sechs Zustände besteht aus drei J-K-Flip-Flops F21 bis F23 und einem UND-Gatter 173. Der Zähler zählt die Pulsationen des Signals 128, das diesem über ein NICHT UND-Gatter 174 zugeführt wird. Ba der Zähler 38 nur in einer Richtung läuft, wird die Umsteuerung durch eine Schaltung aus Crattern 176 bis

als

182 herbeigeführt, die so geschaltet sind, daß sie/zweipoliger Umschalter, gesteuert von einem als DC bezeichneten Richtungssteuersignal, das aus einer beliebigen Quelle her kommen kann. Diese Schaltung bestimmt, welches von zwei Signalen 01 und 02, die von den Flip-Flops F21 bis F23 herkommen, auf jede der beiden Leitungen X bzw. B" gegeben wird. Wie an sich bekannt, führt das Vertauschen zweier Phasen in einem Dreiphasenwecnselricnter bei einem von diesem angetriebenen Motor zu einer Umkehrung der Drehrichtung. Die Signale A und B werden aucti als reinvertierte Signale A und B von zwei NICHT

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UND-Gattern 183 und 184 abgegeben. Die Signale ^u und Ü kommen direkt aus den i'iip-Flops F21 bis F23. Die Signale A, B und C und ihre jeweiligen Komplementsignale werden in einer aus UICHT UND-Gattern 185 bis 196 bestehenden Schaltung zu einer Serie von Signalen kombiniert, von denen jedes einem Sechstelabschnitt einer Wechselstromausgangsperiode entspricht, sowie den Komplementwert jedes dieser Signale, wobei die Bezeichnung jedes dieser Signale in der üblichen Schaltalgebra-Darstellung in der Zeichnung zu finden ist.

Sie Siganle, die die Zeitsteuerung der Schalvorgänge bestimmen, das heißt die Signale 6F, (1 + 0} (UM) und (M+ Nj (.LIM) werden in nichtinvertierter -b'orm von den NICHT UND-Gattern 201 bis 203 geliefert. Diese nichtinvertierten Signale sind bezeichnet als die Signale 6F, L + 0 und M + N, wobei der Teil "LIM" des richtigen Boole¹sehen Ausdruck zur Vereinfachung der Zeichnung der Selektionsschaltung 57 weggelassen ist. Die Auswahl der verschiedenen -"eitsteuerungssignale für jede Phase, die von den Phasensignalen gesteuert wird, nimmt eine Matrix von UND-Gattern 205 bis 222 vor, die die verschiedenen Siganle in Drei/gruppen an die ODER NICHT-Gatter 225 bis 230 weitergegeben, wobei die verschiedenen Siga^nle den Gattern in den in der Figur angegebenen Kombinationen zugeführt werden. Die ^eitsteuerungssignale werden dann wahlweise auf die verschiedenen Ausgangsphasen gegeben, gesteuert durch die von dem Phasenzähler 38 erzeugten Signale.

Die von den ODER NICHT-Gatter 225 bis 230 abgegebenen Signale (die jeweils mit einem Stricn versehen sind) sind nicht gleich lang. Um Impulse von vorgegebener Länge zu ernalten, die leicnter verarbeitet werden können, wird das Ausgangssignal der ODER NICHT-Gatfer 225 bis 230 mittels zugeordneter NICHT UND-Gatter 235 bis 240 invertiert und über zugorünete NICHT UND-Gatter 245 bis 250 an zugeordnete R-S-Flip-Flops weitergegeben, von denen jeder aus zwei geeignet zusammnegescnalteten NICHT UND-

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Pattern 251 bis 262 bestellt. Die Ausgangs signale der ODER NICHT-Gatter 225 bis 230 werden auch, einem monostabilen Multivibrator 265 über ein ODER-^atter 265 zugeleitet, das, Invertereingangsanschlüsse besitzt, so daß der Multivibrator von jedem dieser Ausgangssignale getriggert wird, -^er monestabile Multivibrator 2.63 liefert ein zeitgesteuertes Ausgangssignale TT, das in den NICHT UND-Gattern 241 und 242 invertiert und mit dem invertierten Ausgangssignal.des zugeordneten ODER NICHT-Gatters in jedem der NICHT UND-Gatter bis 250 kombiniert wird. Wenn demnach von einem der ODER NICHT-Gratter 225 bis 230 ein Ausgangs signal abgegeben wird, so wird der zugeordnete R-S-Flip-Flop gesetzt. Dann wird nach Ablauf ψ einer vorgegebenen Zeitspanne der Flip-Flop durch das Signal ΤΤ zurückgestellt. Der Fachmann erkennt, daß die logische Schaltung auf diese tfeise einen Impuls feststehender ■L'änge abzugeben vermag, unabhängig davon, ob der auslösende Impuls langer oder kürzer ist als die geforderte Länge des Ausgangsimpulses, wie sie durch den monostabilen Multivibrator 263 bestimmt ist. Die R-S-Flip-Flops erzeugen nun Impuls-Signale von vorgegebener Länge an jedem der geforderten SehaltZeitpunkte, Diese Signale werden mit ÄT, Ä"2~, ΙΓΓ usw. bezeichnet.

Die beiden Α-Signale steuern die Phase A. Das Signal TT erscheint immer dann, wenn die Spannung am Anschluß A (Fig. 1) ^ in die positive Richtung umgeschaltet werden soll, und das Ausgangssignal A2~ erscheint immer dann, wenn die Spannung an jenem Ausgangsanschluß in die negative Richtung umgeschaltet werden soll. Diese Signale können z.b. verwendet werden, um das wechselweise Triggern der ^etzschaltungs-Gleichrichter (siliziumgesteuerte Gleichrichter SCR) Q1A, Q2A für die Phase A (Fig. 1) zu steuern, wobei eine geeignete Schaltung, wie oben _; erwähnt und dem Fachmann bekannt, vorzunehmen ist.

'Nenn eine Netzschaltungs-Ausgangsstufe mit Transistor verwendet werden soll, können die beiden Zeitsteuerungs-Pulssignale für jede Phase an die entsprechenden Eingänge eines R-S-Flip-

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Plops geführt werden, so daß der Flip-Flop wiederholt in seine beiden Lagen getriggert werden kann. Der R-S-Flip-Flop liefert dann am Ausgang eine Wellenform, die genau der jeweiligen geforderten Wellenform entspricht, zum Beispiel den Wellenformen A-LI, B-L1 und C-L1 nach Fig. 3, und diese

en
Wellenform/können dann in jedem geforderten Maß verstärkt werden. Da sich die Erfindung auf ein System zum Variieren der Breite von Kerben in einer Weilenform und nicht auf einen Leistungsschaltkreis bezieht, ist die eigentliche Leistungsschaltung nicht dargestellt; diese Schaltung ist an sich bekannt .

Das spezielle Muster oder Programm der kerben, das hier dargestellt worden ist, wird bevorzugt, weil es besonders wirkungsvoll bestimmte störende Harmonische der Frequenz, insbesondere die fünfte und siebte Harmonische, verkleinert, wenn das System bei einem Motor als Belastung verwendet wird. Ausserdem vereinfacht das System die Wahl oder Verteilung der Zeitsteuerungsimpulse auf die verschiedenen Phasen, weil die Kerben für jede Phase in Sechstel-Intervallen der Periode auftreten, während welcher die anderen Phasen keine Kerben benötigen. Jedoch werden dem Fachmann zahlreiche abweichende Muster für die Kerbenanordnung bekannt sein, und natürlich kann die Anordnung zur Veränderung der Kerbenbreite zum

en Steuern der effektiven Ausgangsspannun^/bei andersartig mit Kerben versehenen Wellenform/in gleicher Weise verwendet werden wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Ein Vorzug dieses Systems zur Spannungssteuerung ist, unabhängig von der Art des Kerbungs-Programms, daß es ausserordentlich schnell auf Änderungen der geforderten Ausgangsspannung anspricht. Das beschriebene System beginnt nämlich in wesentlich kürzerer Zeit als einer Asugangsperiode zu reagieren, weil die in dem Speicher 51 enthaltene Zahl einmal in jeder Sechstelperiode auf den neuen Stand gebracht wird. Sobald der Speicher auf dem neuen Stand ist, um eine Ände-

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rung der geforderten Ausgangs spannung wiederzugeben, "besitzen alle danach auftretenden Kerben automatisch die richtige Breite, um eine zusammengesetzte Ausgangswellenform zu erzeugen, die die jetzt geforderte effektive Wechselspannung liefert.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die genannten Ziele der Erfindung erreicht werden und weitere vorteilhafte Ergebnisse erzielbar sind.

Ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, können verschiedene Änderungen des Systems vorgenommen werden? die obige Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen soll daher nur als Ausführungsbeispiel für die Erfindung und nicht als Beschränkung verstanden werden.

Anlage
Patentansprüche

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   Wechselrichter zum Abgeben von Wechselstromleistung mit vorwählbarer Frequenz und vorwählbarer Spannung und einer Anordnung zur Spannungsregelung,

   gekennzeichnet durch mindestens einen Ausgangsanschluß (A, B oder C), durch eine Schalteinrichtung (21) für die Zuführung diskreter unterschiedlicher Spannungspegel an den Ausgangsanschluß, durch eine Einrichtung (31) zum .Herstellen eines Steuersignals, dessen Wert von der vorgewählten Wechselstromausgangsspannung abhängt, durch eine Einrichtung (4?) zur Abgabe eines digital codierten Signals, das diesen Wert wiedergibt, durch eine Einrichtung (33) zur Abgabe eines gepulsten Zeitsteuerungssignals, dessen frequenz von der vorgewählten Wechselstromausgangsfrequenz abhängt, durch eine Einrichtung (35) zum digitalen Zählen der Impulse des ^eitsteuerungssignals bis zu einer vorgegebenen Zahl von Pulsationen, die'mindestens einem vorgegebenen Abschnitt einer Wechselstromausgangsperiode entspricht, und zum anschliessenden Rücicmelden der Zählung, wodurch ein digital codiertes, zyklisch rückmeldendes Signal geliefert wird, welches die Phase innerhalb des vorgegebenen Periodenabschnitts wiedergibt, und durch eine Einrichtung (37) zum Triggern der Schalteinrichtung, um die an den Ausgangsanschluß gegebene Spannung von einem diskreten Pegel auf einen anderen umzuschalten, wenn Koinzidenz zwischen den digital codierten Signal besteht, wodurch die Phase der Schaltung des Spannungspegels innerhalb des Periodenabschnitts stufenweise als Funktion des Wertes des Steuersignals verändert wird, um dadurch die vorgewählte Wechselstromausgangsspannung zu erreichen.

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2. 2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (47) zur Abgabe eines digital codierten Signals, das den Wert des Steuersignals wiedergibt, aus einem Binärzähler (45), einem Oszillator (41), der ein Ausgangssignal mit einer Frequenz abgibt, die sich in Abhängigkeit von dem Wert des Steuersignals ändert, und einem Gatter (43) zum Überführen des Oszillatorausgangssignals auf einen Binärzähler während eines vorgegebenen Zeitintervalls besteht.
3. 3. Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (43) einen monostabilen Multivibrator (79) zum Bestimmen des Zeitintervalls aufweist.
4. 4. Wechselrichter nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (37) zum Rückstellen des Binärzählers während jedes Periodenabschnitts.
5. 5. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Binärspeicher (51), in den das digital codierte Signal, das den Wert des Steuersignals wiedergibt, zum Vergleich mit dem digital codierten, zyklisch wiederholten Signal, das die Phase wiedergibt, übertragen wird.
6. 6. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggeranordnung die Schalteinrichtung so triggert, daß mindestens eine Kerbenkante erzeugt wird, wenn zwischen den digital codierten Signalen Koinzidenz besteht, wodurch die Phase dieser einen Kerbenkante innerhalb des genannten Periodenabschnitts stufenweise in Abhängigkeit von dem Steuersignal verändert wird,

   gangs

   um die vorgewählte Wechselstromaufrapannung zu erzielen.

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7. 7. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet! daß die Triggeranordnung die Schalteinrichtung so triggert, daß eine von mindestens zwei Kerbenkanten erzeugt wird, wenn Koinzidenz zwischen den digital codoerten Signalen besteht, und daß die Triggeranordnung die Schalteinrichtung so triggert, daß die andere der beiden Kerbenkanten erzeugt wird, wenn Antikoinzidenz zwischen den digital codierten Signalen besteht, wodurch die Phasen der Kerbenkanten innerhalb des Periodenabschnitts gegensätzlich stufenweise in Abhängigkeit von dem Wert des Steuersignals verändert werden, um die vorgewählte Wechselstromausgangsspannung zu erzielen.
8. β. Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter Dreiphasenstrom erzeugt und daß die Spannungsregelungseinrichtung einen Phasenzähler (38) und eine Anzahl Gatter (176 bis 182) aufweist, die von dem Phasenzähler gesteuert werden, um die Wahl zu treffen, welche Ausgangephase während jedes Periodenabschnitts wirksam ist.
9. 9· Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (33) zur Abgabe eines gepulsten Zeitsteuerungesignals aus einem Oszillator mit variabler Frequenz besteht.
10. 10, Wechselrichter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (H3, 145, H7, 148, 149, 151, 153) zum Beenden des Sinkerbens der Wellenform, wenn das digital codierte Signal, das den Wert des Steuersignals wiedergibt, eine vorgegebene Zahl tiberschreitet.
11. 11. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, daß die Einrichtung für das digital codierte Signal aus einem spannungsgesteuerten Oszillator (41) besteht, der

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    ir ^196ms

    auf das Steuersignal anspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der vorwählbaren Ausgangsspannung Variiert, sowie aus einem Digitalzähler (45)j einer Gatteranordnung (43) zum Übertragen des Oszillatorausgangssignals auf den Zähler während eines vorgegebenen Zeitintervalls in jedem Periodenabschnitt, einem Digitalspeicher (51), einer.Einrichtung (72) für die Übertragung der in dem Zähler summierten Zahl in den Speicher zu Beginn jedes Periodenabschnitts, und durch eine Einrichtung (75) zum Rückstellen des Digitalzählers nach dem Übertragen der in dem Zähler summierten Zahl auf den Speicher, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Triggeranordnung die Schalteinrichtung so triggert, daß eine von mindestens zwei Kerbenkanten erzeugt-wird, wenn Koinzidenz zwischen dem digital codierten, zyklischen Rückmeldesignal und der in dem Speicher befindlichen ^ahl besteht, und daß die Triggerschaltung die Schalteinrichtung so triggert, daß die andere der beiden Kerbenkanten erzeugt wird, wenn Antikoinzidenz zwischen dem digital codierten, zyklischen Rückmeldungssignal und der in dem Speicher befindlichen Zahl besteht, wodurch die Phase der Kerbenkanten innerhalb des Periodenabschnitts gegensätzlich stufenweise verändert werden, um die vorgewählte Wechselströmausgangsspannung zu erzielen.
12. 12. Wechselrichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei verhältnismässig niedriger vorgewählter Ausgangsspannung jede Halbperiode der Wellenform mit drei Kerben versehen ist, von denen die eine in der Mitte der Halbperiode liegt, während die beiden anderen beiderseits dieser Kerbe symmetrisch zu dieser liegen, und weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerungseinriehtung eine Anordnung (143, 145, 147, 148, 149, 151, 153) aufweist, um die beiden symmetrischen Kerben auszuschalten, wenn die in dem Speicher befindliche Zahl eine erste vorgegebene Zahl übersteigt, und um alle drei Kerben auszuschliessen, wenn die in dem Speicher befindliche Zahl eine zweite vorgegebene Zahl übersteigt, die größer ist als die erste vorgegebene Zanl.

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