DE19634713A1 - Verfahren zur Steuerung von wechselweise an eine Gleichspannung geschalteten Transformatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von wechselweise an eine Gleich­ spannung geschalteten Transformatoren, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 be­ schrieben ist.

Bei transformatorgekoppelten Halb- und Vollbrückenkonvertern tritt speziell aufgrund dynamischer Ausgangsgrößenänderungen eine proportionale, transiente Gleichmagne­ tisierung des Transformators auf. In Folge dieser Gleichmagnetisierung werden Sätti­ gungsgrenzen des Transformators speziell bei periodischen Änderungen des Sollwertes der Ausgangsgröße und somit der diesen Ausgangsgrößen entsprechenden Pulsweiten sehr schnell überschritten. Daher muß der Transformator entweder entsprechend über­ dimensioniert oder die Pulsweitenänderung in Folge der geforderten Ausgangsgrößen­ änderung auf mehrere Teilschritte aufgeteilt und somit stark reduziert werden. Ersteres bedeutet aber einen größeren und somit schwereren, teureren Transformator, zweiteres eine hochgradige Verschlechterung der dynamischen Eigenschaften des Systems. Bei den besonders kritischen Oszillationen der Ausgangsgröße mit der Schaltfrequenz des Konverters sättigt der Transformatorkern sehr schnell, da die Gleichmagnetisierung von Periode zu Periode zunimmt. Bei einsetzender Sättigung steigt auch der vom Transformator aufgenommene Strom immer schneller an, was zur Zerstörung der Halb­ leiterschalter führt oder bei schneller Überstromabschaltung sehr hohe Verluste und einen Abfall der übertragenen Leistung verursacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung von wechselweise an eine Gleichspannung geschalteten Transformatoren zu schaffen, bei dem eine schnelle Anpassung der Ausgangsgröße an die Sollwertänderung erfolgt, ohne daß dadurch der Transformator sättigt, d. h. die Induktion im Transformatorkern zu groß wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Maßnahmen im Anspruch 1 gelöst. Vorteil­ haft ist bei dieser Lösung, daß entweder keine Gleichmagnetisierung des Kerns des Transformators auftritt oder ein gewisser Wert der Induktion nicht überschritten wird.

Durch die weiteren Maßnahmen nach Anspruch 2 wird erreicht, daß neben keinem Auftreten von Gleichmagnetisierung die höchstmögliche Dynamik des Systems er­ reicht wird.

Durch ein Vorgehen nach Anspruch 3 kann die maximale Stationärmagnetisierung zu keinem Zeitpunkt überschritten werden.

Durch die Merkmale nach Anspruch 4 ist es möglich, mit kleinen, für den stationären Betriebszustand ausgelegten Transformatoren das Auslangen zu finden und bei der Dimensionierung des Transformators nicht auf das Gleichmagnetisierungsproblem Rücksicht nehmen zu müssen.

Es ist ein Vorgehen nach Anspruch 5 möglich, da dadurch mit einer einfacheren, lang­ sameren Steuervorrichtung das Auslangen gefunden werden kann.

Weiters ist aber auch ein Vorgehen nach Anspruch 6 möglich, da dadurch sehr rasch auf die jeweils geforderte Höhe der Ausgangsgröße reagiert werden kann.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 7 wird ein wahlweiser Aufbau der Steuervor­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens ermöglicht.

Weiters wird durch das Vorgehen nach Anspruch 8 bei periodischer Ermittlung des Sollwertes der Ausgangsgröße die höchstmögliche Dynamik erreicht.

Die Merkmale des Anspruches 9 kennzeichnen die hohe Stabilität des Systems, da speziell kleine, periodische Sollwertänderungen bzw. derartige Störungen kaum filter­ bar sind und mit den aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln mittelfristig un­ weigerlich zur Gleichmagnetisierung und einer daraus resultierenden Sättigung des Transformators führen würden.

Die Merkmale des Anspruches 10 verdeutlichen die besonders vorteilhafte hohe Dyna­ mik des Systems.

Durch die Merkmale nach Anspruch 11 wird eine weitere Kostenreduzierung für ein derartiges System ermöglicht.

Durch die Merkmale nach Anspruch 12 wird erreicht, daß bei der Dimensionierung des Transformators nicht auf den dynamischen Betriebszustand des Konverters Rücksicht genommen werden muß.

Durch ein Vorgehen nach Anspruch 13 wird erreicht, daß der phasenverschiebungsge­ steuerte Konverter neben den selben erfindungsgemäßen Vorteilen wie bei Steuerung durch Pulsweitenmodulation, noch den Zusatzvorteil der Mindesteinschaltdauern der Schalter aufweist und so der Einsatz von Schaltentlastungsnetzwerken für die Schalter erleichtert oder erst ermöglicht wird.

Die Merkmale des Anspruches 14 ermöglichen eine klar definierte Auswahl des Schalt­ entlastungsnetzwerkes.

Mit dem Verfahrensablauf nach Anspruch 15 ist es möglich, eine Verkürzung der Puls­ weiten der Impulse bzw. der Einschaltdauer der Schalter zu vermeiden und dadurch den Einsatz einfacherer, billigerer Schaltentlastungsnetzwerke zu ermöglichen.

Die Merkmale des Anspruches 16 beschreiben einen vorteilhaften Verfahrensablauf für die Realisierung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens.

Der Anspruch 17 kennzeichnet die hohe Stabilität des Systems zu jedem Zeitpunkt.

Vorteilhaft sind schließlich auch die Merkmale des Anspruches 18, da dadurch eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zur Auswahl stehen und so der jeweilige Fachmann je nach Erfahrungsgebiet selbst entscheiden kann, wie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens realisiert wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im nachfolgenden anhand einiger Beispiele näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen an eine Gleichspannung gelegten und von einer Steuervorrichtung ge­ steuerten Wechselrichter in Halbbrückenbauweise mit am Ausgang ange­ schlossener Zweiweg-Gleichrichtung mit Mittelpunktanzapfung und einen an diesen Gleichrichter angeschlossenen Verbraucher;

Fig. 2 Diagramme für den Wechselrichter in Fig. 1 beim Betrieb mit konstanter Ausgangsgröße;

Fig. 3 Diagramme für den Wechselrichter in Fig. 1 beim Betrieb mit variierender Ausgangsgröße und erfindungsgemäßer Ansteuerung;

Fig. 4 ein Spannungssignal mit dem daraus resultierenden Magnetisierungsverlauf des Kerns des Transformators des Wechselrichters im Zeitverhalten nach

Fig. 3, ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens;

Fig. 5 einen an eine Gleichspannung gelegten und von einer Steuervorrichtung ge­ steuerten Wechselrichter in Vollbrückenbauweise mit am Ausgang ange­ schlossener Zweiweg-Gleichrichtung mit Mittelpunktanzapfung und einen von diesem Gleichrichter gespeisten Verbraucher;

Fig. 6 Diagramme des Wechselrichters in Fig. 5 beim Betrieb mit variierender Ausgangsgröße und erfindungsgemäßer Ansteuerung;

Fig. 7 einen Magnetisierungsverlauf des Kerns des Transformators des Wechsel­ richters in Fig. 5 im Zeitverhalten nach Fig. 6, ohne Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens;

Fig. 8 Diagramme des Wechselrichters in Fig. 5 beim Betrieb mit stark variieren­ der Ausgangsgröße innerhalb des gesamten Ausgangsgrößenbereiches und erfindungsgemäßer Ansteuerung;

Fig. 9 Diagramme der Primärspannung und der Magnetisierungskurve des Trans­ formators des Wechselrichters in Fig. 5 im Zeitverhalten nach Fig. 8, ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens;

Fig. 10 Diagramme des Wechselrichters nach Fig. 5 bei periodisch schwankender Ausgangsgröße und erfindungsgemäßer Ansteuerung;

Fig. 11 Diagramme für den Wechselrichter in Fig. 5 im Zeitverhalten nach Fig. 10, ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens;

Fig. 12 Diagramme des Wechselrichters nach Fig. 5 beim Betrieb mit Phasenver­ schiebungssteuerung und Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerver­ fahrens.

In Fig. 1 ist eine Prinzipschaltung eines Wechselrichters 1 in Halbbrückenbauweise ge­ zeigt. Der Wechselrichter 1 wird dabei über Versorgungsleitungen 2, 3 mit einem Gleichrichter 4, der über Anschlußleitungen 5, 6 mit einem Stromversorgungsnetz 7 verbunden ist, mit Strom und Spannung versorgt.

Parallel zum Ausgang des Gleichrichters 4 sind Kondensatoren 8, 9 über eine Verbin­ dungsleitung 10 in Serie an die Versorgungsleitungen 2, 3 geschaltet, wodurch zwi­ schen den Kondensatoren 8, 9 ein kapazitiver Mittelpunkt 11 entsteht. Weiters werden Schalter 12, 13 über eine weitere Verbindungsleitung 14 in Serie geschaltet und paral­ lel zu den Kondensatoren 8, 9 mit den Versorgungsleitungen 2, 3 verbunden, wodurch sich zwischen den Schaltern 12, 13 ein Mittelpunkt 15 bildet. Der Schalter 12 und der Kondensator 8 werden dabei mit der Versorgungsleitung 2, die den Wechselrichter 1 mit positivem Potential versorgt, verbunden, wogegen der Schalter 13 und der Konden­ sator 9 mit der Versorgungsleitung 3, die den Wechselrichter 1 mit negativem Poten­ tial versorgt, verbunden wird.

Über eine Leitung 16 wird ein Anschluß 17 einer Primärseite eines Transformators 18 mit dem kapazitiven Mittelpunkt 11 der Kondensatoren 8, 9 und ein weiterer Anschluß 19 der Primärseite des Transformators 18 mit dem Mittelpunkt 15 der Schalter 12, 13 verbunden. Die Sekundärseite des Transformators 18 wird über eine Mittelpunktschal­ tung 20 mit einem Verbraucher 21 verbunden.

Die Schalter 12, 13 werden über Steuerleitungen 22, 23 von einer Steuervorrichtung 24 angesteuert. Die Steuervorrichtung 24 weist unter anderem eine Eingabeeinheit 25 und einen Rampengenerator 26 auf.

In Fig. 2 wird die Funktion des Wechselrichters 1 in Fig. 1 durch Diagramme 27 bis 31 dargestellt, wobei der Wechselrichter 1 im stationären Betriebszustand, d. h. die Höhe der Ausgangsgröße des Wechselrichters 1 wird unverändert beibehalten, betrieben wird.

Diagramm 27 zeigt dabei ein Rampensignal 32, das vom Rampengenerator 26 mit einem ideal linearen Spannungsanstieg und einer unendlichen Steilheit der fallenden Flanke erzeugt wird. Weiters ist in Diagramm 27 eine Sollwertspannung 33 einge­ tragen, die z. B. durch die Eingabeeinheit 25 verändert werden kann und/oder durch einen Prozeß im Anwendungsgebiet des Wechselrichters 1 bestimmt wird.

Aus den Diagrammen 28, 29 sind Schaltzustände 34, 35 der Schalter 12, 13 ersicht­ lich, wobei das Diagramm 28 die Schaltzustände 34, 35 des Schalters 12 und das Dia­ gramm 29 die Schaltzustände 34, 35 des Schalters 13 darstellt.

In Diagramm 30 ist das Spannungssignal 36 an der Primärseite des Transformators 18, abgenommen an den Anschlüssen 17, 19, gezeigt und in Diagramm 31 ist eine Magne­ tisierungskurve 37 des Transformators 18 dargestellt.

Wird der Wechselrichter 1 in Betrieb genommen, steuert die Steuervorrichtung 24 die Schalter 12, 13 derart an, daß sie abwechselnd geschlossen werden, d. h. daß zuerst der Schalter 12 von der Steuervorrichtung 24 über die Steuerleitung 22 und anschließend der Schalter 13 von der Steuervorrichtung 24 über die Steuerleitung 23 angesteuert wird. Durch das wechselweise Ansteuern der Schalter 12, 13 entsteht ein Stromfluß durch die Primärwicklung des Transformators 18, wobei der elektrische Strom beim Schließen des Schalters 12 vom Gleichrichter 4 über die positive Versorgungsleitung 2 und den Schalter 12 an den Transformator 18 und über den Kondensator 9 und die negative Versorgungsleitung 3 wieder an den Gleichrichter 4 fließt. Zudem wird die Primärwicklung des Transformators 18 durch den Kondensator 8 gespeist.

Beim Schließen des Schalters 13 fließt der Strom vom Gleichrichter 4 über die posi­ tive Versorgungsleitung 2 und den Kondensator 8 an den Transformator 18 und vom Transformator 18 über den Schalter 13 und die negative Versorgungsleitung 3 wieder an den Gleichrichter 4. Der Kondensator 9 versorgt zudem während der Dauer des ge­ schlossenen Schalters 13 die Primärwicklung des Transformators 18 mit Strom und Spannung. Am Mittelpunkt 11 stellt sich aufgrund der kapazitiven Spannungsteilung der Kondensatoren 8, 9 eine Spannung ein, die der halben Versorgungsspannung des Wechselrichters 1 entspricht.

Durch den wechselweisen Stromfluß in der Primärwicklung des Transformators 18, aufgrund des wechselweisen Einschaltens der Schalter 12, 13, wird an die Primärseite des Transformators 18 das Spannungssignal 36 gelegt, das übertragen und anschließend z. B. über die sekundärseitige Mittelpunktschaltung 20 wieder gleichgerichtet wird und den Verbraucher 21 mit Strom und Spannung versorgt.

Wie aus den Diagrammen 28, 29 ersichtlich, werden die Einschaltzeitpunkte der Schal­ ter 12, 13 durch die Nullspannungspunkte des Rampensignals 32 und die Ausschaltzeit­ punkte der Schalter 12, 13 durch den Schnittpunkt bzw. die Spannungsgleichheit zwi­ schen dem Rampensignal 32 und der Sollwertspannung 33 bestimmt, wodurch sich Schaltdauern 38 für Schalter 12 und Schaltdauern 39 für Schalter 13 ergeben.

Beim Nullspannungspunkt des Rampensignals 32 zu einem Zeitpunkt 40 steuert also die Steuervorrichtung 24 z. B. den Schalter 12 an, wodurch an den Transformator 18, wie aus Diagramm 30 ersichtlich, eine Spannung, die der halben Versorgungsspannung des Wechselrichters 1 entspricht, gelegt wird. Zum Zeitpunkt 41 tritt eine Spannungs­ gleichheit zwischen dem Rampensignal 32 und der Sollwertspannung 33 auf, wodurch die Steuervorrichtung 24 das Spannungssignal von der Steuerleitung 22 nimmt und der Stromfluß über den Schalter 12 unterbrochen wird. Beim darauffolgenden Nullspan­ nungspunkt des Rampensignals 32, also zu einem Zeitpunkt 42, wird der Schalter 13 eingeschaltet, wodurch der Transformator 18 in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflossen wird bzw. eine negativ gepolte Spannung an die Primärseite des Transformators 18 gelegt wird. Der Ausschaltzeitpunkt dieses Schalters 13 wird wie­ derum durch die Spannungsgleichheit zwischen dem Rampensignal 32 und der Soll­ wertspannung 33 zu einem Zeitpunkt 43 bestimmt. Zu einem Zeitpunkt 44 ist eine Periodendauer der Schaltfrequenz abgelaufen, d. h. daß die Schalter 12, 13 jeweils ein­ mal von der Steuervorrichtung 24 angesteuert worden sind. Gleichzeitig beginnt mit dem Zeitpunkt 44 eine weitere Periodendauer der Schaltfrequenz, wodurch wiederum, wie zuvor beschrieben, die Schalter 12, 13, beginnend mit Schalter 12, abwechselnd angesteuert werden.

Wie aus der Zusammenschau der Diagramme 30, 31 ersichtlich, wird durch Anlegen einer Spannung an den Transformator 18 der Kern des Transformators 18 magnetisiert. Zum Zeitpunkt 40 ist der Kern des Transformators 18 aufgrund des zuvor angesteuer­ ten Schalters 13 negativ magnetisiert. Durch das Anliegen einer positiven Spannung am Transformator 18, d. h. der Schalter 12 befindet sich im leitenden Zustand, wird ab dem Zeitpunkt 40 die Höhe der negativen Magnetisierung des Transformators 18 wäh­ rend des Anliegens der positiven Spannung entsprechend einer linearen Funktion ver­ kleinert bzw. auch umgepolt. Bei Wegnahme der Spannung am Transformator 18 durch Öffnen von Schalter 12 zum Zeitpunkt 41 wird der Ummagnetisierungsvorgang beendet und die derzeitige Magnetisierung im Kern des Transformators 18 beibehal­ ten, bis wiederum eine Spannung an den Transformator 18 gelegt wird bzw. Schalter 13 geschlossen wird.

Zum Zeitpunkt 42 wird durch Schließen von Schalter 13 an die Primärwicklung des Transformators 18 eine entgegengesetzt gepolte Spannung gelegt, wodurch der Kern des Transformators 18 während der Schaltdauer 39 des Schalters 13 in die entgegen­ gesetzte Richtung ummagnetisiert wird. Zum Zeitpunkt 43 wird der Umladevorgang durch Wegnahme des Spannungssignals am Transformator 18 aufgrund des Öffnens von Schalter 13 beendet und die momentane Magnetisierung des Transformators 18 bleibt bis zum Zeitpunkt 44 konstant. Zum Zeitpunkt 44 beginnt eine weitere Periode der Schaltfrequenz, wodurch sich der Ablauf zwischen den Zeitpunkten 40 und 44 wiederholt.

Die zuvor beschriebene Speicherung der Magnetisierung innerhalb der Zeitpunkte 41, 42 und 43, 44 setzt einen Laststrom durch den Verbraucher 21 voraus.

Im Leerlauf sind die Verhältnisse etwas anders, wie die in Diagramm 31 mit strich­ lierten Linien dargestellte Magnetisierungskurve 37 zeigt. Hier kann nach dem Öffnen der Schalter 12, 13 ab den Zeitpunkten 41, 43 der Magnetisierungsstrom nicht auf die Sekundärseite des Transformators 18 kommutieren. Er muß in der Primärwicklung des Transformators 18 weiterfließen und kommutiert aus dem abschaltenden Schalter 12 oder 13 in eine antiparallel geschaltete, wie in Fig. 1 mit strichlierten Linien darge­ stellte Freilaufdiode 45, 46 des jeweils anderen Schalters 12 oder 13. Dadurch kehrt sich bereits nach jedem Zeitpunkt 41, 43 die Polarität des in Diagramm 30 mit strich­ lierten Linien dargestellten Spannungssignals 36 um, wodurch auch die Magnetisie­ rung in die andere Richtung beginnt.

Das im folgenden beschriebene Verfahren zur Vermeidung von Gleichmagnetisierung des Kerns des Transformators 18 funktioniert auch in diesem Fall.

Wie im vorherigen beschrieben, ergibt sich die Magnetisierung des Kerns des Transfor­ mators 18 - Diagramm 31 - aus dem Spannungssignal 36 an der Primärseite des Trans­ formators 18 - Diagramm 30 -, das sich wiederum aus den Schaltzuständen 34, 35 der Schalter 12, 13 - Diagramme 28, 29 - ergibt. Bei leicht unterschiedlichen Schaltdauern 38, 39 der Schalter 12, 13 ergeben sich unterschiedlich lange positive und negative Spannungsimpulse des Spannungssignales 36 - Diagramm 30. Sind also die positiven Impulse auch nur ein bißchen länger als die negativen, so wird die Magnetisierung des Transformators 18 immer positiver, bis dieser schließlich sättigt. Das gleiche gilt um­ gekehrt für längere Negativimpulse.

Schon im stationären Betrieb müssen also Maßnahmen gegen eine Gleichmagnetisie­ rung des Transformators 18 ergriffen werden, da immer Unsymmetrien im Schaltungs­ aufbau, wie z. B. unterschiedliche Kopplung der Transformatorwicklungen, vorhanden sind. Weitere Ursachen für die Entstehung einer Gleichmagnetisierung im stationären Betrieb sind unterschiedliche Signallaufzeiten vom Ausgang der Steuervorrichtung 24 zum Steuereingang des Schalters 12, 13 sowie kleine Ungenauigkeiten bei der Puls­ mustererzeugung der Steuervorrichtung 24 selbst. Einer auftretenden Gleichmagneti­ sierung wirken die Schalterkapazitäten und eventuell zusätzliche Kondensatoren eines Schaltentlastungsnetzwerkes entgegen, so daß bei sorgfältigem Aufbau und einem Luft­ spalt im Transformator 18 die Gleichmagnetisierung im stationären Betrieb in tolerier­ baren Grenzen gehalten werden kann.

Nicht beherrschbar ist auf diese Art die Gleichmagnetisierung zur Folge periodischer Änderung der Sollwertspannung 33, speziell bei der Regelung hochdynamischer Pro­ zesse, wie z. B. eines Schweißprozesses.

Fig. 3 stellt die erfindungsgemäße Arbeitsweise des Wechselrichters 1 - gemäß Fig. 1 - bei variierender Ausgangsgröße, also schwankender Sollwertspannung 33, dar und Fig. 4 zeigt das Spannungssignal 36 und die Magnetisierungskurve 37 des Transformators 18 bei gleicher Ausgangsgrößenänderung wie in Fig. 3, aber ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens.

Erfindungsgemäß wird während periodisch auftretender Prüfdauern 47, 48, 49, 50, 51, die im dargestellten Fall der halben Periodendauer der Schaltfrequenz der Schalter 12, 13 entsprechen, die Änderung der Sollwertspannung 33 überwacht. Tritt z. B., wie in Diagramm 27 gezeigt, während der zum Zeitpunkt 40 beginnenden und zum Zeitpunkt 41 abgeschlossenen Prüfdauer 48 eine Änderung der Sollwertspannung 33 ein, wird regelnd in die Ausschaltzeitpunkte der Schalter 12 bzw. 13 eingegriffen.

Aufgrund dieser registrierten Änderung der Sollwertspannung 33 wird die Schaltdauer 38 für den während dieser Prüfdauer 48 zu schaltenden Schalter 12 vorerst von der Schaltdauer 38 des Schalters 12 der unmittelbar vorangegangenen Prüfdauer 47 be­ stimmt. Die geforderte Höhe der Ausgangsgröße des Wechselrichters 1 wird wiederum durch die zum Zeitpunkt 42 auftretende Spannungsgleichheit zwischen dem Rampen­ signal 32 und der Sollwertspannung 33 erkannt und die verstrichene Zeit zwischen dem Zeitpunkt 40 und dem Zeitpunkt 42 ermittelt. Aus dieser Zeit und der übernom­ menen Schaltdauer 38 des Schalters 12 während der Prüfdauer 47 wird der Mittelwert gebildet und als gemittelte Schaltdauer 39 für den Schalter 13 ab dem Zeitpunkt 41 verwendet.

Zum Zeitpunkt 43 beginnt die weitere Prüfdauer 49 der Sollwertspannung 33, wobei die Schaltdauer 38 des anzusteuernden Schalters 12 vom zuvor ermittelten Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 40 und 42, also durch den geforderten Wert der Ausgangs­ größe, bestimmt wird. Gleichzeitig wird während dieser zum Zeitpunkt 43 beginnen­ den Prüfdauer 49 eine neuerliche Schwankung, im dargestellten Fall eine Verkleine­ rung, der Sollwertspannung 33 erkannt, wodurch sich die Schaltdauer 39 des Schalters 13 ab dem Zeitpunkt 44 aus dem Mittelwert der während der Prüfdauer 48 eigentlich geltenden Schaltdauer des Schalters 12 innerhalb der Zeitpunkte 40, 42 und dem wäh­ rend der Prüfdauer 49 ermittelten Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt 43 und einem Zeitpunkt 52, also dem Maß für den neuen Wert der Ausgangsgröße, ergibt.

Zu einem Zeitpunkt 53 beginnt die Prüfdauer 50, in der wiederum die Zeitdauer ab dem Beginn der Prüfdauer 50 bis zu einem Schnittpunkt des Rampensignales 32 mit der Sollwertspannung 33 zu einem Zeitpunkt 54 ermittelt wird. Aus dieser Zeit und der während der unmittelbar vorangegangenen Prüfdauer 49 geltenden Zeitdauer innerhalb der Zeitpunkte 43 und 52 - also der eigentlich vorgesehenen Schaltdauer des Schalters 12 - wird wieder der Mittelwert gebildet und als gemittelte Schaltdauer 39 für den Schalter 13 ab einem Zeitpunkt 55 verwendet.

In der ab einem Zeitpunkt 56 beginnenden Prüfdauer 51 wiederholt sich der zuvor be­ schriebene Ablauf. Es wird also wiederum die während der vorangegangenen Prüf­ dauer 50 eigentlich geltende Schaltdauer des Schalters 12 innerhalb der Zeitpunkte 53 und 54 als Schaltdauer 38 ab dem Zeitpunkt 56 ausgegeben und gleichzeitig die wäh­ rend dieser Prüfdauer 51 verstrichene Zeit ab dem Zeitpunkt 56 - also dem Nullspan­ nungspunkt des Rampensignales 32 - und einem Zeitpunkt 57 - der Spannungsgleich­ heit zwischen Rampensignal 32 und Sollwertspannung 33 - ermittelt und mit der eigentlich geltenden Schaltdauer während der Prüfdauer 50 innerhalb der Zeitpunkte 53 und 54 gemittelt und als gemittelte Schaltdauer 39 für den Schalter 13 ab einem Zeitpunkt 58 ausgegeben.

Das zuvor beschriebene Verfahren wird dabei während der gesamten Betriebszeit des Wechselrichters 1 angewandt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, bzw. vorteilhafter, das erfindungsgemäße Steuerverfahren digital zu realisieren, da dadurch ein einfacherer und auch betriebs­ sicherer Aufbau der Steuervorrichtung 24 erreicht wird als dies mit der analogen Rea­ lisierung mit dem Rampensignal 32 der Sollwertspannung 33, Komparatoren und Zeit­ meßgliedern möglich ist.

Bei einer digitalen Realisierung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens müßten an­ stelle der Prüfdauern 47 bis 51 Abtastzeitpunkte 59 bis 63 festgelegt werden, die im dargestellten Fall kurz vor dem Beginn der negativen Spannungsimpulse am Transfor­ mator 18 - Diagramm 28-, also kurz vor den Einschaltzeitpunkten des Schalters 13, liegen.

Zu diesen Abtastzeitpunkten 59 bis 63 liest die Steuervorrichtung 24 den aktuellen Wert der Sollwertspannung 33 ein.

Dabei wurden vor dem Abtastzeitpunkt 59 jeweils kleine und gleiche Werte der Soll­ wertspannung 33 registriert, wodurch immer jeweils relativ kurze und gleich lange Schaltdauern 38, 39 der Schalter 12, 13 entstanden sind.

Durch die kontinuierliche Abtastung der Sollwertspannung 33 wird auch die zum Zeit­ punkt 40 bereits eingetretene Schwankung derselben erkannt, wodurch wiederum die Schaltdauer 38 für den ab diesem Zeitpunkt 40 zu schaltenden Schalter 12 durch den gespeicherten alten Wert der Sollwertspannung 33 zum Abtastzeitpunkt 59 bestimmt wird.

Zum Abtastzeitpunkt 60 liest die Steuervorrichtung 24 erneut einen Wert der Sollwert­ spannung 33 ein. Die Pulsweise des jetzt folgenden negativen Impulses errechnet die Steuervorrichtung 24 aus dem gespeicherten alten Wert der Sollwertspannung 33 zum Abtastzeitpunkt 59 und dem gerade neu eingelesenen durch einfache Mittelwertbil­ dung der diesen Werten entsprechenden Pulsweiten. Der zum Zeitpunkt 43 beginnende positive Impuls entspricht dann bereits dem Wert der zum Abtastzeitpunkt 60 einge­ lesenen Pulsweite.

Zum Abtastzeitpunkt 61 wird wieder ein aktueller Wert der Sollwertspannung 33 ein­ gelesen und mit dem gespeicherten alten und zum Abtastzeitpunkt 60 geltenden Wert gemittelt und als gemittelte Schaltdauer 39 für den Schalter 13 ab dem Zeitpunkt 44 verwendet. Der zum Zeitpunkt 53 beginnende positive Impuls besitzt dann die dem Wert zum Abtastzeitpunkt 61 entsprechende Pulsweite.

Zum Abtastzeitpunkt 62 wird wieder ein aktueller Wert der Sollwertspannung 33 be­ stimmt, mit dem vorangegangenen Wert zum Abtastzeitpunkt 61 gemittelt, zum an­ schließenden Zeitpunkt 55 wird die dem gemittelten Wert entsprechende Pulsweite bzw. Schaltdauer 39 ausgegeben und ab einem Zeitpunkt 56 wird die Änderung der Ausgangsgröße wieder komplettiert.

Das gleiche zuvor beschriebene Verfahren wird auch für den Abtastzeitpunkt 63 und alle nachfolgenden Abtastzeitpunkte verwendet.

Diagramm 29 zeigt den Magnetisierungsverlauf des Kerns des Transformators 18 bei den dargestellten Schwankungen der Sollwertspannung 33 unter Anwendung der er­ findungsgemäßen Steuermethode.

Man erkennt an der Magnetisierungskurve 37, daß durch das erfindungsgemäße Steuer­ verfahren der Kern des Transformators 18 immer nur soweit aufmagnetisiert wird, wie er in der nächsten Schaltperiode wieder ummagnetisiert werden kann. Der zum Zeit­ punkt 41 beginnende Spannungsimpuls wurde also derart verkürzt, daß die Magnetisie­ rung während des folgenden, zum Zeitpunkt 43 beginnenden positiven Impulses, der bereits dem neuen Sollwert entspricht, auf den gleich großen positiven Wert ansteigt.

Gleiches gilt bei einer Verringerung der Ausgangsgröße bzw. der Sollwertspannung 33. Durch die erfindungsgemäße Ermittlung der Pulsweite des ab dem Zeitpunkt 44 be­ ginnenden negativen Spannungsimpulses in Diagramm 28 wird der Kern des Transfor­ mators 18 auf jenen Wert ummagnetisiert, wie der zum Zeitpunkt 53 beginnende posi­ tive Spannungsimpuls, der dem neuen Sollwert entspricht, wieder gleichwertig umzu­ magnetisieren vermag.

Man erkennt, daß die Magnetisierung des Transformators 18 - Diagramm 29 - weder nach der Schaltperiode, in der eine Aufregelung der Ausgangsgröße erfolgt, noch nach der Schaltperiode, in der eine Abregelung der Ausgangsgröße erfolgt, einen Gleichan­ teil aufweist. Weiters kann durch das erfindungsgemäße Steuerverfahren trotz einer Aufregelung von 0 auf maximale Pulsweite der Spannungsimpulse an der Primärseite des Transformators 18 innerhalb einer Schaltperiode die Magnetisierung des Kerns des Transformators 18 nicht mehr jenen Wert übersteigen, der sich im stationären Betrieb für die maximale Pulsweite der Ausgangsgröße einstellen würde.

Die Magnetisierung, die im stationären Betrieb bei maximaler Pulsweite und ohne dem Vorhandensein eines Gleichanteiles auftreten kann, wird in Hinkunft als die maximale Stationärmagnetisierung bezeichnet.

Fig. 4 zeigt das Spannungssignal 36 und die daraus resultierende Magnetisierungs­ kurve 37 des Kerns des Transformators 18 für eine geforderte Ausgangsgrößenände­ rung - gemäß Diagramm 27 in Fig. 3 - ohne Anwendung des erfindungsgemäßen An­ steuerungsverfahrens der Schalter 12, 13.

Hierbei ist aus Diagramm 31 ersichtlich, daß durch die zum Zeitpunkt 40 bereits einge­ leitete Sollwertänderung die Magnetisierung auf einen Wert ansteigt, der bei einer an­ genommen jetzt gleichbleibenden Höhe der Ausgangsgröße bzw. der Sollwertspannung 33 zumindest kurzfristig nicht mehr abgebaut werden kann bzw. auf den gleich großen gegensätzlichen Wert umgepolt werden kann.

Diese Magnetisierungskurve 37 weist also Gleichanteile auf, die durch die zu den Zeit­ punkten 40 und 53 bereits eingeleiteten Aufregelungen der Höhe der Ausgangsgröße bzw. der Sollwertspannung 33 hervorgerufen werden.

Im schlechtesten Fall wird hier bei einer Aufregelung der Pulsweite von 0 auf die maximale Höhe, welche der halben Periodendauer der Schaltfrequenz der Schalter 12, 13 entspricht, der Kern des Transformators 18 auf den doppelten Wert der maximalen Stationärmagnetisierung aufmagnetisiert. Der Kern des Transformators 18 wird dabei nur in einer Richtung magnetisiert und muß für diesen Fall dimensioniert werden. Ein wesentlicher Vorteil des Gegentaktwandlers geht verloren.

Zusammenfassend ist daher erkennbar, daß ohne erfindungsgemäßem Steuerverfahren der Kern des Transformators 18 aufgrund der Gleichanteile in der Magnetisierungs­ kurve 37 stets höher magnetisierbar sein muß und daher Sättigungsgrenzen des Trans­ formators 18 ohne erfindungsgemäßem Steuerverfahren höher liegen müssen, um den Kern des Transformators 18 nicht in die Sättigung zu treiben.

Fig. 5 zeigt eine Prinzipschaltung eines Wechselrichters 1, entsprechend Fig. 1, in Vollbrückenbauweise, wobei für die selben Teile die selben Bezugszeichen verwendet werden. Die Kondensatoren 8, 9 werden dabei für einen Wechselrichter 1 in Vollbrüc­ kenbauweise durch Schalter 64, 65 ersetzt, welche über Steuerleitungen 66, 67 von der Steuervorrichtung 24 ansteuerbar sind.

Die Ansteuerung der Schalter 12, 13, 64, 65 durch die Steuervorrichtung 24 erfolgt im dargestellten Fall abwechselnd paarweise, wobei die Schalter 12, 65 bzw. die Schalter 13, 64 gemeinsam angesteuert werden. Vorrichtungen und/oder Maßnahmen zur Ver­ hinderung von Brückenkurzschlüssen, d. h. die Schalter 12, 13 und/oder die Schalter 64, 65 befinden sich gleichzeitig in leitendem Zustand, sind wirkungsvoll in der Steuervorrichtung 24 integriert.

Die verstrichene Zeit zwischen dem Öffnen eines Schalterpaares, z. B. der Schalter 12, 65, und dem Schließen des anderen Schalterpaares, demzufolge der Schalter 13, 64, ist dabei ein Maß für die Ausgangsleistung der Wechselspannung an der Sekundärseite des Transformators 18 und die verstrichene Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansteuerungen desselben Schalterpaares, z. B. der Schalter 12, 65, ein Maß für die Fre­ quenz der Wechselspannung an der Primär- und Sekundärseite des Transformators 18.

Im Gegensatz zum Wechselrichter 1 in Halbbrückenbauweise wird hier der Transfor­ mator 18 durch das Schließen der Schalter 12, 65 bzw. 13, 64 bei angenommen verlust­ freier Durchschaltung derselben an die volle Höhe der vom Gleichrichter 4 an die Ver­ sorgungsleitungen 2, 3 gelegten Gleichspannung geschaltet. Die Amplitude der Wech­ selspannung an der Sekundärseite des Transformators 18 kann in bekannter Weise durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Trans­ formators 18 bestimmt werden.

Die an der Sekundärseite des Transformators 18 induzierte Wechselspannung wird über die Mittelpunktschaltung 20 gleichgerichtet, wodurch eine entsprechend der Schaltfrequenz und der Schaltdauern der Schalter 12 und 65 bzw. 13 und 64 pulsie­ rende Gleichspannung entsteht und über einen zwischengeschalteten induktiven Ener­ giespeicher dem Verbraucher 21 zugeführt wird.

Fig. 6 zeigt entsprechend Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Steuerungsablauf des Wech­ selrichters 1 in Vollbrückenbauweise für die in Diagramm 27 dargestellte, geforderte Ausgangsgrößenänderung und die daraus resultierende Magnetisierungskurve 37 des Kerns des Transformators 18, wobei für die gleichen Diagramme die gleichen Bezugs­ zeichen verwendet werden.

Fig. 7 zeigt die Magnetisierungskurve 37 des Kerns des Transformators 18 ohne An­ wendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens des Wechselrichters 1 im Zeit­ verhalten nach Fig. 6.

Diagramm 27 veranschaulicht dabei innerhalb von Zeitpunkten 40, 41 den, wie in Fig. 2 beschrieben, stationären Betriebszustand des Wechselrichters 1, wobei dieser im dar­ gestellten Fall mit relativ niedriger Höhe der Ausgangsgröße betrieben wird und daher in Diagramm 28 gezeigte Impulse 68 relativ kurzer und gleicher Pulsweite entstehen. Dies bedingt wiederum die in Diagramm 29 und Diagramm 30 gezeigte Magnetisie­ rung des Kerns des Transformators 18, entsprechend der Stromflußrichtung in der Primär- bzw. Sekundärwicklung des Transformators 18.

Dabei ist ersichtlich, daß aufeinanderfolgende Amplituden 69 der Magnetisierungs­ kurven 37 des Kerns des Transformators 18 bei erfindungsgemäßer Ansteuerung in Diagramm 29 und ohne erfindungsgemäßer Ansteuerung in Diagramm 30 im statio­ nären Betriebszustand innerhalb der Zeitpunkte 40 und 41 bezüglich der Zeitachse gleich hoch sind - der Kern weist also keinen Gleichmagnetisierungsanteil auf.

In der Praxis tritt durch unterschiedliche Kopplung der Sekundärwicklungen zur Pri­ märwicklung, unterschiedliche Schaltzeiten der Schalter 12, 13, 64, 65, Unsymmetrien im Schaltungsaufbau, etc. schon im stationären Betriebszustand eine Gleichmagnetisie­ rung des Transformators 18 auf, die aber z. B. schon durch Schaltentlastungsmaßnah­ men für die Schalter 12, 13, 64, 65 kompensiert werden kann. Sämtliche den stationä­ ren Betriebszustand des Wechselrichters 1 zeigende Figuren sind also derart darge­ stellt, daß die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Vermeidung von Gleichmagnetisierung im stationären Betriebszustand wirksam im Wechselrichter 1 implementiert sind.

Die zum Zeitpunkt 41 eingeleitete Erhöhung der Sollwertspannung 33 muß auch eine Vergrößerung einer Pulsweite 70 der Impulse 68 in Diagramm 28 nach sich ziehen. Zum Zeitpunkt 42 ist die Erhöhung der Sollwertspannung 33 abgeschlossen, wodurch die Steuervorrichtung 24 die geforderte Höhe der Ausgangsgröße erkennt.

Aus der ab dem Zeitpunkt 42 neu festgelegten Höhe der Ausgangsgröße des Wechsel­ richters 1, insbesondere aus einer dieser Höhe der Ausgangsgröße entsprechenden Pulsweite 71 und der unmittelbar vor der Ausgangsgrößenänderung zum Zeitpunkt 41 geltenden Pulsweite 70 wird der arithmetische Mittelwert gebildet und als Pulsweite 72 für einen zum Zeitpunkt 43 beginnenden Impuls 73 verwendet. Dadurch wird, wie aus Diagramm 29 ersichtlich, der Kern des Transformators 18 nur während der be­ rechneten, verkürzten Pulsweite 72 des Impulses 73 magnetisiert.

In Fig. 7 hingegen wird, wie aus Diagramm 30 ersichtlich, der Kern des Transforma­ tors 18 über eine Zeitdauer 74 bis zu einem Zeitpunkt 75 entsprechend einer konstant linearen Funktion aufmagnetisiert. Eine Amplitude 76 der Magnetisierungskurve 37 im Diagramm 30 ist daher fast doppelt so hoch wie eine Amplitude 77 der Magnetisie­ rungskurve 37 im Diagramm 29.

Der ab dem Zeitpunkt 42 bis zu einem Zeitpunkt 78 andauernde stationäre Betriebszu­ stand höherer Ausgangsgröße bewirkt dann erfindungsgemäß ab einem Zeitpunkt 79 Impulse 80, die der geforderten Höhe der Ausgangsgröße entsprechen, also die Puls­ weite 71 besitzen.

An der Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 29 ist zu erkennen, daß zum Zeitpunkt 79 aufgrund des umgekehrten Stromflusses in der Primärwicklung des Transformators 18 wiederum eine Ummagnetisierungsphase des Kerns des Transformators 18 einge­ leitet wird und während der geltenden Pulsweite 71 andauert. Die unipolar höhere Auf­ magnetisierung des Kerns des Transformators 18 im Diagramm 30, also die Amplitude 76 der Magnetisierungskurve 37, kann während der Pulsweiten 71 nicht mehr auf einen gleich großen entgegengesetzten Wert der Amplitude 76 ummagnetisiert werden, sondern nur mehr auf den Wert entsprechend einer Amplitude 81.

Die Magnetisierungskurve 37 des Kerns des Transformators 18 in Diagramm 29 hinge­ gen veranschaulicht Magnetisierungsvorgänge, dessen Amplituden 77 beider Polaritä­ ten gleich hoch sind, also stets eine Symmetrie bezüglich der Zeitachse besitzen.

Die Höhe der Amplituden 77 der Magnetisierungskurve 37 bezüglich der Zeitachse in Diagramm 29 ist daher nach einer erfolgten Ausgangsgrößenänderung auf eine be­ stimmte Höhe stets kleiner als die Höhe der Amplituden 76 der Magnetisierungskurve 37 bezüglich der Zeitachse in Diagramm 30 bei gleicher Ausgangsgrößenänderung.

Bei Betrieb des Wechselrichters 1 ohne erfindungsgemäßem Steuerverfahren gemäß Diagramm 30 müssen also Sättigungsgrenzen 82, 83 des Transformators 18, dargestellt durch strichpunktierte Linien, trotz gleich hoher Ausgangsgrößen z. B. gleicher zu übertragender Leistung bezüglich der Zeitachse höher liegen als Sättigungsgrenzen 84, 85 bei erfindungsgemäßer Ansteuerung des Wechselrichters 1 gemäß Diagramm 29, um den Transformator 18 nicht in die Sättigung zu steuern. Dies bedeutet aber einen größer dimensionierten und somit schwereren und teureren Transformator 18.

Die Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 30 weist also innerhalb der Zeitpunkte 43 bis 78 aufgrund des Ausgangsgrößensprunges einen Gleichanteil auf, was bedeutet, daß die Magnetisierungskurve 37 unipolar höher ist und somit die Sättigungsgrenzen 82, 83 des Transformators 18 höher als die Sättigungsgrenzen 84, 85 festgesetzt wer­ den müssen, um diese nicht überschreiten zu können.

Zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Auswirkungen wurden aber die Sättigungs­ grenzen 82, 83 und 84, 85 in den Diagrammen 30 und 29, wie auch in allen folgenden und entsprechenden Diagrammen, immer jeweils gleich hoch dargestellt.

Obwohl dieser Gleichmagnetisierungsanteil des Kerns des Transformators 18 oder, anders gesagt, der Offset der Magnetisierungskurve 37 bezüglich der Zeitachse tran­ sient abklingt, also nach mehreren Perioden der Schaltfrequenz nicht mehr vorhanden ist, muß entweder der Transformator 18 für diese doppelte Höhe der Magnetisierung ausgelegt werden, um ein Fehlverhalten des Wechselrichters 1 infolge Sättigung des Transformators 18 zu vermeiden, oder die Regelung des Sollwertes bzw. der Ausgangs­ größe verlangsamt werden, da je geringer die Sollwertänderung in einer Schaltperiode ist, umso geringer wird die dadurch verursachte transiente Gleichmagnetisierung bei nicht erfindungsgemäßer Ansteuerung.

Die ab dem Zeitpunkt 78 eingeleitete Ausgangsgrößenänderung in Form einer Verklei­ nerung der Ausgangsgröße ist bis zu einem Zeitpunkt 86 abgeschlossen, wodurch die Steuervorrichtung 24 die neue Höhe der Ausgangsgröße erkennt und somit auch eine dieser Höhe der Ausgangsgröße entsprechende Pulsweite 87 bekannt ist. Zur Verhin­ derung der Gleichmagnetisierung des Kerns des Transformators 18 muß auch eine Aus­ gangsgrößenverkleinerung unter Zwischenschaltung eines Impulses 88 mit einer Puls­ weite 89, die sich wiederum, wie zuvor bereits beschrieben, aus dem arithmetischen Mittelwert der Pulsweite 87 für die geforderte aktuelle Höhe der Ausgangsgröße und der Pulsweite 71 für die Höhe der Ausgangsgröße vor der Ausgangsgrößenänderung zum Zeitpunkt 78 bildet, erfolgen. Dadurch sind aufeinanderfolgende Amplituden 90 der Magnetisierungskurve 37 im Diagramm 29 trotz einer erfolgten Ausgangsgrößen­ änderung bezüglich der Zeitachse jeweils gleich hoch - die Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 29 weist also keinen Gleichanteil oder Offset auf.

Ist nämlich, wie in Fig. 7 in strichlierten Linien dargestellt, nach einer gewissen Zeit­ dauer, also nach mehreren Schaltperioden der Schalter 12, 13, 64, 65, der Gleichmag­ netisierungsanteil der Magnetisierungskurve 37 abgeklungen, so verursacht auch die Ausgangsgrößenverkleinerung ohne erfindungsgemäße Ansteuerung eine Verschie­ bung der Magnetisierungskurve 37 bezüglich der Zeitachse, wie aus Diagramm 30 anhand der in strichlierten Linien dargestellten Magnetisierungskurve 37 ab einem Zeitpunkt 91 ersichtlich ist. Dabei ist auch ersichtlich, daß durch die erfolgte Aus­ gangsgrößenverkleinerung die Magnetisierungskurve 37, beginnend ab dem Zeitpunkt 91, unipolar negativ verläuft und die unipolare Magnetisierung ab der zu einem Zeit­ punkt 92 eingeleiteten Ausgangsgrößenerhöhung noch vergrößert wird, wodurch die Sättigungsgrenze 83 des Transformators 18 bereits überschritten wird.

Bei erfindungsgemäßer Ansteuerung gemäß Diagramm 29 bleiben hingegen aufein­ anderfolgende Amplituden 77, 90 der Magnetisierungskurve 37 nach einer Ausgangs­ größenänderung bezüglich der Zeitachse gleich hoch und unipolare Aufschaukelungen der Magnetisierungskurve 37, die zu einem raschen Überschreiten der Sättigungsgren­ zen 84, 85 des Transformators 18 nach wenigen Schaltperioden der Schalter 12, 13, 64, 65 führen würden, werden verhindert.

Fig. 8 zeigt Diagramme 27, 28, 29 des Wechselrichters 1 - gemäß Fig. 5 - bei Anwen­ dung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens, wobei jede Halbperiode der Schaltfre­ quenz ein neuer Sollwert der Ausgangsgröße in die Steuervorrichtung 24 eingelesen wird und bei dem die geforderte Höhe der Ausgangsgröße des Wechselrichters 1, dar­ gestellt durch die Sollwertspannung 33 in Diagramm 27, stark variiert.

Fig. 9 zeigt Diagramme 30, 31 des Wechselrichters 1 bei der Ausgangsgrößenänderung gemäß Diagramm 27, aber ohne erfindungsgemäße Ansteuerung desselben.

Aus der Zusammenschau der Fig. 8 und 9 ist daher eine Gegenüberstellung bzw. ein Vergleich zwischen erfindungsgemäßer Ansteuerung und aus dem Stand der Technik bekannter Ansteuerung des Wechselrichters 1 möglich.

Die Steuervorrichtung 24 tastet zu Abtastzeitpunkten 93 bis 101, dem Beginn jeder Halbperiode der Schaltfrequenz, die Sollwertspannung 33 ab und liest die gewonnenen Sollwerte in die Steuervorrichtung 24 ein.

Die Sollwertspannung 33 schwankt hierbei innerhalb minimaler bzw. keiner und maxi­ maler Höhe der Ausgangsgröße, was den Werten 0% und 100% auf der Ordinate des Diagramms 27 entspricht.

Zum Abtastzeitpunkt 93 liest die Steuervorrichtung 24 den Wert "0" ein, wodurch so­ wohl bei erfindungsgemäßem Steuerverfahren als auch bei aus dem Stand der Technik bekannter Steuerung des Wechselrichters 1 an die Primärseite des Transformators 18, wie aus den Diagrammen 28 bzw. 30 ersichtlich ist, keine Spannung gelegt wird, also der Transformator 18 keine elektrische Leistung überträgt.

Beim darauffolgenden Abtastzeitpunkt 94 ist die Sollwertspannung 33 jedoch auf die maximale Höhe angestiegen und erfindungsgemäß wird daher, wie zuvor bereits be­ schrieben, der aktuell zum Abtastzeitpunkt 94 eingelesene Sollwert mit dem unmittel­ bar zuvor zum Abtastzeitpunkt 93 eingelesenen, gespeicherten Sollwert gemittelt. Aus der Mittelung des Wertes "100" und "0" ergibt sich "50", wodurch das ab dem Abtast­ zeitpunkt 94 anzusteuernde Schalterpaar, in diesem Fall die Schalter 12, 65, während 50% der maximalen Einschaltdauer, die der halben Periodendauer der Schaltfrequenz der Schalter 12, 65 und 13, 64 entspricht, angesteuert wird.

Ohne erfindungsgemäße Steuerung laut Diagramm 30 wird die volle Höhe der Aus­ gangsgröße unmittelbar ausgegeben, wodurch das entsprechende Schalterpaar, also die Schalter 12, 65 des Wechselrichters 1, während der halben Periodendauer der Schalt­ frequenz der Schalter 12, 65 und 13, 64 angesteuert werden muß. Die Sättigungsgren­ zen 82, 83 in Diagramm 31, welche der maximalen Stationärmagnetisierung des Trans­ formators 18 entsprechen, müßten daher doppelt so hoch liegen, um den Transformator 18 nicht in die Sättigung zu treiben.

Im Diagramm 29 hingegen wird die maximale Stationärmagnetisierung, die auch hier mit den Sättigungsgrenzen 84, 85 übereinstimmt, trotz einer Aufregelung von 0 auf maximale Höhe der Ausgangsgröße nicht überschritten.

Zum Abtastzeitpunkt 95 ist die Sollwertspannung 33 dann auf 50% der maximalen Höhe abgesunken und die Steuervorrichtung 24 berechnet aus diesem Wert und dem unmittelbar zuvor zum Abtastzeitpunkt 94 eingelesenen Wert 100% den Mittelwert mit dem Ergebnis "75" und steuert das entsprechende Schalterpaar, also die Schalter 13, 64, während 75% der maximal möglichen Schaltdauer für ein Schalterpaar an. Die Magnetisierungskurve 37 wandert daher während dieses Impulses aufgrund der umge­ kehrten Stromflußrichtung im Transformator 18 in den anderen Polaritätsbereich. Ohne erfindungsgemäßem Steuerverfahren, wie aus der Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 31 ersichtlich, kann aufgrund der Direktausgabe des zum Abtastzeitpunkt 95 gültigen Abtastwertes die in der vorigen Halbperiode der Schaltfrequenz erfolgte Aufmagnetisierung nicht mehr ummagnetisiert, sondern nur mehr bis zur Sättigungs­ grenze 82 abgebaut werden. Die Magnetisierungskurve 37 im Diagramm 31 weist also bereits nach einer Schaltperiode einen Gleichanteil in der Höhe der Sättigungsgrenze 82 auf.

Zum Abtastzeitpunkt 96 wird der Abtastwert "50" ein gelesen und die Steuervorrich­ tung 24 berechnet erfindungsgemäß mit dem vorherigen Abtastwert, ebenfalls "50", den Mittelwert "50" und gibt einen Impuls mit 50% der Maximalpulsweite aus. Da­ durch steigt die Magnetisierungskurve 37 im Diagramm 29 ab dem Abtastzeitpunkt 96 auf den vor dem Abtastzeitpunkt 96 geltenden Magnetisierungswert anderen Vorzei­ chens an - die Magnetisierungskurve 37 weist also keinen Gleichanteil auf. Ohne er­ findungsgemäßem Steuerverfahren wird laut Diagramm 31 der zuvor aufmagnetisierte Gleichanteil der Magnetisierungskurve 37 nicht mehr abgebaut und die Sättigungs­ grenze 82, deren Höhe der maximalen Stationärmagnetisierung entspricht, trotz rela­ tiv niedriger Sollwertspannung 33 bzw. Ausgangsgröße nochmals überschritten.

Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Pulsweitenberechnung bzw. die Einschalt­ dauerberechnung der Schalterpaare bzw. Schalter 12, 65 und 13, 64 wiederholt sich, wie in den Diagrammen 28, 29 dargestellt, ab dem Abtastzeitpunkt 97 bis zum Abtast­ zeitpunkt 101 bzw. natürlich auch darüber hinaus. Die Magnetisierungskurve 37 über­ schreitet dabei aufgrund der Vermeidung von Gleichanteilen zu keinem Zeitpunkt die maximale Stationärmagnetisierung, also die Magnetisierung die im stationären Be­ triebszustand für die maximale Pulsweite auftritt und einen dreieckförmigen Verlauf der Magnetisierungskurve 37 zur Folge hätte.

Ohne erfindungsgemäßer Steuerung werden Sättigungsgrenzen 82, 83, die für die maximale Stationärmagnetisierung dimensioniert sind, deutlich überschritten, da die Magnetisierungskurve 37, wie aus Diagramm 31 ersichtlich ist, unipolar ansteigend verläuft und auch über mehrere Schaltperioden der Schaltfrequenz unipolar bleiben kann.

In Fig. 10 zeigt Diagramm 27 einen besonders kritischen Fall einer geforderten Aus­ gangsgrößenänderung bzw. einer Schwankung der Sollwertspannung 33 des Wechsel­ richters 1 - gemäß Fig. 5 - und das Spannungssignal 36 an der Primärseite des Trans­ formators 18 und die daraus resultierende Magnetisierungskurve 37 in den Diagram­ men 28, 29.

Fig. 11 zeigt in Diagramm 30 das Spannungssignal 36 und in Diagramm 31 die Mag­ netisierungskurve 37 des Transformators 18 bei aus dem Stand der Technik bekannter Steuerung des Wechselrichters 1 für die geforderte Ausgangsgrößenänderung gemäß Diagramm 27.

Vor und einschließlich bis zum Abtastzeitpunkt 93 wurde der Wechselrichter 1 im stationären Betriebszustand mit beispielsweise 50% der maximalen Höhe der Aus­ gangsgröße betrieben, wodurch aufgrund der Anwendung von aus dem Stand der Tech­ nik bekannten Maßnahmen zur Verhinderung der Gleichmagnetisierung im stationären Betriebszustand die Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 31 vorerst noch keinen Gleichanteil aufweist.

Bis zum nächsten Abtastzeitpunkt 94 ist die Sollwertspannung 33 auf den Maximal­ wert angestiegen, wodurch aufgrund der erfindungsgemäßen Schaltdauerberechnung für die Schalter 12, 65 an die Primärseite des Transformators 18 ein Spannungsimpuls mit 75% der Maximalpulsweite gelegt wird und daher die Magnetisierungskurve 37 bis zur Sättigungsgrenze 84 ansteigt.

Ohne erfindungsgemäßem Steuerverfahren wird - wie aus den Diagrammen 30, 31 er­ sichtlich - die Sättigungsgrenze 82, die wiederum der maximalen Stationärmagnetisie­ rung entspricht, aufgrund der Direktausgabe des zum Abtastzeitpunkt 94 gültigen Ab­ tastwertes überschritten.

Die bis zum Abtastzeitpunkt 95 auf den Wert "0" abgesunkene Sollwertspannung 33 ermöglicht keinen Abbau dieser unipolaren Aufmagnetisierung, da das andere Schalter­ paar, also die Schalter 13, 64, nicht angesteuert wird und so kein umgekehrter Strom­ fluß in der Primärwicklung des Transformators 18 zustande kommt. Die zum Abtast­ zeitpunkt 95 erreichte Höhe der Magnetisierungskurve 37 wird also beibehalten.

Die Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 29 hingegen fällt aufgrund der erfindungs­ gemäßen Pulsweitenberechnung bis zur Zeitachse ab.

Zum Abtastzeitpunkt 96 ist die Sollwertspannung 33 wieder auf ihren Maximalwert an­ gestiegen, wodurch die Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 29 wieder bis zur Sätti­ gungsgrenze 84 ansteigt.

Bei der Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 31 führt dies aber zu einem noch höhe­ ren Anstieg in positiver Richtung und zu einer deutlichen Überschreitung der Sätti­ gungsgrenze 82.

Periodische Schwankungen der geforderten Höhe der Ausgangsgröße bzw. der Soll­ wertspannung 33, welche zur Folgen haben, daß ein Schalterpaar immer länger als das andere Schalterpaar angesteuert wird, führten zu einer kontinuierlichen, unipolaren Er­ höhung der Magnetisierung und somit zu einer Sättigung des Transformators 18 nach wenigen Schaltperioden. Dieser stetig wachsende Gleichmagnetisierungsanteil des Transformators 18 ist also mit den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen ebenfalls nicht beherrschbar, da die Sättigungsgrenzen 82, 83 des Transformators 18 nicht unendlich hoch dimensioniert werden können oder diese periodischen Schwan­ kungen schlecht filterbar sind.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens können die Sättigungsgren­ zen 84, 85 trotz der starken periodischen Schwankungen der Sollwertspannung 33 auf die Höhe der maximalen Stationärmagnetisierung ausgelegt werden, was somit einen kleinen und dadurch leichten Transformator 18 ermöglicht.

Infolge ständigen Auf- und Abregelns der Ausgangsgröße des Wechselrichters 1 weist die Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 29 zwar einen transienten Gleichanteil auf, die maximale Stationärmagnetisierung kann aber auch hier nicht überschritten werden.

Gleiches gilt, wie ab dem Abtastzeitpunkt 97 bis zum Abtastzeitpunkt 101 gezeigt, für den negativen Bereich der Magnetisierung. In Diagramm 29 wird die Sättigungsgrenze 85 also wiederum zu keinem Zeitpunkt überschritten.

Ohne erfindungsgemäßem Steuerverfahren würde die Magnetisierungskurve 37 in Dia­ gramm 31 bei Fortsetzung der dargestellten Schwankungen der Sollwertspannung 33 ab dem Abtastzeitpunkt 101 rasch in den negativen Polaritätsbereich wandern und folg­ lich würde die Sättigungsgrenze 83 gleichermaßen deutlich überschritten werden.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens könnte bei einer digitalen Steuervorrichtung 24 das Rampensignal 32 z. B. einem aufwärts zählenden Zähler ent­ sprechen. Die Sollwertspannung 33 ist dabei ebenfalls durch einen weiteren auf- und abwärtszählenden Zähler gebildet. Bei einem Zählerüberlauf des dem Rampensignal 32 entsprechenden Zählers kann nun ein Schalterpaar bzw. ein Schalter solange einge­ schaltet werden, bis ein digitaler Komparator Gleichheit zwischen den Zähler ständen beider Zähler feststellt. Jedem Zählstand entspricht also eine bestimmte Pulsweite, dem maximalen Zähler stand entspricht die maximale Pulsweite bzw. Schaltdauer.

Bei einer weiteren digitalen Steuervorrichtung 24 könnte die Steuervorrichtung 24 einen Analog-Digitalwandler beinhalten, der die Sollwertspannung 33 zu den jewei­ ligen Abtastzeitpunkten 59 bis 63 und/oder 93 bis 101 digitalisiert und diese digitalen Werte dann einem Mikrocontroller zuführt, der die erfindungsgemäße Pulsweitenbe­ rechnung durchführt.

Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, die Steuerung digital zu realisieren. Alle haben aber gemeinsam, daß jedem digitalen Sollwert eine bestimmte Pulsweite zugeordnet wird. Diese Pulsweite wird aber nicht unverändert ausgegeben, wie dies bei aus dem Stand der Technik bekannter Steuerung eines Wechselrichters 1 der Fall ist. Der letzte Sollwert wird z. B. jeweils gespeichert und nach Einlesen des aktuellen Sollwertes ist er für die Ausgabe des darauf folgenden Impulses mitbestimmend.

Fig. 12 zeigt, daß das erfindungsgemäße Steuerverfahren natürlich auch bei einem Wechselrichter 1 in Vollbrückenbauweise gemäß Fig. 5 mit Phasenverschiebungssteue­ rung Anwendung finden kann.

Diese Phasenverschiebungssteuerung unterscheidet sich im wesentlichen von der zu­ vor beschriebenen Pulsweitensteuerung nur dadurch, daß in den Zeitintervallen, in denen die Spannung am Transformator 18 Null ist, entweder beide oberen Schalter 12, 64 oder beide unteren Schalter 13, 65 geschlossen sind. Zuvor waren für diesen Zu­ stand sämtliche Schalter 12, 13, 64, 65 ausgeschaltet.

Bei der Phasenverschiebungssteuerung sind im stationären Betriebszustand die Schal­ ter 12, 13 der ersten Halbbrücke bzw. die Schalter 64, 65 der zweiten Halbbrücke ab­ wechselnd gleich lange ein- und ausgeschaltet. Die Mittelpunkte 11, 15 jeder Halb­ brücke werden also durch deren Schalter 12, 13 bzw. 64, 65 abwechselnd gleich lange an die positive und die negative Versorgungsleitung 2, 3 nach dem Gleichrichter 4 ge­ legt. Die im stationären Betriebszustand gleiche Pulsweite der positiven und negativen Impulse an der Primär- und Sekundärseite des Transformators 18 wird durch die Phasenverschiebung α der beiden durch den Schaltvorgang gebildeten, rechteckför­ migen Spannungen an den Mittelpunkten 11, 15 bestimmt.

Bei α=0 zum Zeitpunkt 40 ist die resultierende Pulsweite ebenfalls Null, es liegt also keine Spannung am Transformator 18 an, wie aus dem Spannungssignal 36 in Dia­ gramm 29 ersichtlich ist. Bei α=180° sind die entstehenden Pulsweiten gleich der hal­ ben Periodendauer der Schaltfrequenz, was somit dem größtmöglichen Wert ent­ spricht. Die entstehende Pulsweite ergibt sich also direkt aus der Phasenverschiebung α, die unabhängig von den Einschaltdauern der Schalter 12, 13 bzw. 64, 65 jeden Wert (sinnvoll zwischen 0 und 180°) annehmen kann. Die Einschaltdauern aller Schalter 12, 13, 64, 65 sind im stationären Betrieb gleich lange und gleich der halben Perioden­ dauer der Schaltfrequenz - sie weisen dabei also ein Taktverhältnis von 50% auf. Da­ durch wird der Einsatz einfacher, verlustarmer Schaltentlastungsnetzwerke ermöglicht.

Zur Änderung der Phasenverschiebung α kann nun auf nur eine Halbbrücke durch Ver­ größerung und Verkleinerung der Schaltdauer der entsprechenden Schalter eingegrif­ fen werden oder aber auf beide Halbbrücken durch Vergrößerung der Schaltdauern der Schalter bei beiden Halbbrücken eingegriffen werden. Im ersteren Fall beträgt die kür­ zestmögliche Einschaltdauer der Schalter 12, 13 bzw. 64, 65 aufgrund des erfindungs­ gemäßen Steuerverfahrens ein Viertel der Periodendauer der Schaltfrequenz der Schal­ ter 12, 13; 64, 65. Im zweiteren Fall beträgt die Mindesteinschaltdauer der Schalter 12, 13; 64, 65 aufgrund des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens die halbe Periodendau­ er der Schaltfrequenz der Schalter 12, 13; 64, 65.

Da man also durch Eingriff auf beide Halbbrücken nachteilige Verkürzungen der Ein­ schaltdauern der Schalter 12, 13, 64, 65 vermeiden kann, ist dieser Fall in Fig. 12 dar­ gestellt. Dabei ist die Phasenverschiebung a also zum Zeitpunkt 40 zunächst Null, der neue Sollwert verlangt aber eine Phasenverschiebung α von 90°, was 50% der Maxi­ malpulsweite entspricht. Das erfindungsgemäße Steuerverfahren bewirkt nun ab einem Zeitpunkt 41 die entsprechende Vergrößerung einer Schaltperiode der zweiten Halb­ brücke, also eine Phasenverschiebung α um 45°, wie aus Diagramm 28 ersichtlich ist.

Zum Zeitpunkt 42 weisen die Brückenmittelpunktspannungen in den Diagrammen 27, 28, also die resultierenden Spannungen an den Mittelpunkten 11, 15 des Wechselrich­ ters 1, aufgrund der entsprechenden Vergrößerung der vorherigen Schaltdauer bereits die geforderte, komplettierte Phasenverschiebung α von 90° auf, ohne daß, wie aus der Magnetisierungskurve 37 in Diagramm 30 ersichtlich ist, ein Gleichanteil der Magne­ tisierung des Kerns des Transformators 18 auftritt.

Durch die gleichartige erfindungsgemäße Vergrößerung einer Schaltperiode der ersten Halbbrücke zu den Zeitpunkten 43 und 44 wird die zuvor erfolgte Phasenverschiebung von α = 90° wieder zurückgenommen, wie aus Diagramm 27 ersichtlich ist. Zum Zeit­ punkt 52 ist die Phasenverschiebung α also wieder 0, wodurch, wie aus Diagramm 29 ersichtlich ist, keine Spannung am Transformator 18 anliegt und weiters die Magneti­ sierungskurve 37 in Diagramm 30 aufgrund des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens keinen Gleichanteil aufweist. Zur Vergrößerung der Pulsweite wurde also beispiels­ weise auf die zweite Halbbrücke, zur Verkleinerung auf die erste Halbbrücke einge­ griffen.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens für den Wechselrichter 1 in Vollbrückenbauweise mit Phasenverschiebungssteuerung liefert also das gleiche vor­ teilhafte Ergebnis des Spannungssignals 36 und daher auch die gleiche Magnetisie­ rungskurve 37 wie bei der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen PWM-Ansteue­ rung.

Weiters ist das erfindungsgemäße Steuerverfahren auch bei anderen Typen von Kon­ vertern bzw. Wechselrichtern anwendbar, so z. B. für einen Wechselrichter, dessen Transformator eine Primärspule mit Mittelpunktanzapfung aufweist und dieser Mittel­ punkt mit einem Potential einer Gleichspannungsversorgung fix verbunden ist. Das zweite Potential der Gleichspannungsversorgung wird über nur einen Wechselschalter wechselweise an die verbleibenden Anschlüsse der beiden Primärwicklungen gelegt. Auch hier kann durch die erfindungsgemäße Pulsweitenberechnung eine Gleichmagne­ tisierung des Transformators vermieden werden.

Es gibt viele weitere sinnvolle Varianten des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens. Allen gemeinsam ist die Ausgabe von Pulsweiten bzw. Phasenverschiebungen, die we­ der dem letzten noch dem aktuellen Sollwert entsprechen, sondern dem arithmetischen Mittelwert aus beiden mit eventuellen Optimierfaktoren.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß es sich bei den Schaltungsbildern in Fig. 1 und 5 um schematische, vereinfachte Schaltungsbilder handelt, in welchen einzelne Schaltungsdetails, wie z. B. Schaltentlastungsmaßnahmen oder Maßnahmen zur Ver­ meidung von Kurzschlüssen, nicht dargestellt sind. Die Schalter 12, 13, 64, 65 sind üblicherweise durch aus dem Stand der Technik bekannte Halbleiterbauelemente ge­ bildet, wie z. B. Transistoren oder IGBT′s usw.

Bezugszeichenliste

1 Wechselrichter
2 Versorgungsleitung
3 Versorgungsleitung
4 Gleichrichter
5 Anschlußleitung
6 Anschlußleitung
7 Stromversorgungsnetz
8 Kondensator
9 Kondensator
10 Verbindungsleitung
11 Mittelpunkt
12 Schalter
13 Schalter
14 Verbindungsleitung
15 Mittelpunkt
16 Leitung
17 Anschluß
18 Transformator
19 Anschluß
20 Mittelpunktschaltung
21 Verbraucher
22 Steuerleitung
23 Steuerleitung
24 Steuervorrichtung
25 Eingabeeinheit
26 Rampengenerator
27 Diagramm
28 Diagramm
29 Diagramm
30 Diagramm
31 Diagramm
32 Rampensignal
33 Sollwertspannung
34 Schaltzustand
35 Schaltzustand
36 Spannungssignal
37 Magnetisierungskurve
38 Schaltdauer
39 Schaltdauer
40 Zeitpunkt
41 Zeitpunkt
42 Zeitpunkt
43 Zeitpunkt
44 Zeitpunkt
45 Freilaufdiode
46 Freilaufdiode
47 Prüfdauer
48 Prüfdauer
49 Prüfdauer
50 Prüfdauer
51 Prüfdauer
52 Zeitpunkt
53 Zeitpunkt
54 Zeitpunkt
55 Zeitpunkt
56 Zeitpunkt
57 Zeitpunkt
58 Zeitpunkt
59 Abtastzeitpunkt
60 Abtastzeitpunkt
61 Abtastzeitpunkt
62 Abtastzeitpunkt
63 Abtastzeitpunkt
64 Schalter
65 Schalter
66 Steuerleitung
67 Steuerleitung
68 Impuls
69 Amplitude
70 Pulsweite
71 Pulsweite
72 Pulsweite
73 Impuls
74 Zeitdauer
75 Zeitpunkt
76 Amplitude
77 Amplitude
78 Zeitpunkt
79 Zeitpunkt
80 Impuls
81 Amplitude
82 Sättigungsgrenze
83 Sättigungsgrenze
84 Sättigungsgrenze
85 Sättigungsgrenze
86 Zeitpunkt
87 Pulsweite
88 Impuls
89 Pulsweite
90 Amplitude
91 Zeitpunkt
92 Zeitpunkt
93 Abtastzeitpunkt
94 Abtastzeitpunkt
95 Abtastzeitpunkt
96 Abtastzeitpunkt
97 Abtastzeitpunkt
98 Abtastzeitpunkt
99 Abtastzeitpunkt
100 Abtastzeitpunkt
101 Abtastzeitpunkt

Claims (18)

1. Verfahren zur Steuerung von wechselweise an eine Gleichspannung geschal­ teten Transformatoren, insbesondere von pulsweitenmodulierten Halb- oder Vollbrückenkonvertern oder von phasenverschiebungsgesteuerten Vollbrückenkonvertern bzw. Wechselrichtern, wobei entweder eine Primärspule des Transformators oder die ver­ sorgende Gleichspannung wechselweise umgepolt wird und eine Zeitdauer, über die die Primärspule positiv oder negativ an den Gleichspannungskreis angeschlossen ist, von einer benötigten Höhe einer Ausgangsgröße eines an einer Sekundärwicklung des Transformators, bevorzugt über einen Gleichrichter angeschlossenen Verbrauchers ab­ hängt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitdauer eines unmittelbar auf eine gefor­ derte Änderung der Ausgangsgröße generierten Impulses nur entsprechend einem Teil der geforderten Änderung der Ausgangsgröße festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung der Zeitdauer des auf die geforderte Änderung der Ausgangsgröße unmittelbar folgen­ den Impulses in Abhängigkeit von einem einzigen Teil, insbesondere von einem Mittel­ wert der aktuell geforderten Höhe der Ausgangsgröße und der zuvor geforderten Höhe der Ausgangsgröße erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit­ dauer, während der die Primärspule des Transformators von der Gleichspannung ge­ speist wird, sowohl bei einer Erhöhung der Ausgangsgröße als auch bei einer Verklei­ nerung der Ausgangsgröße durch die Mittelwertbildung der aktuell geforderten Höhe der Ausgangsgröße und der unmittelbar zuvor geforderten Höhe der Ausgangsgröße berechnet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß trotz beliebiger Sollwertschwankungen der Ausgangsgröße eine maximale Stationärmagnetisierung, also jene Magnetisierung, die beim Betrieb mit konstanter, maximaler Höhe der Ausgangsgröße ohne dem Vorhandensein eines Gleichanteils in der Magnetisierung auftritt, zu keinem Zeitpunkt überschritten wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die geforderte Höhe der Ausgangsgröße bzw. der Sollwert der Aus­ gangsgröße während einer Schaltperiode, also jene Zeit, die verstreicht, bis der Trans­ formator wieder in gleicher Richtung stromdurchflossen wird, einmal ermittelt und verarbeitet wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die geforderte Höhe der Ausgangsgröße bzw. der Sollwert der Aus­ gangsgröße vor dem Beginn jeder Stromflußrichtungsänderung in der Primärspule er­ mittelt und verarbeitet wird, also einmal pro Halbperiode der Schaltfrequenz.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die geforderte Höhe der Ausgangsgröße bzw. der Sollwert der Aus­ gangsgröße durch Abtastzeitpunkte oder Prüfdauern einer die Höhe der Ausgangsgröße repräsentierenden Sollwertspannung ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Anschluß an die periodische Ermittlung der geforderten Höhe der Ausgangsgröße bzw. des Sollwertes der Ausgangsgröße der Impuls mit der gemit­ telten, berechneten Zeitdauer ausgegeben und gleichzeitig während der periodischen Ermittlung der Höhe der geforderten Ausgangsgröße die Ausgangsgrößenänderung komplettiert wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß periodische Änderungen der geforderten Höhe der Ausgangsgröße bzw. des Sollwertes der Ausgangsgröße, welche z. B. auch durch Störungen auf der die Höhe der Ausgangsgröße repräsentierenden Sollwertspannung gebildet sein können, zu keiner Aufmagnetisierung des Kerns des Transformators über den Wert der maximalen Stationärmagnetisierung führen können.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach einer Periodendauer der Schaltfrequenz die geforderte Aus­ gangsgrößenänderung vollständig durchgeführt ist, ohne daß eine Gleichmagnetisie­ rung im Transformator auftritt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeglicher Zusatzaufwand zur Symmetrierung des Transformators ent­ fallen kann, wenn schwach symmetrierend wirkende Schaltungsteile, z. B. kapazitive Schaltentlastung und/oder ein Luftspalt im Kern des Transformators, vorhanden sind.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer geforderten Ausgangsgrößenänderung von 0 auf Maximum der Kern des Transformators bis zur maximalen Stationärmagnetisierung magnetisiert wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim phasenverschiebungsgesteuerten Konverter Mindestzeitdauern der Impulse bzw. Mindesteinschaltdauern der Schalter gewährleistet sind.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim phasenverschiebungsgesteuerten Konverter auf eine Halb­ brücke durch Vergrößerung und Verkleinerung einer Periode der Schaltfrequenz ein­ gegriffen wird und die Mindesteinschaltdauer der Schalter ein Viertel der Perioden­ dauer der Schaltfrequenz beträgt.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim phasenverschiebungsgesteuerten Konverter auf beide Halb­ brücken durch Vergrößerung der Periodendauer der jeweiligen Halbbrücke eingegrif­ fen wird und die Mindesteinschaltdauer der Schalter die halbe Periodendauer der Schaltfrequenz beträgt.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der aktuelle Sollwert der Ausgangsgröße jeweils gespeichert wird und nach dem Einlesen eines neuen Sollwertes der Ausgangsgröße für die Berechnung der Zeitdauer des auf die geforderte Ausgangsgrößenänderung folgenden Impulses mit­ bestimmend ist.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Transformator weder nach der Periode, in der eine Aufregelung der Ausgangsgröße erfolgt, noch nach der Periode, in der eine Abregelung der Aus­ gangsgröße erfolgt, einen Gleichanteil in der Magnetisierung aufweist.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch Komponenten der Analog- und/oder Digitaltechnik gebildet ist.