DE2231936B2

DE2231936B2 - Verfahren und Steuergerät zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter

Info

Publication number: DE2231936B2
Application number: DE19722231936
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Dr Forstbauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1975-06-05
Also published as: AT325717B; JPS4951530A; ATA524773A; LU67883A1; CH557111A; DE2231936A1; SE386331B; IT990768B; BE801595A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter, deren Eingänge an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen und deren Ausgangsspannungen zu einer Gesamtausgangsspannung zusammengesetzt sind, bei dem ein einziges periodisches Synchronisiersignal vorgesehen ist und bei dem die Steuersignale für die Hauptventile des ersten Wechselrichters um einen einstellbaren Steuerwinkel gegenüber dem Synchronisiersignal zeitlich vorverschoben und die Steuersignale für die Hauptventile des zweiten Wechselrichters um denselben Steuerwinkel gegenüber dem Synchronisiersignal zeitlich zurückverschoben werden, sowie ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.

Für die Steuerung der Gesamtausgangsspannung zweier einphasiger Wechselrichter, die an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, ist das Prinzip des elektronischen Drehtransformators bekanntgeworden (Siemens-Zeitschrift Oktober 1964, Heft 10, S. 775 bis 781, insbesondere Bild 7 auf S. 779). Dieses Prinzip besagt, daß die Ausgangsspannung des ersten einphasigen Wechselrichters in ihrer Phasenlage gegenüber der Ausgangsspannung des zweiten einphasigen Wechselrichters verschoben wird, wenn die Steuersignale für die Hauptventile des ersten Wechselrichters gegenüber den Steuersignalen für die Hauptventile des zweiten Wechselrichters zeitlich verschoben werden. Die Zusammensetzung der Ausgangsspannungen beider Wechselrichter über Transformatoren ergibt eine Gesamtausgangsspannung, die dem Betrage nach änderbar ist. Die Gesamtausgangsspannung kann also nach Maß-

3 ⁷ 4

abe der Verschiebung der Steuerimpulse für den impulse wird dabei im einzelnen nichts näheres aus-

rsten Wechselrichter gegenüber denen für den zwei- geführt.

en Wechselrichter gestellt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der

Aus dem Prinzip des elektronischen Drehtransfor- eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die

nators ergibt sich zwangläufig, daß die Phase der 5 Bildung der zeitlich gegeneinander versetzten Steuer-

jesamtausgangsspannung gegenüber dir phasen- signale mittels ein und derselben Steuerzentrale er-

'esten Ausgangsspannung des zweiten Wechselrich- folgen kann.

ers eine Drehung erfährt, sobald die Phasenlage der Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

\usgangsspannung des ersten Wechselrichters ge- löst, daß die Schnittpunkte einer periodischen Syn-

ändert wird. Diese Drehung ist also vom Grade der io chronisierspannung mit einer einstellbaren ^Ste"^e*~

Spannungsstellung abhängig und für die meisten An- gleichspannung bestimmt werden and daß lnnernaiD

wendungsfällf; unerwünscht. einer Periode der Synchronisiersp;innung die Steuer-

Es ist weiterhin ein Verfahren der eingangs ge- signale für die Hauptventile des ersten wechse -

nannten Art bekanntgeworden (deutsche Offen- richters jeweils in Abhängigkeit vom ersten bcnnmleeunesschrift 15 38 009), bei dem sich bei einer χ₅ punkt und die Steuersignale für die Hauptyentile des

Stellung des Betrages der Gesamtausgangsspannung zweiten Wechselrichters jeweils in Abhängigkeit vom

keine Phasendrehung ergibt. Die Phasenlage der Ge zweiten Schnittpunkt gebildet werden. Als Synchro-

«amtausgangsspannung wird also bei einer Änderung nisierspannung kann insbesondere eine symmetnscne

ihrer Amplitude konstant bleiben. Das wird dadurch Sägezahnspannung verwendet werden, erreicht daß ein einziges periodisches Synchronisier- ao Dieses Verfahren hat den Vorzug, daß man bei

signal vorgesehen ist, daß die Steuersignale für die der technischen Realisierung ™'^" ««ggÄ

Hauptventile des ersten Wechselrichters um einen chronisierspannung auskommt UngenauigKeuenm

einstellbaren Steuerwinkel gegenüber dem Synchroni- der Zündimpulsgabe, die sich beim ^b?^kan™^en *^er"

Sersignal zeitlich vorverschoben und daß die Steuer- fahren durch die Verwendung von zwe, »onostebüen

3 für die Hauptventile des zweiten Wechsel- *5 Multivibratoren auf Grund ihrer unvermeidbaren

richters um denselben Phasenwinkel gegenüber dem Bauunterschiede und Charakteristiken ergeben kon-

Synchronisiersignal zeitlich zurückverschoben wer- nen, werden also vermieden Verfahrens

den Diese Maßnahme könnte man als Prinzip des Ein Steuergerät zur Durchfuhning des Verfahrens

elektronischen Doppeldrehtransformators bezeichnen. ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet daß Man könnte auchsagen: Die Phase der Gesamt- 30 jedem Wechselrichter eine »^^jSSSdS

ausgangsspannung bleibt an die Phase des Syndnoni- Steuerung der Hauptventile, ein der ^"f^Zäh .

ÄEÄ SSE SV S

STJ einphasige Wechselrichter zu verwenden 35 Steuerzentrale vorgesehen ist,

und diese von drei um je 120" verschobenen Syn- eher zum Vergleich emer ein

Tonisiersignalen anzusteuern. Auf diese Weise spannung mit einer; P^^c g^J^

würde man eine Wechselrichteranordnung erhalten, nung sowie ]°^^^"^.^St daß

bei welcher der Betrag der drei Phasenspannungen Impu ss.gnalen bei ^ⁿ™^^£ j^^

getrennt änderbar ist, die Phasenlage der drei Phasen- 40 die Impulssignale . ^d^.^S*^ar^S S in Abhän-

ipannungen zueinander aber durch eine willkürliche Zählgerate vorgegeben sind, »Jf^™^.

oderSealsichtigte Betragsänderung nicht beeinflußt gigkeit von den Schmttze.tpunk enab ^chsdjd f^

wird. Eine auf einem solchen Prinzip beruhende gegeben und gesperrt ^Λ™*

Wechselrichteranordnung würde aber einen erheb- von e.nem gemeinsamen liehen Mehraufwand erfordern gegenüber einer 45 Zählimpulsen gespeist

Wechselrichteranordnung, welche zwei dreiphasige kommt also mit emer « Wechselrichter enthält und nach dem Doppeldreh- Es ist besonders

transformator-Verfahren arbeitet. spannung aus den Ausga "BW

Schließlich ist es auch bekannt (deutsche Offen- frequenzoszHlators herzule,ten legungsschrift 15 88 009), daß der Phasenwinkel in 50 bildung des Steue ^ΓΒ«⁸^ «td

Das Differenzsignal wird m einen ersten und einen ^zahn8en.^erat0^.^mit _wX _dj_{e F},_eauenz der Sägezahnzweiten monostabilen Multivibrator gegeben, die ^^^"^"',^X^ ^S irt wie die gebeide an denselben Oszillator angeschlossen sind. Der spannung ^d°^_ef_fJ^_z^„\^i_m Wechsel-Differentialverstärker steuert die beiden monostabilen 60 wünschte Ausgangsfrequenz der oeicw Multivibratoren so, daß der erste um einen Winkel >^ichler. Än^ndunpszwecke ist es erwünscht,

spannungen sind um den Phasenwinkel (90° + *) anderbar '\^A^^^^^_dl„ vorge- bzw. (90⁸° _ _{e) gegenüber dem} signal im Oszillator besondere «n Sp»nunp^ ^Fr ^^ phasenverschoben. Über die Erzeugung der Steuer- sehen sein. Die rrequenz uc* υ η

sollte über 100 kHz Hegen, insbesondere dann, wenn die Frequenz der Gesamtausgangsspannung im Bereich von 50 oder 60 Hz liegt.

Um Schwierigkeiten bei der richtigen Zuordnung der Steuersignale zu den einzelnen Hauptventilen zu vermeiden, können die beiden Ringzählerschaltungen von einer Triggerstufe in Abhängigkeit von den Impulssignalen der Steuerzentrale getriggert sein.

Für den Fall, daß die beiden Wechselrichter zur Erzeugung einer dreiphasigen Gesamtausgangsspannung herangezogen werden und je sechs Hauptventile enthalten, ist es zweckmäßig, daß die Zählgeräte so ausgestaltet sind, daß sie die Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzoszillators auf das Sechsfache der gewünschten Ausgangsfrequenz der beiden Wechselrichter herabsetzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Für gleiche Bauelemente und Signale werden in den Figuren jeweils dieselben Bezugszeichen ver- *° wendet. Es zeigt

F i g. 1 zwei Wechselrichter, welche eingangsseitig an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle und ausgangsseitig über eine Übertragerschaltung an ein Drehstromnetz angeschlossen sind, »5

F i g. 2 ein Diagramm von Spannungsvektoren,

F i g. 3 eine bevorzugte Übertragerschaltung mit zwei Transformatoren.

F i g. 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Steuergerätes, F i g. 5 bis 17 zugehörige Signaldiagramme und

Fig. 18 eine schematische Darstellung einer im Steuergerät einsetzbaren Steuerzentrale.

In Fig. 1 sind ein erster und ein zweiter dreiphasiger Wechselrichter 10 bzw. 10' dargestellt, die eingangsseitig an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle 9 angeschlossen sind. Die Gleichspannungsquelle 9 liefert eine eingeprägte Gleichspannung u_d, die unter Umständen auch veränderlich sein kann. Als Gleichspannungsquelle 9 kann außer einer Batterie auch ein steuerbarer Gleichrichter mit einer Drosselspule und einem Glättungskondensator, gegebenenfalls auch mit einer Pufferbatterie im Ausgangskreis, vorgesehen sein. Jeder Wechselrichter 10 und 10' umfaßt in bekannter Weise sechs steuerbare Hauptventile 11 bis 16 bzw. 11' bis 16' in Drehstrombrückenschaltung. Als Hauptventile können insbesondere Thyristoren eingesetzt werden. Jedem der Hauptventile 11 bis 16 ist eine der Rückarbeitsdioden 21 bis 26 parallel geschaltet. Entsprechend ist auch jedem der Hauptventile 11' bis 16' eine der Rückarbeitsdioden 21' bis 26' parallel geschaltet.

In den beiden Wechselrichtern 10 und 10' können zusätzlich an sich bekannte (nicht gezeigte) Kommutierungseinrichtungen vorgesehen sein, welche Löschkondensatoren und gegebenenfalls zusätzlich auch steuerbare Löschventile enthalten.

Die drei Ausgangsleitungen XJ, V, W und U', V, W jedes Wechselrichters 10 bzw. 10' führen in eine Ubertragerschaltung 20, die mindestens einen Transformator enthält. In der Übertragerschaltung 20 werden die Ausgangsspannungen beider Wechselrichter 10 und 10' zu einer Gesamtausgangsspannung zusammengesetzt. Diese versorgt ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S, T, an welches ein oder mehrere ⁶S Verbraucher, z. B. eine Datenverarbeitungsanlage oder eine Anzahl von Drehstrommotoren 28, angeschlossen sind.

Zum Zünden aller Hauptventile 11 bis 16 und 11' bis 16' ist ein gemeinsames Steuergerät 29 mit den Steueranschlüssen 30 und 31 vorgesehen. Der Übersichtlichkeit halber ist für jeden der beiden Wechselrichter 10 und 10' nur eine einzige Verbindungsleitung, und zwar diejenige zwischen dem Hauptventil 11 bzw. 11' und dem Steuergerät 29, eingezeichnet. Falls steuerbare Löschventile in den Wechselrichtern 10 und 10' vorhanden sind, gibt das Steuergerät 29 auch Steuerimpulse an die Löschventile ab.

Das Steuergerät 29 bildet, wie später noch näher ausgeführt wird, ein periodisches analoges Synchronisiersignal, aus welchem in Abhängigkeit von einer von außen zugeführten Steuergleichspannung u_s die Steuersignale gleichermaßen für die Hauptventile 11 bis 16 und für die Hauptventile 11' bis 16' hergeleitet werden. Die Steuersignale für den ersten Wechselrichter 10 sind dabei um einen Steuerwinkel α, der durch die Steuergleichspannung u_s eingestellt werden kann, gegenüber dem erwähnten Synchronisiersignal vorverschoben, und die Steuersignale für die Hauptventile 11' bis 16' sind um denselben Steuerwinkel α zurückverschoben. Zwischen den Zündzeitpunkten zweier entsprechender Hauptventile, z. B. denen der Hauptventile 11 und 11', liegt somit ein Zeitabschnitt 2 α/ω, wobei ω die gemeinsame Kreisfrequenz der Ausganj\sspannungen beider Wechselrichter 10 und 10' ist. Die Frequenz/ = ω/2 π beider Wechselrichter 10 und 10' kann am Steuergerät 29 mittels einer von außen zugefühxten Frequenzsteuerspannung U₁ fest eingestellt oder in Abhängigkeit von anderen Größen geführt werden.

Über die Steuergleichspannung u_s kann der Steuerwinkel <* verändert und damit der Betrag der Gesamtausgangsspannung gestellt werden. Der Steuerwinkel α ist im allgemeinen proportional zur Steuergleichspannung u_s. Die Steucrgleichspanmmg u_s kann in Abhängigkeit von anderen Größen geführt oder in einem Regelkreis gebildet werden.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Wechselrichteranordnung läßt sich die Gesamtausgangsspannung am Ausgang der Übertragerschaltung 20 konstant halten. Die Gesamtausgangsspannung wird somit unabhängig von Schwankungen der Gleichspannung u_d und von Laststößen der Verbraucher. Dazu ist ein Regelkreis vorgesehen, in welchem zunächst mittels eines Spannungswandlers 32 der Istwert der Gesamtausgangsspannung zwischen den Phasen R, S, T erfaßt wird. Dieser Istwert wird mit einem Spannungssollwert, der durch einen als Potentiometer dargestellten Sollwertgeber 33 vorgegeben ist, am Eingang eines Spannungsreglers 34 verglichen. Der Spannungsregler 34 gibt in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Steuergleichspannung u_s ab, welche dem Steuergerät 29 zugeführt wird. Somit wird der Steuerwinkel α in Abhängigkeit von der Gesamtausgangsspannung geführt. Nach Auftreten eines von dem eingestellten Spannungssollwert abweichenden Istwerts der Gesamtausgangsspannung wird diese so lange über den Steuerwinkel α nachgeregelt, bis der Spannungssollwert wieder erreicht ist.

Das ist in Fig. 2 schematisch veranschaulicht. Bezüglich einer periodischen Synchronisierspannung u_T ist die Ausgangsspannung u (U, V, W) des ersten Wechselrichters 10 um einen Steuerwinkel «, zeitlich vorverschoben. Die Ausgangsspannung w (C/, V, W) des zweiten Wechselrichters 10' ist um denselben

Steuerwinkel α, zeitlich zurückverschoben. Die Über- denen die Sekundärwicklungen einen auflösbaren lagerung der beiden Ausgangsspannungen u (U, V, W) Sternpunkt besitzen und somit in Serie schaltbar sind, und u (U', V, W) in der Übertragerschaltung 20 Transformatorschaltungen, deren Sekundärwicklunliefert eine Gesamtausgangsspannung u (R, S, T) mit gen im Dreieck geschaltet sind, sind also nicht zu einer festen Phasenverschiebung zur Synchronisier- 5 verwenden. Beispielsweise können also auch zwei spannung u_r. Diese Phasenverschiebung wurde im Transformatoren in der bekannten DzO-Schaltung vorliegenden Fall Null gesetzt. Ändert sich nun in (vgl. DIN-Blatt für Transformatorschaltungen) verder gestrichelt eingezeichneten Weise die Phasenlage wendet werden.

der Ausgangsspannungen u (U, V, W) und u (U', V, F i g. 4 zeigt den Aufbau eines Steuergerätes 29 für

W') auf einen Steuerwinkel -f-«₂ bzw. —α.,, z.B. io zwei mit steuerbaren Hauptventilen bestückte dreiwegen einer Änderung der Steuergleichspannung u_s phasige Wechselrichter 10 und 10', die gemäß Fig. 1 oder der Belastung, so ändert sich nur die Amplitude parallel zueinander an eine gemeinsame Gleichspander Gesamtausgangsspannung u (R, S, T); ihre Pha- nungsquelle 9 angeschlossen sind,
senlage bezüglich der Synchronisierspannung u_r bleibt Das Steuergerät 29 enthält einen Hochfrequenz-

dabei konstant. Eine Phasendrehung der Gesamt- 15 oszillator SO, dessen Ausgangsfrequenz über seinen ausgangsspannung u (R, S, T) durch die Betrags- Eingang 51 eingestellt werden kann. Die Ausgangsstellung über den Steuerwinkel α findet also nicht frequenz liegt etwa im Bereich von 100 bis 500 kHz, statt. Bei einer Belastungsänderung sorgt der Regel- kann jedoch auch außerhalb dieser Grenzen liegen, kreis durch Zurückstellen des Steuerwinkels α auf Je höher die Ausgangsfrequenz ist, um so geringer den früheren Wert *, dafür, daß die Änderung der 20 ist der zeitliche Fehler bei der Ansteuerung der Gesamtausgangsspannung u (R, S, T) wieder rück- Hauptventile der beiden Wechselrichter 10 und 10'. gängig gemacht wird. Als Hochfrequenzoszillator 50 wird bevorzugt ein

In Fig. 2 wurde vorausgesetzt, daß sich bei einer Spannungs-Frequenz-Wandler verwende). Es kann Änderung des Steuerwinkels α die Amplituden der aber auch ein Hochfrequenzoszillator 50 mit fester Ausgangsspannungen u (U, V, W) und u (U', V, W') 25 Ausgangsfrequenz und in bekannter Weise nachnicht ändern, daß sich die Spannungsvektoren also geschaltetem Frequenzteiler mit einstellbarem Teilerauf dem gestrichelten Halbkreis h bewegen. Auch verhältnis eingesetzt werden. Über den Eingang 51 wenn diese Voraussetzung nicht zutrifft, wenn sich des Hochfrequenzoszillators 50 kann seine Ausgangsalso die für beide Wechselrichter 10 und 10' gemein- frequenz kontinuierlich verändert oder auf einen same Gleichspannung u_d ändert, bleibt die Phasen- 30 festen Wert von z. B. 307,2 kHz = 2⁹ · 600 Hz einlage der Gesamtausgangsspannung u (R, S, T) erhal- gestellt werden. Bei einer solchen Änderung wird die ten. Eine Phasendrehung der Gesamtausgangsspan- Ausgangsfrequenz beider Wechselrichter 10, 10' nung u (R, S, T) bei einer Änderung der speisenden gleichsinnig und um gleiche Beträge verändert. Das Gleichspannung u_d findet also nicht statt, da sich Steuergerät 29 eignet sich somit auch für die gleichbeide Ausgangsspannungen u (U, V, W) und u (U', 35 zeitige Steuerung oder Regelung der Ausgangsfre- V, W') im selben Maße verändern. Auch in diesem quenz beider Wechselrichter 10, 10' und somit dei Fall sorgt der Regelkreis über die Führung des Frequenz der Gesamtausgangsspannung.
Steuerwinkels α für ein Konstanthalten der Gesamt- Der Ausgang des Hochfrequenzoszillators 50 ist

ausgangsspannung u (R, S, T). mit dem Eingang einer Zähleinrichtung 52 und mit

In F i g. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform 40 den Eingängen von vier weiteren Zählgeräten 53 bis der Übertragerschaltung 20 dargestellt. Jedem Wech- 56 verbunden. Die Zähleinrichtung 52 sorgt durch selrichter 10 und 10' ist dabes ein Transformator 36 digitale Frequenzteilung dafür, daß die Ausgangsbzw. 36' gleichen Schaltungsaufbaus zugeordnet. Der frequenz des Hochfrequenzoszillators 50 auf einen Schaltungsaufbau ist im Stande der Technik unter Frequenzwert erniedrigt wird, welcher dem doppelten dem Namen Dz6-Schaltung bekannt. Danach sind die 45 Wert der gewünschten Wechselrichter.ausgangsfre-Primärwicklungen im Dreieck geschaltet. Sekundär- quenz entspricht. Ist z. B. eine Wechselrichterausseitig sind auf jedem Schenkel 37, 38, 39 und 37', gangsfrequenz von 50 Hz erwünscht, so liefert die 38', 39' jeweils zwei Sekundärwicklungen angeordnet. Zähleinrichtung 52 Ausgangssignale mit der Frequenz Jeweils zwei dieser Sekundärwicklungen benachbarter von 100 Hz. An den beiden Ausgängen der Zähl-Schenkel sind in Reihe geschaltet. Die sekundär- 5° einrichtung 52 erscheinen zwei zueinander inverse seitigc Verbindung der beiden Transformatoren 36 Ausgangssignale fei und bl, die somit in fester Re- und 36' ist so getroffen, daß die Reihenschaltung von iation zur Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzoszilzwei Sekundärwicklungen des einen Transformators lators 50 stehen. Der Verlauf der Ausgangssignale b 1 36 oder 36' mit der entsprechenden Reihenschaltung und b 1 in Abhängigkeit von der Zeit ί ist in den von zwei Sekundärwicklungen des anderen Transfor- 55 F i g. 5 und 6 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dafJ mators 36' bzw. 36 in Serie geschaltet ist. Der eine der zeitliche Abstand ('<, — ',) gleich dem Abstand Endpunkt dieser Serienschaltung ist jeweils an der ('., — '3) ist und der Halbperiodendauer Γ/2 entspricht Klemme 27 geerdet, der andere führt an eine der Die Dauer der einzelnen Signalimpulse ist prinzipiel Phasen R, S, T. ohne Belang, da für die weitere Verarbeitung ledig-

Es hat sich erwiesen, daß die in Fig. 3 dargestellte 60 lieh ihre Anstiegsflanken herangezogen werden.
Übertragerschaltung 20 besonders günstige Eigen- Die Ausgangssignale 61 und bl werden in ein<

schäften besitzt. Bei unsymmetrischer Belastung er- Steuerzentrale 57 gegeben, die einen (nicht darge gibt sich nämlich eine gute Verteilung der Lastströme stellten) Sägezahngenerator und einen (nicht darge auf die drei Schenkel 37, 38, 39 und 37', 38', 39' stellten) Vergleicher enthält. In der Steuerzentrale 5" jedes Transformators 36 bzw. 36' und auf die drei 65 werden die Ausgangssignale b\ und bl zur Bildunj Ausgangslcitungen U, V, W bzw. U', V, W' jedes einer periodischen Synchronisierspannung u_r, un< Wechselrichters 10 bzw. 10'. Prinzipiell lassen sich zwar im vorliegenden Fall zur Bildung einer symmc auch andere Transformatorschaltungen einsetzen, bei Irischen Sägezahnspannung u_rz, verwendet. Prinzipiel

kann die Synchronisierspannung u_r auch eine andere periodische Spannung, z. B. mit einem sinus- oder trapezförmigen Verlauf sein. Der zeitliche Verlauf der Sägezahnspannung u_r. ist in F i g. 7 dargestellt. Daraus ist zu entnehmen, daß die Sägezahnspannung u_rz vom Zeitpunkt ?, an geradlinig ansteigt, zum Zeitpunkt f., ihr Maximum erreicht und fortan wieder bis zum Zeitpunkt r_s geradlinig abfällt. Die in Jen F i g. 5 und 6 eingezeichneten Zeitpunkte /.,, I₇ bzw. /,, i,, t₉ bestimmen somit die Maxima und die Nullpunkte der symmetrischen Sägezahnspannung w_r2.

Im (nicht dargestellten) Vergleicher der Steuerzentrale 57 wird die Sägezahnspannung u_rz mit der über dem Eingang 58 zugeführten Sleuergleichspannung m_s verglichen. Der Vergleicher bestimmt also die Schnittpunkte beider Spannungen. Immer dann, wenn die Sägezahnspannung u_rz betragsmäßig gleich der Steuergleichspannung u_s ist, also zu den in F i g. 7 eingezeichneten Schnittzeitpunkten f₂, t_A, t₆ und i_R, werden in der Steuerzentrale 57 enthaltene logische Schaltungen, z. B. bistabile Kippstufen, angeregt.

Die Schnittzeitpunkte f₂, /„ sind gegenüber den Zeitpunkten t_%, f₇ der Maxima um einen Steuerwinkcl vom Betrage κ vorverschoben, und die Schnittzeitpunkte i₄, f_R sind um einen Steuerwinkel desselben Betrages λ zurückverschoben. Die Größe des Steuerwinkels λ ist, wie aus F i g. 7 ersichtlich, über die Steuergleichspannung u, einstellbar. Da die Sägezahnspannung u_rz linear mit der Zeit t ansteigt und abfällt, ist der Steuerwinkel α proportional zur Steuergleichspannung M„.

An den vier Ausgängen der Steuerzentrale 57 erscheinen vier verschiedene Impulssignale el, c2, c3 und c4, welche in den F i g. 8 bis 11 dargestellt sind. Es handelt sich um zwei Signalpaare. Die Impulssignale el, c2 und e3, c4 jedes Signalpaares sind jeweils zueinander invers. Die zeitlichen Abstände (/_e — /₂) und (f₈—f₄) entsprechen jeweils einer Halbperiode 772 der gewünschten Ausgangsirequenz der beiden Wechselrichter 10, 10', d. h. die Impulssignale el bis c4 besitzen Wechselrichterausgangsfrequenz. Das Signalpaar el, c2 ist durch die Steuergleichspannung u_s gegenüber den Maxima-Zeitpunkten Z₃, t. um den Steuerwinkel <x auf der Zeitachse nach links verschoben. Entsprechend ist das zweite Signalpaar c3, e4 um denselben Steuerwinkel η nach rechts verschoben. Die beiden Signalpaare el, c 2 und c 3, c4 sind also symmetrisch um denselben Steuerwinkel <x in bezug auf die Maxima der fest eingestellten Sägezahnspannung u_rz verschoben.

Die Impulssignale el, c2, c3 und c4 werden jeweils auf den Start-Stop-Eingang eines der Zählgeräte 53, 54, 55 bzw. 56 geführt. Dem Signalpaar el, c2 sind also die Zählgeräte 53, 54 und dem Signalpaar c3, c4 sind die Zählgeräte 55, 56 zugeordnet. Es sei angenommen, daß die Zählgeräte bis 56 während der Dauer der 1-Signale, also während einer Halbperiode T/2 der Wechselrichterausgangsfrequenz, zum Zählen der Ausgangsimpulse des Hochfrequenzoszillators 50 freigegeben sind. Jedes Zählgerät 53 bis 56 ist so ausgestaltet, daß es während der Freigabezeit T/Z ein Ausgangsimpulssignal mit der sechsfachen Wechselrichterausgangsfrequenz liefert, also z. B. von 6mal 50 Hz gleich 300 Hz. Mit anderen Worten: jedes der Zählgeräte 53 bis 56 liefert mit Beginn eines 1-Signals an seinem Start-Stop-Eingang und während der Halbperiode T/2 drei Ausgangsimpulse. Die Ausgangsimpulssignale dl, d2.

di und dA der Zählgeräte 51 bis 56 sind in den Fig. 12 bis 15 festgehalten. Aus Fig. 12 ist z.B. ersichtlich, daß im Zeitraum von U bis /„ gemäß F i g. 8 keine und vom Schnittzeitpunkt /_B an drei Ausgangsimpulse gegeben werden.

Es ist festzuhalten, daß bei Freigabe der Zählgeräte 53 bis 56 der Zählvorgang nicht sofort, sondern erst durch den nächstfolgenden, vom Hochfrequenzoszillator 50 herrüiirendtn Ausgangsimpuls ίο eingeleitet wird, und zwar entweder von dessen Anstiegs- oder Abfallflanke. Der maximale Fehler, der sich bei der Ansteuerung der Hauptventile der beiden Wechselrichter 10, 10' ergeben kann, ist daher durch die Periodendauer der Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzoszillators 50 bestimmt. Bei einer Ausgangsfrequenz von etwa 300 kHz beträgt dieser Fehler noch nicht einmal 0,1 Grad elektrisch, falls die Wechselrichterausgangsfrequenz 50 Hz betragen soll. Die Ausgangsimpulssignale dl und d2 der Zählgeräte 53 bzw. 54 werden an die beiden Eingänge eines Additionsgliedes 60 gegeben. Entsprechend werden die Ausgangssignale d3 und d4 der Zählgeräte 55 bzw. 56 an die beiden Eingänge eines Additionsgliedes 61 gelegt. Die Additionsglieder 60 und 61 können insbesondere Oder-Gatter sein. Die Ausgangsimpulssignale dl und d2 der Zählgeräte 53 und 54, die nur während einer Halbperiode 7/2 der Wechselrichterausgangsfrequenz anstehen und zeitlich vorverschoben sind, werden somit im Additionsglied 60 zusammengesetzt. Entsprechendes gilt für die Ausgangsimpulssignale rf 3 und dA der Zählgeräte 55 bzw. 56 und für das Additionsglied 61. Die zusammengesetzten Ausgangssignale el und e2 der Additionsglieder 60 bzw. 61 sind in den Fig. 16 und 17 dargestellt. Am Ausgang des Additionsgliedes 60 steht somit ein um den Steuerwinkel λ zeitlich vorverschobenes Ausgangssignal el der sechsfachen Wechselrichterausgangsfrequenz an, während am Ausgang des Additionsghedes 61 ein urn den Steuerwinkel λ riickverschobenes Ausgangssignal e2 derselben Frequenz anliegt. Die im ersten und im zweiten Schnittzeitpunkt f, bzw. r₄ erzeugten Ausgangsimpulse pl und ρ 1' sind in den Fig. 16 bzw. 17 zur Verdeutlichung kariert eingezeichnet. Die Ausgangssignale el und e2 werden jeweils einer an sich bekannten Ringzählerschaltung 62 bzw. 63 zugeführt Diese Ringzählerschaltungen 62 und 63 liefern jeweils ein sechspulsiges Impulsprogramm zur Ansteuerung der Hauptventile eines der beider Wechselrichter 10, 10'. Jede Ringzählerschaltung 62 63 besitzt sechs Steueranschlüsse 30 bzw. 31. Jedei der Steueranschlüsse 30 ist mit den entsprechender Hauptventilen des ersten Wechselrichters 10 unc jeder der Steueranschlüsse 31 mit den entsprechen den Hauptventilen des zweiten Wechselrichters verbunden. Der Ansgangsimpuls pl wird beispiels weise zur Auslösung eines Steuerimpulses für da Hauptventil 11 (Fig. 1) herangezogen. Dann dien der Ausgangsimpuls ρ 1' zur Auslösung eines Steuer 6n impulses für das entsprechende Hauptventil 11' de zweiten Wechselrichters 10'.

Das in Fig.4 dargestellte Steuergerät 29 enthäl femer eine Triggerstufe 64, welche von der Steuer zentrale 57 gespeist ist Der Triggerstufe 64 werdei die Impulssignale c2 und c4 eingegeben. Sie trigger sowohl die Ringzählerschaltung 62 als auch di Ringzählerschaltung 63. Dadurch wird gewährleiste! daß beide Ringzählerschaltungen 62, 63 die Steuer

impulse immer in der richtigen Zuordnung zu den Hauptventilen der beiden Wechselrichter 10, 10' liefern. Das ist besonders wichtig beim Anlauf der beiden Ringzählerschaltungen 62, 63.

Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform der Steuerzentrale 57 (F i g. 4) in schematischer Darstellung. Eine mittels einer Zenerdiode 70 stabilisierte Gleichspannung wird in eine aus zwei parallelen Zweigen bestehende Impulsformerstufe 71 gegeben. Diese enthält einen Umkehrverstärker 72 und zwei Schalter 73, 74, und zwar im vorliegenden Fall Feldeffekttransistoren, welche durch die Ausgangssignale b 1 und ft 2 abwechselnd durchgeschaltet werden. Das Ausgangssignal der Impulsformerstufe 71 steuert einen kapazitiv gegengekoppelten Verstärker 75, der asl Integrator 76 wirkt. An seinem Ausgang erscheint eine Sägezahnspannung «„ (Fig. 7), deren Nulldurchgänge zu deren Zeitpunkten rl, «5, ί9 mittels

eines steuerbaren Schalters 77 kontrolliert werden können. Ein nachgeschaltetcr Vergleicher 78 vergleicht die Sägezahnspannung u_rz mit der Steuergleichspannung m_s und gibt jeweils bei Spannungsgleichheit. einen Impuls an nachgeschaltete logische Schaltungen 79, welche daraus die Signalpaare el, c 2 und c 3, c4 erzeugen.

Als Vorteil des in F i g. 4 dargestellten Steuergerätes 29 wird angesehen, daß es aus einfachen.

ίο zumeist digitalen Bausteinen aufgebaut ist. Es benötigt nur eine einzige Steuerzentrale 57. Weiterhir ist es vorteilhaft, daß die Eingänge 51 und 58 des Hochfrequenzoszillators 50 bzw. der Steuerzentrale 57 mit analogen Steuersignalen u, bzw. u_s beauf· schlagt werden können. Die Hinstellung der Frequenz und des Effektivwertes der Gesamtausgangsspannung kann über diese beiden Eingänge unabhängig voneinander vorgenommen werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter, deren Eingänge an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen und deren Ausgangsspannungen zu einer Gesamtausgangsspannung zusammengesetzt sind, bei dem ein einziges periodisches Synchronisiersignal vorgesehen ist und bei dem die Steuersignale für die Hauptventile des ersten Wechselrichters um einen einstellbaren Steuerwinkel gegenüber dem Synchronisiersignal zeitlich vorverschoben und die Steuersignale für die Hauptventile des zweiten Wechselrichters um denselben Steuerwinkel gegenüber dem Synchronisiersignal zeitlich zurückverschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittpunkte einer periodischen Synchronisiorspannung mit einer einstellbaren Steuergleichspannung bestimmt werden, und daß innerhalb einer Periode der Synchronisierspannung die Steuersignale für die Hauptventile des ersten Wechselrichters jeweils in Abhängigkeit vom ersten Schnittpunkt und die Steuersignale für die Hauptventile des zweiten Wechselrichters jeweils in Abhängigkeit vom zweiten Schnittpunkt gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Synchronisierspannung eine symmetrische Sägezahnspannung verwendet wird.

3. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Wechselrichter (10, 10') eine Ringzählerschaltung (62, 63) zur Steuerung der Hauptventile (11 bis 16, 11' bis 16'), ein der Ringzählerschaltung (62, 63) vorgeschaltetes Additionsglied (60, 61) sowie zwei Zählgeräte (53, 54 bzw. 55, 56) an dessen beiden Eingängen zugeordnet sind, daß für beide Wechselrichter (10, 10') eine gemeinsame Steuerzentrale (57) vorgesehen ist, welche einen Vergleicher zum Vergleich einer einstellbaren Steuergleichspannung (M₅) mit einer periodischen Synchronisierspannung (u_r) sowie logische Schaltungen zur Erzeugung von Impulssignalen (el, c2 und c3, c4) bei Spannungsgleichheit enthält, daß die Impulssignale den Start-Stop-Eingängen aller Zählgeräte (53, 54 bzw. 55, 56) vorgegeben sind, so daß diese in Abhängigkeit von den Schnittzeitpunkten f₂, f_e bzw. i₄, r₈) abwechselnd freigegeben und gesperrt sind, und daß alle Zählgeräte (53 bis 56) von einem gemeinsamen Hochfrequenzoszillator (50) mit Zählimpulsen gespeist sind.

4. Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzentrale (57) eine Schaltung zur Erzeugung der periodischen Synchronisierspannung (u,) enthält, welche vom Hochfrequenzoszillator (50) über eine Zlähleinrichtung (52) mit digitaler Frequenzunterteilung gesteuert ist.

5. Steuergerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltung zur Erzeugung der periodischen Synchronisierspannung (i/_r) ein Sägezahngenerator mit symmetrischer Sägezahnspannung (i<_r2) vorgesehen ist und daß die Frequenz der Sägezahnspannung (u_rz) doppelt so hoch gewählt ist wie die gewünschte Ausgangsfrequenz der beiden Wechselrichter (10,10').

6. Steuergerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzoszillators (50) veränderbar ist.

7. Steuergerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Hochfrequenzoszillator (50) ein Spannungs-Frequeni-Wandler vorgesehen ist.

8. Steuergerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringzählerschaltungen (62,63) von einer Triggerstufe (64) in Abhängigkeit von den Impulssignalen {el, c4) der Steuerzentrale (57) getriggert sind.

9. Steuergerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Hochfrequenzoszillators (50) über 100 kHz liegt.

10. Steuergerät nach einem der Ansprüche 3 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählgeräte (53 bis 56) so ausgestaltet sind, daß sie die Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzoszillators (50) auf das Sechsfache der gewünschten Ausgangsfrequenz der beiden Wechselrichter (10, 10') herabsetzen.