DE2335713A1 - Verfahren zum betrieb eines wechselrichters, der aus zwei teilwechselrichtern besteht, und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, der ans zwei Tsilwechselrichtern besteht, und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, der aus zwei Teilwechseirichtern besteht, deren Eingänge an eine G-leich-spannungsquelle angeschlossen und deren Ausgänge über eine Drosselspule mit Mittelanzapfung derart miteinander verbunden sind, daß die beiden um einen einstellbaren Steuerwinkel gegeneinander versetzten Ausgangswechselspannungen der Teilwechselrichter mittels der Drosselspule zu einer an der Hittelanzapfung abgreifbaren Gesamtspannung zusammengesetzt werden, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Durch Parallelschaltung von zwei gleichartigen Wechselrichtern, die im folgenden als Teilwechselrichter bezeichnet werden sollen, läßt sich ein Y/echcelrichter mit günstigen Steuereigenschaften aufbauen. Die Teilwechselrichter können dabei mit Thyristoren oder Schalttransistoren als steuerbare Hauptventile bestückt sein. Der Vorteil eines derart aufgebauten selbstgeführten Wechselrichters gegenüber anderen Wechselrichterschaltungen liegt einerseits in einer Erhöhung der Ausgangsleistung und andererseits in der Möglichkeit, die Ausgangsspannung feinstufig zu beeinflussen, wenn jedem der beiden Teilwechselrichter ein individueller Schaltrhythmus zugeordnet wird.

Aus dem Konferenzbericht "Conference Record, IEEE International

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Semiconductor Power Converter Conference", Baltimore, Md., USA, 8.-10.5.1972, Seite 2-4-1 bis 2-4-6, insbesondere Figur 3, ist der eingangs genannte Wechselrichter bekannt, der aus zwei dreiphasigen Teilwechselrichtern besteht, deren Eingänge an eine G-Ieichspannungsquelle angeschlossen sind. Die Ausgangsklemmen der Teilwechselrichter sind jeweils über eine Drosselspule verbunden, die eine Mittelanzapfung besitzt. An den drei Mittelanzapfungen wird die dreiphasige Gesamtspannung des Wechselrichters abgegriffen. Die beiden Ausgangswechselspannungen sind um einen einstellbaren Steuerwinkel gegeneinander versetzt. Die Drosselspulen sorgen dafür, daß die Ausgangswechselspannungen gemittelt werden. Bei dem bekannten Wechselrichter wird die Gesamtspannung und somit die Spannung am Verbraucher durch die Veränderung des Steuerwinkels gesteuert. Ein Steuergerät verschiebt die Steuerimpulse, die den beiden Teilwechselrichtern zugeführt werden, derart gegeneinander, daß sich der gewünschte Steuerwinkel und damit die gewünschte Spannung am Verbraucher einstellt. Dieses Verfahren wird als Schwenkverfahren, Additionsverfahren oder Drehtransformatorprinzip bezeichnet.

Aus der Dissertation von H. Stemmler "Steuerverfahren für ein- und mehrpulsige Unterschwingungswechselrichter zur Speisung von Kurzschlußläufermotoren", Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen 1970, Bild 5/III.4 auf Seite 363 und zugehöriger Beschreibung auf Seite 81, ist der eingangs genannte Wechselrichter in dreiphasiger Ausführung, allerdings ohne Betrieb nach dem Schwenkverfahren bekannt. Insgesamt sind sechs aus einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle gespeiste einphasige Teilwechselrichter vorgesehen, von denen je zwei zu einem einphasigen Wechselrichter zusammengefaßt und ausgangsseitig über eine Saugdrossel mit Mittelanzapfung verbunden sind. Die Mittelanzapfungen der drei Saugdrosseln sind an eine im Stern geschaltete dreiphasige Drehfeldmaschine angeschlossen. Jede der drei Saugdrosseln ist magnetisch für die Differenz-Spannungszeit flächen der Ausgangswechselspannungen beider Teilwechselrichter auszulegen. Jede Saugdrossel übernimmt also für

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gewisse Zeitintervalle einen Anteil der speisenden Gleichspannung. Dadurch ist eine beträchtliche Baugröße der Saugdrossel bedingt, die wiederum ein großes Gewicht der drei Wechselrichter verursacht. Insbesondere in Anwendungsfällen, in denen es auf eine geringe räumliche Ausdehnung und/oder ein geringes Gewicht des Wechselrichters ankommt, z. B. beim Antrieb eines elektrischen Triebfahrzeugs, ist man bestrebt, Drosselspulen möglichst geringer Typenleistung einzusetzen, was auch zu einer Kostenersparnis beiträgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb des eingangs genannten Wechselrichters anzugeben, das auf dem bekannten Schwenkverfahren aufbaut und zu einer beträchtlichen Reduzierung der Baugröße der Drosselspule führt. Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden "Ausgangswechselspannungen jeweils im Bereich des Steuerwinkels, in dem sie entgegengesetzte Polarität haben, mindestens einmal und jeweils im selben Zeitpunkt gegenläufig umgesteuert werden.

Dieses Verfahren bewirkt, daß im Bereich des Steuerwinkels positive und negative Spannungszeitflächen geschaffen werden, deren Breite nur einen'Bruchteil des Steuerwinkels beträgt. Damit wird die magnetische Beanspruchung der Drosselspule reduziert. Die Drosselspule kann daher für eine kleinere Spannungszeitfläche bemessen werden. Somit wird die Typengröße der Drosselspule begrenzt.

Als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es angesehen, daß durch das Umsteuern im Bereich des Steuer-'winkeüs die aus beiden Ausgangswechselspannungen gebildete Gesamtspannung nicht beeinflußt wird. Sie ist in diesem Bereich stets UuIl. Dadurch wird erreicht, daß die Gesamtspannung am

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Ausgang des Wechselrichters bei voller Aussteuerung den theoretisch maximal möglichen, durch die Höhe der Eingangsgleichspannung vorgegebenen V7ert annehmen kann. Da die wiederholte Umsteuerung der beiden Ausgangswechselspannungen nur im Bereich des Steuerwinkels, also nur in einem Teilbereich der gesamten Periodendauer erfolgt, kann man von einem teilgepulsten Wechselrichter sprechen. Seine Schaltfrequenz kann gegenüber vollem Pulsbetrieb relativ niedrig gehalten werden. Der Geräteaufwand für die Steuerung des Wechselrichters ist geringer im Vergleich zu einem 7echse_richter mit gleichem Steuerbereich, der nach den bekannten Verfahren der Impulsbreitenmodulation (vergl. z. B. Siemens-Zeitschrift 45 (1971), Heft 3, Seiten 154 bis 161) mit gepulster Ausgangsspannung arbeitet.

G-emäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bereich des Steuerwinkels durch die Umsteuerungen der beiden Teilwechselrichter in eine Anzahl gleich großer Abschnitte unterteilt wird. Diese Weiterbildung hat einen besonders einfachen Aufbau des Steuergeräts zur Folge, da die Umsteuerbefehle in äquidistanten Zeitabständen gegeben werden können.

Ändert sich, der Steuerwinkel, so wird sich bei festgehaltener Anzahl von Abschnitten auch der zeitliche Abstand zwischen zwei Umsteuerungen ändern. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der einwandfreie Betrieb des Wechselrichters dadurch gewährleistet, daß bei einer Verringerung des Steuerwinkels der zeitliche Abstand zwischen zwei Umsteuerungen einen minimalen Grenzwert, der im wesentlichen durch die !Freiwerdezeit der steuerbaren Ventile der Teilwechselrichter bestimmt ist, nicht unterschreitet.

Das kann dadurch geschehen, daß bei Erreichen des minimalen Grenzwerts der Wechselrichter abgeschaltet wird. Eine solche Betriebsunterbrechung kann jedoch dadurch vermieden werden, daß bei Verringerung des Steuerwinkels und Erreichen des minimalen Grenzwerts die Anzahl der Abschnitte verringert wird.

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Dadurch wird die Breite der verbleibenden Abschnitte größer, so daß auch in diesem Falle der minimale Grenzwert nicht unterschritten wird. Bei einer Vergrößerung des Steuerwinkels wird entsprechend umgekehrt vorgegangen und die Anzahl der Abschnitte schrittweise vergrößert. Eine Weiterführung der Erfindung zeichnet sich infolgedessen - zusammengefaßt formuliert - dadurch aus, daß bei einer Veränderung des Steuerwinkels die Anzahl der Abschnitte bereichsweise geändert wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Anzahl der Abschnitte schrittweise jeweils um 1 zu- oder abnimmt. Dann erhält man die optimalen, d. h. geringsten Spannungszeitflächen an der Drosselspule.

Es wurde bereits erwähnt, daß bei einer Vergrößerung des Steuerwinkels die Anzahl der besagten Abschnitte zwischen jeweils zwei Umsteuerungen oder Umschaltungen schrittweise vergrößert werden kann. Dabei ist es zweckmäßig, einen maximalen zeitlichen Grenzwert vorzugeben, der mit Rücksicht auf die Drosselspule nicht überschritten werden darf. Ausgehend von dieser Überlegung ist nach einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß mit abnehmender Arbeitsfrequenz der beiden Teilwechselrichter und/oder mit zunehmendem Steuerwinkel die Zunahme der Anzahl der Abschnitte gerade immer dann erfolgt, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei Umsteuerungen gleich einem vorgegebenen maximalen Grenzwert geworden ist. Zweckmäßig ist es dabei, wenn der maximale Grenzwert gleich dem Zweifachen eines minimalen Grenzwerts gewählt ist, der im wesentlichen durch die Freiwerdezeit der steuerbaren Ventile der Teilwechselrichter bestimmt ist. Dieser minimale Grenzwert stimmt mit dem oben erwähnten minimalen Grenzwert, der bei einer Verringerung des Steuerwinkels nicht unterschritten werden sollte, überein.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Frequenzerzeugerstufe, die zwei modifizierte Dreieckspannungen abgibt, welche gleiche Frequenz und Amplitude besitzen und um die Hälfte ihrer Perioden-

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dauer gegeneinander phasenverschoben sind, zwei mit einer Anzahl von Komparatoren ausgestattete Komparatorgruppen, denen die modifizierten Dreieckspannungen und eine Anzahl von spannungsmäßig äquidistanten Teilspannungen, die mittels eines Spannungsteilers aus einer gemeinsamen, den Steuerwinkel bestimmenden Steuerspannung gewonnen sind, zugeführt sind, und zwei Modulationsstufen, die jeweils den Komparatorgruppen nachgeschaltet sind und den zeitlichen Verlauf der gewünschten Ausgang swechsel spannungen der Teilwechselrichter im Bereich des Steuerwinkels in der V/eise festlegen, daß jeweils beim Umschalten eines der Komparatoren eine Umsteuerung erfolgt.

Weitere Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Mögliche Ausführungsformen der Erfindung werden im Wege des Beispiels im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1 in prinzipieller Darstellung eine dreiphasige Wechselrichterschaltung mit drei Wechselrichtern, von denen jeder aus zwei Teilwechselrichtern besteht, die nach dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betrieben werden können,

Figuren Spannungs-Zeit-Diagramme zur Veranschaulichung eines 2 bis 5 bekannten Betriebsverfahrens,

Figuren entsprechende Spannungs-Zeit-Diagramme zur Veranschau-6 bis 9 lichung eines ausgewählten Betriebsverfahrens nach der Erfindung,

Figur 10 weitere Diagramme zur Veranschaulichung von Bereichswechseln bei Änderung der Arbeitsfrequenz und des Steuerwinkels der Teilwechselrichter,

Figur 11 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

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Figur 12 in der Schaltungsanordnung von Figur 11 auftretende bis 30 Signale in Form von Zeitdiagrammen,

Figur 31 einen Spannungsteiler und eine Schaltergruppe in ausführlicher Darstellung,

Figur 32 eine Modulationsstufe in ausführlicher Darstellung,

Figur 33 einen Phasensignalgeber in ausführlicher Darstellung, und

Figur 34 einen Setzsignalbildner in ausführlicher Darstellung.

Figur 1 zeigt eine dreiphasige Wechselrichterschaltung mit drei Viechselrichtern V/1, W2 und W3, die zur Speisung einer dreiphasigen Last B dient. Jeder der drei Wechselrichter W1, W2 und W3 besteht aus zwei gleichartig aufgebauten Teilwechselrichtern W11, W12 bzw. W21, W22 bzw. W31, W32, deren Eingänge an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Als Gleichspannungsquelle sind eine positive und eine negative Gleichspannungs-Sammelschiene P bzw. N vorgesehen, zwischen denen die ungesteuerte Gleichspannung TJ liegt. Es kann sich

dabei um die Fahrleitung eines Triebfahrzeugs, aber auch um die Ausgangsklemmen eines ungesteuerten Gleichrichters oder einer Batterie handeln. Zwischen den beiden Gleichspannungs-Sammelschienen P, Ή ist gestrichelt ein elektrischer Mittelpunkt M eingezeichnet. Dieser praktisch nicht zugängliche Mittelpunkt M soll bei der Erläuterung das Verständnis erleichtern. Zwischen dem (gedachten) Mittelpunkt M und der positiven Gleichspannungs-Sammelschiene P liegt somit die Gleichspannung +U /2, und zwischen dem (gedachten) Mittelpunkt M und der negativen Gleichspannungs-Sammelschiene Ii liegt die G1 e i c hs pannung -TJ /2.

Die Ausgänge a11, a12 der beiden einander zugeordneten Teilwechselrichter W11, W12 sind über eine in der Mitte angezapfte Drosselspule D1 miteinander verbunden. Entsprechend sind auch die beiden Teilwechselrichter W21, W22 über eine in der Mitte angezapfte Drosselspule D2 und ebenfalls die beiden Teilwech-

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selrichter W31, W32 über eine in der Mitte angezapfte Drosselspule D3 miteinander verbunden. Die beiden Drosselteilwicklungen jeder Drosselspule D1, D2 bzw. D3 sind jeweils magnetisch miteinander verkettet. Sie haben also jeweils einen gemeinsamen Magnetkern, was durch die nicht näher bezeichneten Doppelstriche an den Drosselspulen D1, D2 und D3 angedeutet ist. Diese Drosselspulen D1, D2 und D3 wirken als Saugdrosseln. Sie können auch als Spartransformatoren angesehen werden. Sie setzen die von den Teilwechselrichtern VV11, W12 bzw. ΊΥ21, W22 bzw. W31, W32 gelieferten Ausgangswechselspannungen zu Gesamtspannungen zusammen, die an den Anzapfungen R, S bzw. T abgegriffen werden können.

An die Anzapfungen R, S, T ist die Belastung B angeschlossen, die im vorliegenden Beispiel im Stern geschaltet ist und eine Drehfeldmaschine größerer Leistung, z. B. in einem elektrischen Schienenfahrzeug oder einem Hüttenwerk, sein kann. Zur Steuerung der Teilwechselrichter W11, W12 ... W32 ist ein Steuergerät ST vorgesehen, das diese über Steuerleitungen mit Steuersignalen versorgt. Um die Übersichtlichkeit zu wahren, sind nur insgesamt zwei Steuerleitungen eingezeichnet, die vom Steuergerät ST zu den Teilwechselrichtern W31 und W32 führen. Das Steuergerät ST steuert die drei Wechselrichter W1, W2 und W3 derart, daß ihre an den Anzapfungen R, S, T abgegriffenen, gegen den Mittelpunkt M gemessenen Gesamtspannungen U-n,_T, U₃,,, U™, um 120° gegeneinander versetzt sind.

Das Steuergerät ST wird seinerseits mit einer Frequenzsteuerspannung L versorgt sowie von einer Steuerspannung TJg. gespeist, die in einem Spannungsregelkreis erzeugt sein kann. Dieser umfaßt einen Regler R, dem einerseits von einem an die Anzapfungen R, S, T angeschlossenen Istwertgeber G der Istwert der Ausgangswechselspannungen und andererseits von einem Sollwertgeber P-, der als Potentiometer ausgebildet sein kann, ein einstellbarer Sollwert U* für die Spannung an der Belastung B zugeführt wird. Der Regelkreis sorgt dafür, daß die Belastung B

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stets mit der gewünschten Spannung versorgt wird. Spannung und Frequenz werden proportional zueinander geführt. Daher genügt es, die Frequenzsteuerspannung U. und den Sollwert U* für die Spannung von ein und demselben Sollwertgeber P- abzugreifen.

Die Teilwechselrichter Y/11 ... \732 sind im Ausführungsbeispiel so konstruiert, daß sie ZweipunkΐvernaIten haben. Ihr an der Ausgangsklemme al i ... a32 gemessenes elektrisches Ausganp;spotential muß also zwischen dem positiven Potential der positiven Gleichspannungs-Sammelschiene P und dem negativen Potential der negativen G-leichspannungs-Sammelachiene N wechseln können.

Teilwechselrichter, die diese Forderung erfüllen, sind im Stande der Technik bekannt. Sie sind entweder mit Transistoren oder Thyristoren als steuerbare Hauptventile bestückt. Beispielsweise lassen sich insgesamt sechs der in der Siemens-Zeitschrift 45 (1971), Heft 3, Seiten 154 bis 161 in Bild 8 auf Seite 158 gezeigten, mit zwei Kommutierungsdrosseln zwischen den Hauptventilen ausgerüsteten selbstgeführten Pulswechselrichter als Teilwechselrichter W11 ... W32 verwenden. Auch können als Teilwechselrichter ,711, W31 und ?32 drei gleiche einphasige Stromrichter eingesetzt werden, die z. B. in den BBO-Nachrichten, Jahrgang 48, 1966, Heft 1/66, Seiten 44 bis 52, in Bild 1 dargestellt sind. 3±ne Stromrichteranordnung gleichen Aufbaus wäre dann auch für die Teilwechselrichter W12, W22 und W32 heranzuziehen. Schließlich sind als Teilwechselrichter W11 ... W32 auch Stromrichter geeignet, die z. B. im Lehrbuch "Principles of Inverter Circuits" von B. D. Bedford und R. G-. Hoft, Verlag John vViley & Sons, Inc., New York, London, Sidney, 1964, Seite 167 in Figur 7.1 dargestellt und beschrieben sind.

Die Ausgangswechselspannungen der Teilwechselrichter V/11 ... W32 sind Rechteckspannungen, deren Grundfrequenz die Arbeitsfrequenz ist, mit der die Belastung B betrieben wird. Zwischen den Ausgangswechselspannungen zusammengehöriger Teilwechsel-

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richter W11 ... W32 besteht jeweils eine Phasenverschiebung, die zur Steuerung oder Regelung der daraus zusammengesetzten Gesamtspannung benutzt werden kann. Dieses unter dem Namen "Schwenkverfahren", "Additionsverfahren" oder "Verfahren nach dem Prinzip des Drehtransformators" bekannte Verfahren wird am Wechselrichter W1 im folgenden näher erläutert. Diese Erläuterungen gelten auch für die Wechselrichter W2 und W3, die jeweils um 120° verschobene Gesamtspannungen aufweisen.

Die Figuren 2 bis 5 veranschaulichen das bekannte Schwenkverfahren. Die Figuren 2 und 3 zeigen den Verlauf der Ausgangswechselspannung U₁₁ bzw. U₁₂, die Figur 4 den Verlauf der Drosselspannung Up₁ und die Figur 5 den Verlauf der Gesamtspannung U_RM in Abhängigkeit von der Zeit t bei fester Kreisfrequenz co = 2?ff, wobei f die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters W1 ist. Zwischen den Ausgangswechselspannungen U₁₁ und U₁₂ besteht eine Phasenverschiebung um den Winkel 2&£ , der einstellbar ist und im folgenden als Steuerwinkel 2-=i bezeichnet wird. Die Steuersignale für die Hauptventile des ersten Teilwechselrichters W11 sind also um den Steuerwinkel 2^ gegenüber den entsprechenden Steuersignalen für die Hauptventile des zweiten Wechselrichters phasenverschoben. In dem Zeitraum 2ο£/ω, der dem Steuerwinkel 2u entspricht, haben die Ausgangswechselspannungen U₁₁, U₁₂ verschiedene Polarität; die durch Addition gewonnene Gesamtspannung U_RM (vergl. Figur

5) ist hier Null. Die Gesamtspannung U_R„ erscheint also mit einem "Anschnitt"; ihr Grundschwingungs-Effektivwert wird mit zunehmendem halben Steuerwinkel°£ nach einer Cosinusfunktion vermindert.

In den Zeiträumen 2ol/w, die jeweils dem Steuerwinkel 2°t ent sprechen, auß die Drosselspule D1 die volle Gleichspannung übernehmen. Die Drosselspannung U^₁ an der gesamten Drosselwicklung ist in Figur 4 eingezeichnet und schraffiert hervorgehoben. Sie beträgt abwechselnd +U und -U. Die Spannungszeitfläche, die die Drosselspule D1 magnetisch beansprucht,

5öhe U und eine

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hat also jeweils die Höhe U und eine Breite entsprechend dem

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Steuerwinkel 2 oL.

Zur Verminderung der Spannungszeitflachen an der Drosselspule D1 wird nun ein Pulsbetrieb eingeführt, der in den Diagrammen der Figuren 6 bis 9 verdeutlicht wird. Dieser Pulsbetrieb ist jeweils auf den Bereich des Steuerwinkels 2o£ beschränkt. Innerhalb der Periodendauer der Ausgangswechselspannungen U₁₁, U₁₂ gibt es zwei solcher Bereiche. Innerhalb dieser Bereiche werden die beiden Ausgangswechseispannungen mindestens einmal
und jeweils im selben Zeitpunkt umgesteuert.

Die Figuren 6 bis 9 beziehen sich auf den beispielsweise herausgegriffenen Fall, daß in jedem Bereich des Steuerwinkels 2oC beide Ausgangswechselspannungen U₁₁, U₁₂ gleichzeitig η = 2
mal zusätzlich umgeschaltet werden. Die Anzahl η ist also die Zahl der Umschaltungen oder Umsteuerungen innerhalb des Bereiches des Steuerwinkels 2οό . Die Bereichsgrenzen werden dabei nicht mitgezählt. Die Zahl η kann in anderen Fällen beträchtlich größer als 2 sein.

Die Figuren 6 und 7 zeigen den zeitlichen Verlauf der teilgepulsten Ausgangswechselspannungen U₁₁ bzw. U₁₂* die Figur 8
den zeitliehen Verlauf der Drosselsspannung * und die Figur 9
den zeitlichen Verlauf der zugehörigen Gesamt spannung U™,.
Man erkennt, daß zwischen den Winkeln-f 1 und -f2 zwei zusätzliche Umsteuerungen bei den Winkeln*f 11 und *-f1 2 vorgenommen
werden. Diese erfolgen, wie aus einem Vergleich von Figur 6
mit Figur 7 deutlich wird, gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung. Entsprechend werden auch zwischen den Winkeln
-{ 3 und -f 4 zwei zusätzliche Umsteuerungen bei den Winkeln -f 31 und ^32 vorgenommen. Ebenso gibt es zwei zusätzliche Umsteuerungen zwischen den Winkeln-f 5 und f6 bei den Winkeln f51 und vt>52. Die Schalt frequenz f jeder Ausgangswechselspannung U₁₁, U₁₂ erhöht sich dadurch auf das (n+1) = 3-fache der Arbeitsfrequenz f. Wie aus den Figuren 6 und 7 hervorgeht, werden
die Umsteuerungen der beiden Teilwechselrichter W11, W12 bevorzugt so vorgenommen, daß der Bereich des Steuerwinkels 2oc

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in eine Anzahl (n+1) Abschnitte unterteilt wird, die alle gleich groß sind.

Da, wie soeben vorausgesetzt wurde, die zusätzlichen Schaltflanken den Bereich des Steuerwinkels 2oC in gleich lange Abschnitte unterteilen, liegen an der Drosselspule D1 jeweils anstelle eines Spannungsblocks der Breite 2oC (vergl. Figur 4) jetzt insgesamt (n+1) = 3 Spannungsblöcke wechselnder Polarität der Breite U-Ut = 2oi/(n+1 ) = 2-^/3, vergl. Figur 8. Die Drosselspule D1 ist für einen dieser Spannungsblöcke auszulegen. Die Beanspruchung der Drosselspule D1 wird also auf 1/(n+1) = 1/3 vermindert.

Es ist also festzuhalten, daß im allgemeinen Fall η zusätzliche Umschaltungen eine Erhöhung der Schaltfrequenz f auf das (n+1)-fache der Arbeitsfrequenz f und eine Verringerung der Beanspruchung der Drosselspule D1 um den Faktor i/(n+1) bewirken. Weiterhin ist bemerkenswert, daß die Gesamtspannung U_RM nach Figur 9 im Bereich des Steuerwinkels 2oL - wie in Figur 5 unverändert Null bleibt, da die beiden Teilwechselrichter W11, W12 in diesem Bereich nach wie vor Ausgangswechselspannungen IL.., U.p stets unterschiedlicher Polarität liefern. Die Gesamtspannung U_RM und damit die.Gesamtausgangsspannung der Wechselrichter W1, W2, W3 wird durch das Pulsen in den genannten Bereichen nicht beeinflußt.

Im Interesse einer beträchtlichen Verminderung der Drosselbaugröße sollte die Anzahl η der zusätzlichen Umschaltungen möglichst groß gewählt werden. Da jedoch mit der Anzahl η die Schaltfrequenz der Teilwechselrichter W11, W12 ansteigt, und da der Schaltflankenabstand (Breite der Abschnitte) mit Rücksicht auf die Kommutierungsvorgänge in den Teilwechselrichtern W11, W12 eine gewisse Mindestzeit At . nicht unterschreiten darf, ergibt sich unter Berücksichtigung der zulässigen Betriebsdaten für jede Ausgangsfrequenz f und für jeden Steuerwinkel 2*1 eine optimale Anzahl n.

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Wenn ein größerer Steuerbereich hinsichtlich Arbeitsfrequenz f und Ausgangsspannung beherrscht werden soll, ergibt sich daraus die Notwendigkeit, die Anzahl η bereichsweise zu ändern. Das Diagramm nach Figur 10 zeigt den zeitlichen Abstand At zwischen zwei zusätzlichen Umsteuerungen, also die Zeitdauer ΔΛ der einzelnen Spannungsblöcke (vergl. Figuren 4 und 8) an der Drosselspule DI, in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz f, die auf die maximale Arbeitsfrequenz f bezogen ist. Dabei wurde angenommen, daß die Gesamtspannung U_RM mit Hilfe des Steuerwinkels 2oi, proportional zur Arbeitsfrequenz f geändert wird. Eine solche Proportionalität wird gewöhnlich verlangt, wenn als Belastung B eine Drehfeldmaschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, vorgesehen ist. Der zeitliche Abstand At ist dabei ein Maß für die Spannungszeitfläche und damit für die Beanspruchung der Drosselspule.

Im Bereich der maximalen Arbeitsfrequenz f i^/^^r,^ O ist

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die Anzahl η = o. Dieser Fall entspricht dem bekannten Betriebsverfahren nach den Figuren 2 bis 5. Mit abnehmender Arbeitsfrequenz f erhöht sich nun der Steuerwinkel 2o6und damit der zeitliche Abstand At der Bereichsgrenzen. Hat dieser Abstand At bei der Arbeitsfrequenz f1 einen vorgegebenen Maximalwert At_m___ erreicht, der vorzugsweise gleich dem Doppelten der physikalisch z. B. durch die Freiwerdezeit bedingten Mindestzeit At · des Wechselrichters ist, so wird die Anzahl η von Null auf 1 erhöht, der zeitliche Abstand At also auf den Wert At. halbiert. Mit weiter abnehmender Arbeitsfrequenz f wird bei der Arbeitsfrequenz f2 wiederum der vorgegebene Maximalwert At erreicht; dann wird die Anzahl η wieder um 1 auf η = 2

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erhöht, der Bereich des Steuerwinkels 2oi also jetzt in η = 3 Abschnitte eingeteilt. Entsprechend wird fortgefahren, so daß sich der in Figur 10 unten eingezeichnete sägezahnförmige Kurvenverlauf ergibt, der auch rückwärts durchlaufen werden kann. Dabei ist zu beachten, daß die Erhöhung oder Erniedrigung

der Anzahl η nicht unbedingt um Stufen von 1 vor genommen

zu werden braucht. Insbesondere bei höheren Zahlen η können

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Stufen von 2 oder mehr angebracht sein. Die Dimensionierung der Drosselspule richtet nach dem relativ niedrigen Maximal-

In Figur 10 ist zusätzlich gestrichelt der wesentlich ungünstigere Kurvenverlauf ohne teilgepulsten Betrieb eingezeichnet, der sich für η = ο ergibt. Man erkennt, daß eine abnehmende Frequenz f einen zunehmenden zeitlichen Abstand At zur Folge hat. Je größer daher der Frequenzsteuerbereich bei η = ο sein soll, um so größer muß auch die Typenleistung der Drosselspule gewählt werden.

Die in Figur 10 oben rechts eingezeichnete Kurve gibt schließlich die auf die maximale Arbeitsfrequenz f_max bezogene Schaltfrequenz f eines der Teilwechselrichter W11, W12 in

Abhängigkeit von der bezogenen Arbeitsfrequenz f/f__QV an.

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Daraus ist zu erkennen, daß sich die beim erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche bezogene Schaltfrequenz f /f _„ im

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Bereich von 1 bis etwa 2,5 bewegt, wenn die Ausgangsspannung zwischen 100 und 50 % des Maximalwertes gesteuert wird.

Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des bisher beschriebenen Verfahrens. Diese Schaltungsanordnung umfaßt im wesentlichen ein Steuergerät ST, das in Figur 11 mit einer Reihe von Einzelheiten dargestellt ist. Abweichend von Figur 1 wird dabei angenommen, daß die Steuerspannung U . an einem Sollwertgeber P . der

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insbesondere als Potentiometer ausgebildet sein kann, abgegriffen wird. Die Frequenzsteuerspannung U~ wird - wie in Figur 1 an einem weiteren Sollwertgeber P„ abgenommen.

Die Frequenzsteuerspannung XL·, wird einem Oszillator 0 zugeführt. Dieser Oszillator 0 liefert eine Dreieckspannung D, deren Verlauf in Abhängigkeit von der Zeit t in Figur 12 dargestellt ist, und eine dazu synchrone Rechteckspannung V, deren zeitlicher Verlauf in Figur 13 dargestellt ist. Die Frequenz der beiden Spannungn D, V am Ausgang des Oszillators 0

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ist durch die Frequenzsteuerspannung U^ einstellbar. Sie ist das Dreifache der gewünschten Grundschwingungsfrequenz der Gesamtspannung, die z. B. in Figur 1 mit U_RS bezeichnet ist. Die Periodendauer dieser Grundschwingungsfrequenz ist in den Figuren 12 und 13 mit T benannt.

Die Dreieckspannung D wird einer Addierstufe F zugeführt. Diese bildet daraus und aus einer Gleichspannung D , die gleich der Amplitude der Dreieckspannung D ist und an einem Potentiometer P. abgegriffen wird, zwei modifizierte Dreieckspannungen DI und DII. Der zeitliche Verlauf dieser modifizierten Dreieckspannungen DI und DII ist in den Figuren 14 bzw. 20 dargestellt. Wie aus dem Vergleich der Figuren 14 und 20 deutlich wird, sind die modifizierten Dreieckspannungen DI und DII um T/6 gegeneinander phasenverschoben. Sie besitzen nur noch positive Werte. Ihre Amplitude beträgt 2 D . Mit jeder der modifizierten Dreieckspannungen DI und DII wird eine Komparatorgruppe OI bzw. CII gespeist. Jede dieser Komparatorgruppen CI, CII enthält eine Anzahl von handelsüblichen Komparatoren, die auch unter dem Namen Grenzwertmelder bekannt sind.

Aus Figur 11 geht hervor, daß die Steuerspannung U . einem Spannungsteiler P zugeführt wird. Dieser Spannungsteiler P sorgt dafür, daß die Steuerspannung U . in eine Anzahl von Teilspannungen unterteilt wird, die äquidistant abgestuft sind. Der Spannungsteiler P gibt also außer der Steuerspannung U . eine Anzahl von Teilspannungen IJ.., Up ... ab.

In Figur 31 ist ein solcher Spannungsteiler P dargestellt, der hier für den Betrieb mit maximal η = 6 zusätzlichen Umsteuerungen eingerichtet ist. Dabei ist η wiederum die Anzahl der gewünschten Umsteuerungen im Bereich des Steuerwinkels 2o£ . Der Spannungsteiler P enthält eine Reihenschaltung von sieben gleich großen ohmschen Widerständen WO, W1 ... W6. Allgemein gesprochen benötigt man für η zusätzliche Umsteuerungen (n+1) ohmsche Widerstände WO, W1 .... Vom Potential

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U . beginnend ist von jedem zweiten Verbindungspunkt der Widerstände WO, W1 ... W6 ein Abgriff herausgeführt. An diesen Abgriffen erhält man die Teilspannungen U₁, U₂ und U,. Aus Figur 31 geht weiterhin hervor, daß dem Spannungsteiler P eine Schaltergruppe Q mit sechs Schaltern ZO, Z1 ... Z5 vorgeschaltet ist. Dabei ist jeder Verbindungspunkt des Spannungsteilers P an einen der Schalter ZO, Z1, ... Z5 der Schaltergruppe Q geführt. Der andere Kontakt ist jeweils auf Nullpotential gelegt. Als Schalter ZO, Z1, ... Z5 kommen insbesondere elektronische Schalter, z. B. Transistoren, in Betracht. Diese werden durch Steuerbefehle NO, N1, ... N5 angesteuert. Die Herkunft und Bildung dieser Steuerbefehle NO, N5 wird später erläutert. Durch die Wahl der Schalteratellungen ist jeweils die Anzahl η der gewünschten Umsteuerungen im Bereich des Steuerwinkels 2<ac festgelegt.

In Figur 31 ist der Fall eingezeichnet, bei dem η = 5 zusätzliche Umsteuerungen erreicht werden sollen. Dazu ist der Schalter Z5 durch den Steuerbefehl N5 geschlossen. Damit ist der Widerstand W6 überbrückt. Die Schalter ZO bis Z4 sind geöffnet. Damit ergibt sich, daß die zwischen den Widerständen W1 und W2 abgegriffene Teilspannung U₁ gleich 4/6 U . und die zwischen den Widerständen W3 und W4 abgegriffene Teilspannung Up gleich 2/6 U , ist. Die folgende Teilspannung U·, ist Null. Ausgehend von der Steuerspannung U . haben also die Teilspannungen U₁, U₂, U^ stets denselben Abstand voneinander, der im vorliegenden Fall 2/6 U , beträgt. Ist eine andere Anzahl η von zusätzlichen Umsteuerungen gewünscht, so wird mittels der Steuerbefehle NO ... N5 ein anderer der Schalter ZO ... Z5 geschlossen.

Die S teuer spannung U . und die Teilspannungen U₁ , U„ und U·, werden, wie aus Figur 11 ersichtlich ist, den beiden Komparatorgruppen CI und CII zugeführt. Diese enthalten jeweils für die Steuerspannung U . und die Teilspannungen U₁, Up, U, je einen Komparator, im vorliegenden Fall also jeweils 4 Komparatoren.

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In den Figuren 14 und 20 sind sämtliche Spannungen in ihrem Zeitverlauf dargestellt, die in den Komparatorgruppen CI bzw. CII miteinander verglichen werden. Bei Übereinstimmung der Absolutwerte der verglichenen Spannungen, also in den Schnittpunkten, schaltet der zugehörige Komparator um. Es entstehen am Ausgang der Komparatorgruppe CI für den beispielhaft betrachteten Fall η = 5 Ausgangssignale AOI, A1I, A2I und A3I. Das Ausgangssignal A3I ist dabei Null. Der zeitliche Verlauf der anderen Ausgangssignale AOI, AtI und A2I ist in den Figuren 15 bis 17 dargestellt. Entsprechend entstehen am Ausgang der Komparatorgruppe CII Ausgangssignale AOII, AIII, A2II und A3II, von denen das Ausgangssignal A3II wiederum Null ist. Der zeitliche Verlauf der übrigen Ausgangssignale AOII, AIII und A2II ist in den Figuren 21 bis 23 dargestellt.

Jeder Komparatorgruppe GI und CII ist eine Modulationsstufe MI bzw. MII zugeordnet, die mit den Ausgangssignalen AOI ... A3I bzw. AOII ... A3II gespeist werden. Am Ausgang der Modulationsstufen CI, CII entsteht daraus jeweils ein Modulationssignal LI bzw. LII, das den Verlauf der Ausgangswechselspannungen (vergl. Bezugszeichen U-J₁, U_{1 ?} in Figur 1) im Bereich des Steuerwinkels 2·^ festlegt. Hierzu reichen bei geradzahliger Anzahl η von gewünschten Umsteuerungen die Ausgangssignale AOI ... A3II als Informationsträger aus. Bei ungeradzahliger Anzahl η ist die Information nicht ausreichend, da jeweils eine zusätzliche Umsteuerung in den Nullpunkten der modifizierten Dreieckspannungen DI und DII (vergl. Figuren 14 und 20) erforderlich ist. Die dazu erforderliche zusätzliche Information wird aus einer Korrekturstufe K erhalten, die immer dann Korrektursignale KI und KII aus der Reckteckspannung V des Oszillators 0 bildet, wenn ein Signal X anzeigt, daß die Anzahl η ungerade ist. Das Korrektursignal KI ist im zeitlichen Verlauf identisch mit der Rechteckspannung V, das Korrektursignal KII entspricht der inversen Rechteckspannung V. Die Korrektursignale KI, KII sind in den Figuren 18 bzw. 24 dargestellt.

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In Figur 32 ist ein Ausführungsbeispiel für die Modulationsstufe MI gezeigt. Die Modulationsstufe MII ist identisch aufgebaut, so daß es genügt, lediglich die Modulationsstufe MI zu betrachten. Diese enthält eine Anzahl von neun NAND-Stufen YO bis Y8, die logisch miteinander verknüpft sind. Die Anordnung der NAND-Stufen YO bis Y3 sorgt im wesentlichen dafür, daß das Modulationssignal LI jedesmal dann umschaltet, wenn eine der Spannungen TJ . , U., U₉, U^ (vergl. Figur 14) gleich der modifizierten Dreieckspannung DI geworden ist. Die NAND-Stufen Y4 bis Y8 sind für eine zusätzliche Umschaltung vorgesehen, die an der Stelle der Nullpunkte der modifizierten Dreieckspannung DI (vergl. Figur 14) jeweils dann auftritt, wenn das Korrektursignal KI ungleich Null ist. Dabei entsteht durch die Abfallflanke des Korrektursignals KI auch eine zusätzliche Umschaltung jeweils im Maximum der modifizierten Dreieckspannung DI, die jedoch bei der Bildung der Ausgangswechselspannungen der Teilwechselrichter nicht in Erscheinung tritt. Die Funktion der Modulationsstufe MI ergibt sich ohne weiteres aus der dargestellten Verknüpfung der NAND-Glieder YO bis Y8.

Das von der Modulationsstufe MI abgegebene Modulationssignal LI ist in seinem zeitlichen Verlauf in Figur 19 dargestellt. Mitsprechend ist das Modulationssignal LII der Modulationsstufe MII in Figur 25 dargestellt.

Die Eeckteckspannung V wird nach Figur 11 auch in zwei Ringzähler BI und BII eingespeist, die jeweils drei Ausgangsleitungen besitzen. Über jede der drei Ausgangsleitungen wird ein rechteckiges Signal.ZU, ZI3 bzw. ZIH, ZII2, ZII3 der Dauer T/3 abgegeben, die sich jeweils mit der Periodendauer T wiederholen. Die Signale ZU, ZI2, ZI3 sind gegeneinander um T/3 und gegenüber den entsprechenden Signalen ZIH, SII2, ZII3 jeweils um die Zeitdauer T/2 versetzt. Die Signale des Ringzählers BI wechseln sich dabei im Maximum der modifizierten Dreieckspannung DI und die Signale des Ringzählers BII wech-

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sein sich, dabei im Maximum der modifizierten Dreieckspannung DII ab. Das ist in den Figuren 26 und 27 schematisch dargestellt.

Drei identisch aufgebaute Phasensignalgeber H1, H2, H3, die den einzelnen Wechselrichtern W1, W2 bzw. W3 in Figur 1 zugeordnet sind, werden nach Figur 11 mit diesen Signalen ZU ... ZII3 der Ringzähler BI, BII versorgt. Gleichzeitig werden ihnen jeweils die Modulationssignale II, LII und die Ausgangssignale AOI, AOII der Komparatorgruppen GI bzw. GII, also jeweils zusätzlich noch 4 weitere Signale zugeführt. Die Phasensignalgeber H1, H2 und H3 liefern jeweils zwei Phasensignale J11, J12 bzw. J21, J22 bzw. J31, J32, die den Schalt- -takt der Teilwechselrichter W11 , ¥12 bzw. W21, ¥22 bzw. W31, W32 festlegen. Die Phasensignale J11 ... J32,von denen die Phasensignale J11, J12 in Abhängigkeit von der Zeit t in den Figuren 28 und 29 dargestellt sind, werden dazu in Signalumformer E11 ... E32 gegeben, die die für die Wechselrichterventile benötigten Steuergrößen liefern. Falls die Wechselrichter W1, W2, W3 Thyristoren als steuerbare Ventile enthalten, dienen die Signalumformer E11 ... E32 zur Bildung der Zündimpulse. Die Ausgänge der Signalumformer E11 ... E32 sind in Figur 11 mit r1, r2 bzw. si, s2 bzw. ti, t2 bezeichnet. Dieselbe Bezeichnungsweise ist beim Steuergerät ST in Figur 1 verwendet, so daß beide Figuren unmittelbar miteinander vergli-chen werden können. Figur 30 zeigt die resultierende Gesamtspannung U_RM (vergl. Figur 1), deren Amplitude gleich der speisenden Gleichspannung U ist.

Ein Ausführungsbeispiel für den Phasensignalgeber H1 ist in Figur 33 dargestellt. Die Phasensignalgeber H2, H3 sind entsprechend aufgebaut. Der Phasensignalgeber H1 enthält eine Anzahl von NAND-Stufen Y9 bis Y25, die logisch miteinander, verknüpft sind. Die Verknüpfung ergibt sich ohne weiteres aus Figur 33 und braucht nicht näher erläutert zu werden.

Der Phasensignalgeber H1 bewirkt im wesentlichen eine Verteilung der zugeführten Eingangssignale in 4 festgelegten Zeit-

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bereichen a, b, c, d auf die beiden Ausgänge, also auf die Phasensignale J11 und J22. Die Zeitbereiche a, b, d und d sind zwischen den Figuren 28 und 29 eingezeichnet. Die Zeitbereiche b und d entsprechen jeweils dem Bereich des Steuerwinkels 2eL. In diesen Bereichen werden die Phasensignale J11, J12 moduliert, also mehrfach umgesteuert. Das kommt dadurch zustande, daß im Zeitbereich b das Modulationssignal LII und im Zeitbereich d das Modulationssignal LI dem Phasensignal J11 direkt und dem Phasensignal J12 invers zugeteilt wird. Die Verknüpfung ist weiter so getroffen, daß in den Bereichen a, c die Phasensignale J11, J12 nicht moduliert werden.

Es wurde oben bereits ausgeführt, daß die Schalter ZO ... Z5 der Schaltergruppe Q (vergl. Figur 31) durch Steuerbefehle NO ... N5 gesetzt werden, die die Anzahl η der Umsteuerungen festlegen. Die Bildung der Steuerbefehle NO ... N5 erfolgt, wie aus Figur 11 ersichtlich ist, in einem Vor- und Rückwärtszähler VR. Jeweils nur einer der abgegebenen Steuerbefehle NO ... N5 besitzt aktiven Zustand. Der Vor-Rückwärtszähler VR besitzt zwei Eingänge, denen Setzsignale SV und SR zugeführt werden können. Ein Wechsel des Setzsignals SV von 1 nach 0 an dem einen Eingang bewirkt ein Weiterschalten des Vor- und Rückwärtszählers VR in Vorwärtsrichtung, d. h. anstelle des gerade aktiven Steuerbefehls, z. B. N2, wird der Steuerbefehl mit der nächsthöheren Ordnungszahl, z. B. N3, aktiv. Ein Wechsel des Setzsignals SR von 1 nach 0 am anderen Eingang bewirkt ein Weiterschalten des Vor- und Rückwärtszählers VR in Rückwärtsrichtung, d. h. anstelle des gerade aktiven Steuerbefehls, z. B. N5, wird der Steuerbefehl mit der nächstniedrigen Ordnungszahl, z. B. N4, aktiv. Ob die Ordnungezahl und damit die Anzahl η der zusätzlichen Umsteuerungen im Bereich des Steuerwinkels 2-oL geradzahlig oder ungeradzahlig ist, wird durch ein Signal X angegeben, das dem Vor- und RückwärtszähJ.er VR ebenfalls entnommen wird. Dazu werden die Steuerbefehle NI, N3, N5 ungerader Ordnungszahl invertiert einer (nicht dargestellten) NAND-Stufe mit drei Eingängen

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zugeführt; dieser wird das Signal X entnommen.

Die beiden Setzsignale SV und SR werden nach Figur 11 in einem Setzsignalbildner SB gebildet. Der Setzsignalbildner SB sorgt dafür, daß der zeitliche Abstand At zwischen zwei Umsteuerungen bei einer Verringerung des Steuerwinkels 2 oL einen minimalen Grenzwert nicht unterschreitet und bei einer Vergrößerung des Steuerwinkels 2αί. oder einer abnehmenden Arbeitsfrequenz einen maximalen Grenzwert nicht überschreitet. Das Kriterium für die Bildung des Setzsignals SV ist dann gegeben, wenn der zeitliche Schaltflankenabstand At zwischen zwei beliebigen Schaltflanken im Bereich des Steuerwinkels 2Ti (vergl. Figur 28) einen maximalen Grenzwert überschreitet, der gleich dem Doppelten des minimalen Grenzwerts 2 At . des Wechselrichters gewählt ist. Das Kriterium für die Bildung des Setzsignals SR ist dann gegeben, wenn der Schaltflankenabstand Δι zwischen zwei beliebigen Schaltflanken im Bereich des Steuerwinkels 2oL (vergl. Figur 28) einen Minimalwert unterschreitet, der gleich dem minimalen Grenzwert At . des

mm

Wechselrichters ist.

Zur Erfassung des Schaltflankenabstandes At werden dem Setzsignalbildner SB das Ausgangssignal AOI oder AOII der Komparatorgruppe GI bzw. GII und zusätzlich das entsprechende Modulationssignal LI bzw. LII zugeführt. Im vorliegenden Fall sind es die zusammengehörigen Signale AOII und LII.

Den Aufbau des Ausführungsbeispiels eines Setzsignalbildners SB zeigt im einzelnen Figur 34-. Der Setzsignalbilder SB enthält zwei monostabile Kippstufen MK1 und MK2 jeweils mit der Laufzeit At . und zwei monostabile Kippstufen MK3 und MK4 jeweils mit der Laufzeit ²At_m±n sowie NAND-Glieder Y26 bis Y31. Die Kippstufen MK2 und MK3 werden vom direkten und die Kippstufen MK1 und MK4 werden mit Hilfe der NAND-Glieder Y26, Y27 vom inversen Modulationssignal LII angesteuert. Dadurch bilden die Kippstufen MK1 und MK4 Ausgangssignale bei

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einer Anstiegsflanke und die Kippstufen MK2 und MK3 Ausgangssignale bei einer Abfallflanke des Modulationssignals LII. Sobald sich die Ausgangssignale der monostabilen Kippstufen MK1 und MK2, deren Zeitdauer jeweils At. beträgt, innerhalb des Steuerbereich3 2oL überschneiden, nimmt das Setzsignal SR infolge der logischen Verknüpfungen aktiven Zustand an. Der Vor- und Rückwärtszähler VR wird um eine Einheit zurückgeschaltet. Sobald sich die inversen Ausgangssignale der monostabilen Kippstufen MK3 und MK4, deren Zeitdauer jeweils 2At . beträgt, innerhalb des Steuerbereichs 2oLüberschneiden, nimmt das Setzsignal SV aktiven Zustand an. Es schaltet den Vor- und Rückwärtszähler VR um eine Einheit in Vorwärtsrichtung weiter. Der neue Zustand des Vor- und Rückwärtszählers VR bewirkt im letzteren Fall, daß der Steuerbereich 2o£ um eine Einheit weniger unterteilt wird.

16 Patentansprüche
34 Figuren

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Claims (1)

1. - 23 - VPA 73/3129

   Patentansprüche

   ( 1.1 Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichter, der aus zwei Teilwechselrichtern besteht, deren Eingänge an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen und deren Ausgänge über eine Drosselspule mit Mittelanzapfung derart miteinander verbunden sind, daß die beiden um einen einstellbaren Steuerwinkel gegeneinander versetzten Ausgangswechselspannungen der Teilwechselrichter mittels der Drosselspule zu einer an der Mittelanzapfung abgreifbaren Gesamtspannung zusammengesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangswechselspannungen (U.,.,, U^₂) jeweils im Bereich des Steuerwinkels (2«l), in dem sie entgegensetzte Polarität haben, mindestens einmal und jeweils im selben Zeitpunkt gegenläufig umgesteuert werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Steuerwinkels (2o6) durch η Umsteuerungen der beiden Teilwechselrichter (W11, W12) in eine Anzahl (n+1) gleich großer Abschnitte unterteilt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verringerung des Steuerwinkels (2«ac) der zeitliche Abstand (At) zwischen zwei Umsteuerungen einen minimalen Grenzwert ( At _min)» der im wesentlichen durch die 3?reiwerdezeit der steuerbaren Ventile der Teilwechselrichter (WH, W12) bestimmt ist, nicht unterschreitet.

   4·. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Veränderung des Steuerwinkels (2oc) die Anzahl (n+1) der Abschnitte bereichsweise geändert wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (n+1) der Abschnitte jeweils schrittweise um 1 zu- oder abnimmt.

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   Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit abnehmender Arbeitsfrequenz (f) der beiden Teilwechselrichter (W11, W12) und/oder mit zunehmendem Steuerwinkel (2«O die Zunahme der Anzahl (n+1) der Abschnitte gerade immer dann erfolgt, wenn der zeitliche Abstand (At) zwischen zwei Umsteuerungen gleich einem vorgegebenem maximalen Grenzwert ( At ) geworden ist.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Grenzwert ( ^t ) gleich dem Zweifachen eines minimalen Grenzwerts (Δι . ) gewählt ist, der im wesentlichen durch die Freiwerdezeit der steuerbaren Ventile der Teilwechselrichter (W11, W12) bestimmt ist.

   8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Frequenzerzeugerstufe (0, F), die zwei modifizierte Dreieckspannungen (DI, DII) abgibt, welche gleiche Frequenz und Amplitude besitzen und um die Hälfte ihrer Periodendauer gegeneinander phasenverschoben sind, zwei mit einer Anzahl von Komparatoren ausgestattete Komparatorgruppen (CI₁ CII)₁ denen die modifizierten Dreieckspannungen (DI, DIl) und eine Anzahl von spannungsmäßig äquidistanten Teilspannungen (U ., U^, Up, U^), die mittels eines Spannungsteilers (P) aus einer gemeinsamen, den Steuerwinkel (2©c) bestimmenden Steuerspannung (U .) gewonnen sind, zugeführt sind, und zwei Modulationsstufen (MI, MII), die jeweils den Komparatorgruppen (CI, CII) nachgeschaltet sind und den zeitlichen Verlauf der gewünschten Ausgangswechselspannungen (z. B. U₁₁, U₁₂) der Teilwechselrichter (W11, W12) im Bereich des Steuerwinkels (2©e) in der Weise festlegen, daß jeweils beim Umschalten eines der Komparatoren eine Umsteuerung erfolgt.

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   9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Frequenzerzeugerstufe (0, P), die aus einem eine Dreieckspannung (D) abgebenden Oszillator (0) und einer nachgeschalteten Addierstufe (F) besteht, die zusätzlich mit einer Gleichspannung (D_n.) gespeist ist.

   10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9» gekennzeichnet durch zwei Ringzähler (BI, BII), die von der Frequenzerzeugerstufe (0, F) gespeist sind und an Phasensignalbildner (H1, H2, H3) angeschlossen sind, die wiederum zusätzlich aus den Modulationsstufen (MI, MII) gespeist sind und deren Phasensignale (J11, J12; J21, J22; J31, J32) den Schaltrhythmus der Teilwechselrichter (W11, W12; ¥21, W22; W31 , W32) festlegen.

   11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine dem Spannungsteiler (P) vorgeschaltete Auswahlschaltung (Q, VR) zur Einstellung des Spannungsteilerverhältnisses .

   12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Auswahlschaltung (Q, VR), die aus einer Schaltergruppe (Q) mit einer Anzahl von Schaltern (ZO, .„., Z5) besteht, welche durch Steuerbefehle (NO, ..., N5), die von einem Vor- und Rückwärtszähler (VR) abgegeben werden, steuerbar sind.

   13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen an den Vor- und Rückwärtszähler (VR) angeschlossenen Setzsignalbildner (SB) mit zwei monostabilen Kippstufen (MK1, MK2), deren Laufzeit gleich der zwischen zwei Schaltflanken einzuhaltenden Mindestzeit (At^_n) des Wechselrichters (W1, W2, W3) ist.

   H. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen an den Vor- und Rückwärtszähler (VR) angeschlossenen

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   Setzsignalbildner (SB) mit zwei monostabilen Kippstufen (MK3, MK4), deren Laufzeit gleich dem Doppelten der zwischen zwei Schaltflanken einzuhaltenden Mindestzeit (Δt . )

   des Wechselrichters (W1, W2, W3) ist.

   15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis H, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler (P), der aus einer Serienschaltung gleich großer Widerstände (WO, Wd) besteht, die jeweils nach jedem zweiten Widerstand (WO, ..., W6) mit einem Abgriff für die Teilspannung (U₁, U₂, U^) versehen und von der Steuerspannung (U_st) gespeist ist.

   16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 und 15, gekennzeichnet durch jeweils einen Abgriff zwischen zwei Widerständen (WO ... W6), der an einen der Schalter (ZO ... Z5) der Schaltergruppe (Q) geführt ist.

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