DE2554259A1

DE2554259A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines wechselrichters

Info

Publication number: DE2554259A1
Application number: DE19752554259
Authority: DE
Inventors: Arne Jensen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1977-06-08
Also published as: DE2554259B2; DK541076A; DE2554259C3; US4086623A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Wechselrichters

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters mit konstanter Gleichspaanungsversorgung und einstellbarer Frequenz und Amplitude der Grundschwingung der Ausgangsspannung, insbesondere zur Speisung ei.ies Drehstrommotors, bei dem die Phasenspannung zumindest teilweise durch breitenmodulierte Impulse gebildet und zur Beseitigung eines zu kleinen Impulsabstandes die Spannungs-Zeit-Fläche der Impulsreihe vergrößert wird, und eine zugehörige Vorrichtung.

Es ist bekannt, einen Wechselrichter mit konstanter Gleich spannung zu speisen und die Frequenz sowie die Amplitude der Grundschwingung der Ausgangsspannung dadurch zu ändern, daß Jede Klemme während jeder Halbwelle mehrfach abwechselnd mit dem positiven und dem negativen Pol der Gleichspannungsversorgung verbunden wird, so daß sich eine Anzahl von Impulsen regelbarer Breite ergibt. Derartige Wechselrichter weisen Schaltelemente, z.B. Thyristoren, und den schnellen Polaritätswechsel ermöglichende Freilaufdioden auf. Zu beachten ist jedoch, daß eine Reihe von Schaltelementen, insbesondere Thyristoren, eine gewisse Schaltzeit erfordern, was dazu führt, daß darauf zu achten ist, daß bestimmte kleinste Impulsbreiten bezw. Impulsabstände nicht unterschritten werden dürfen, da sonst ein Kurzschluß im Wechselrichter erfolgen könnte„ Hierbei ist es gleichgültig, auf welche Art die Breiten und Abstände der Impulse festgelegt worden sind. Bekannt ist beispielsweise das sogenannte Unterschwingungsverfahren, bei dem eine Kurve

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rait der Frequenz der gewünschten Grundschwingung von einem Wellenzug höherer Frequenz geschnitten wird. B kennt ist es auch, den ersten und dritten 6O°-Abschnitt einer Halbwelle durch Spannungsblöcke zu bilden und im mittleren 60 - Abschnitt eine bestimmte, gegebenenfalls umschaltbare Anzahl von Impulsen zu verwenden.

Es ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei dem die über die gesamte Halbwelle verteilten Impulse unterschiedliche Breite und Abstände haben, aber mit Bezug auf die Halbwellenmitte symmetrisch ageordnet sind. ¥enn die Impulse verbreitert v/erden und dabei der Abstand zwischen den beiden mittleren Impulsen zu klein wird, erfolgt am Ende des ersten dieser beiden Impulse eine Löschverzögerung, so daß der Abstand überbrückt wird. In ähnlicher Weise können auch die übrigen Impulsabstände nach und nach überbrückt werden. Jede Überbrückung führt aber zu einer sprunghaften Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche und daher zu einem Sprung in der Amplitude der Grundwelle der Ausgangsspannung.Die damit verbundenen Wirkungen, z.B. in der Magnetisierung eines ange schlossenen Motors, sind unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der die sprunghaften Veränderungen der Ausgangsspannung ganz oder teilweise vermiederlwerden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche durch eine Verkleinerung der Breiten zumindest einiger der verbleibenden Impulse teilweise kompensiert wird.

Jedesmal, wenn die Spannungs-Zeit-Fläche sprungartig vergrößert wird, wird die Breite anderer Impulse kompensatorisch verkleinert. Die gesamte Spannungs-Zeit-Fläche wird daher nicht sprungartig vergrößert, so daß sich eine weitgehend kontinuierliche Spannungsregelung erzielen läßt. Wenn die verbleibenden Impulse

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nach der Kompensation eine geringere Breite haben, ist der Abstand zwischen ihnen vergrößert, so daß die nächste Umschaltung herausgezögert wird.

Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß die Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche dadurch erfolgt, daß in mindestens einem ersten vorgegebenen Abschnitt von modulierten auf nicht-modulierten Betrieb umgeschaltet wird, und daß die Verkleinerung der Impulsbreiten in mindestens einem zweiten vorgegebenen Abschnitt vorgenommen wird.Hierbei werden nicht die Zwischenräume zwischen einzelnen Impulsen überbrückt, sondern die Impulse und Impulsabschnitte eines bestimmten Bereichs vollständig durch einen Spannungsblock ersetzt. Dieser Blockersatz führt zu besonders einfachen Steuerschaltungen. Da er aber einen verhältnismäßig großen Sprung in der Ausgangsspannung hervorruft, wäre er für sich allein nicht brauchbar. In Verbindung mit der gleichzeitig vorgenommenen Kompensation durch Verkleinerung anderer Impulsbreiten ist jedoch diese Anwendung mögliche

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die vorgegebenen Abschnitte je 30° betragen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß jede Phasenspannung aus sechs Abschnitten besteht, von denen der dritte und vierte nicht moduliert ist, der zweite und fünfte mit breiteren, sowie der erste und sechste mit schmaleren Impulsen besetzt ist, und die Umschaltung auf den nicht-modulierten Betrieb im zweiten und fünften bezw. ersten und sechsten Abschnitt und die Verkleinerung der Impulsbreiten in den jeweils verbleibenden Abschnitten erfolgt. Diese Form der Phasenspannung ergibt sine äußerst oberwellenarme verkettete Spannung. Diese Umschaltung ergibt zwischen dem Normalbetrieb und de/· tfaxirnalspannung, bei der die gesamte Halbwelle aus einem durchgehenden Spannungsblock besteht, mindestens eine Zwischenstufe, in der eine Regelung möglich ist, ohne dai die Impulsabstände zu klein werden.

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noch besser· »le'+enden übergang mit mehreren Slufen kann man (fadurch erreichen, daß die Vergrößerung der S"oarnungs-Zeit-Fläche lediglich in einem Teil der Phasen und die Verkleinerung der Irrroulsbrei+pn zumindest in den '^est der Phasen, erfolgt. Empfehlenswert ist ein mindestens vierstufiges Umschalten auf nicht modulierten Betrieb, nämlich (1) im zweiten und. fünften Abschnitt eines Te^Is der Phasen, (?) im zweiten und. fünften Abschnitt des Hests der Phasen, (3) im ersten und. sechster^ Abschnitt e'nes Tei Il s der Phasen und (4) im ersten und sechsten Abschnitt des Wests der Phasen, wobei ,jeweils in den noch modulierten Abschnitten die Impulsbreite verkleinert wird.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Breite der Impulse durch das Schneiden einer Steuerspannung mit einem vorzugsweise dreieokförraigen Wellenzug festgelegt wird und daß gleichzeitig mit einer Vergrößerung der Snannungs-Zeit-Fläche eine Kompensationssnannung erzeugt wird, die der Steuerspannung entgegenwirkt. Dies ergibt eine sehr einfache Art der Kompensation, weil alle Irrmulse in ihrer Breite verkleinert werden, dies sich aber lediglich in den noch modulierten Abschnitten auswirkt. Als Wellenzug kann eine Dreieckspannung verwandet werden, deren Frequenz in einem festen Verhältnis zur Grundwelle der gewünschten Ausgangsspannung steht.

Die Kompensationsspannung sollte weniger als 70 % der ersten Steuerspannung betragen. Wenn mehrere Umschaltstufen vorhanden sind, kann sie mit jeder Stufe zunehmen. In diesem Fall sollte sie weniger als 50 % der ersten Steuerspannung betragen.

Eine Verrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Umschaltvorrichtung, die in Abhängigkeit vom Impulsabstand oder einer entsprechenden Größe Umschaltsignale zur Beseitigung eines zu kleinen Impulsabstandes durch Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche abgibt und gleichzeitig eine Kompensationsspannung zur Verkleinerung der Breiten zumindest einiger der verbleibenden Impulse auslöst. Durch die Doppelfunktion der Umschaltvorrichtung ergibt sich gleichzeitig

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-Sr-

'J.

Hie p"ev.i'insch+e Kti

i lh a "Ft e Vor·!" j chtune· hs<? I r'.t pin?n I-nnun sgeber, Her Brei tensignale mit von einer Steuerspannu'ip· abh>'n<?i?rer Breite abgibt, einen Sor^ ■ ""..hssifirna"¹ t.-^^^r*, der Bereichssi. ?rnale iri

Abschnitten abgibt, einen Lockte 11, Her in eit νηη den Umsohaltsi troal en vor'bestimmte 5>omninatio^en Hör Breit?nsifrnple Her Berei^hssiffr.ai e ιΗ de^ iimschal pip;nale zur -irzen^uno; ri.ev ^asensnarnntitr'?" vr^iterleitet, und eine d^'a Tmpul.s.erebftr vorgeschaltete Schalt^^orricht.uap;, in der von dem zweiten St euer signal die Konrnensa+i o^P^na subtrahiert wird. TKiroh eine einfache Ändpruner der ^ i.rn T.o°!ikteil virH der '-echsel^ichter in der ^ev¹' in sch ten 'eise umgesteuert.

Dies l^Rt sirh bei einem bevorzugten Ausf^.b erreichen, daß ein .-p>ilenzui^^enerator, dessen ^rpnuen? von einem ersten Steuersignal bestimmt ist, den. vorgegebene Abschnitte einer Halbv/elle fentleerenden Bereichssip;nale:eber steuert, dai?- zwei T^piilsereber in Abhängigkeit von Hi=rn vi und. einem zweiten Steuersignal breitere und .^nrrnale^e Breiten sipnale abgeben, und daß die Bereichssignale mit ne^ Brei.tensignalen und den Umschaitsi^nalen im Loerikteil kombin"⁵erbar

besonders einfache vSchaltung ergibt sich, wenn öer kreis ODEi^-Glieder aufweist, über die Breitensignale und

Umschaltsignale fuhrbar sind. Die dauernd anliegenden Breitende signale werden dann beim Auftreten der Umschaltsignale von diesen

übersteuert.

^r5in weiteres Mittel zur Erzielu·"·^ pines einfachen Schaltungsaufbaus besteht darin, daß die Umschaltvorrichtung eine auf- und abwärts schaltbare Programmeinheit aufweist, dje beim Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Impulsab^tandes um eine Stufe aufwärts und beim Überschreiten eines zweiten vorgegebenen, vorzugsweise größeren Impulsabstandes um eine Stufe abwärts schaltet, und ihre Ausgangssignale einerseits als

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< 4ο.

TJfasohal ts.? Ρ"'"ϊθ] ρ d^P? —ep und 5>-nde<r>(=>r*5rPi hs in eine""" .'"'•".haltvopr.i nh—

n Knmhinati.nn. '^^iipovoieo hat. dip P^nf^^mfii ""'bei ir. Λτ-ίρ-ρ fo-j p g j fs }->£>·>η "-TM-P(S)-I₁ · Ό*-,--ι « Ip T-^Tio-fPimmfii nhe i t so τ·+: Hp'O «1i τ»£<·Κ rj/rpn dPS T fi:Ρ "ΐ V Ir ν ρ ΐ ρ ca c; ^rp-rbil·'!''·»^- "'S+", d r) Π Ή ff-"ΐ τι '!.·'<->-5 Ve. ν·_

hi pi ben, braucht ^f·="!. ι',ιιοτβ-τ -er P^^^r-amine i n.he * t v'chf. Hie siP.FarriLp Tionbina+inn, cj,i-'^oT.n ι p.r)-i ^^ -ϊ -h ript» Unt:er*schi pd 7;ir Kombinat..!on der vorangehenden Ause^n/re zugeordnet zu werden.

Als Vorrichtung z.ur Fe st Stellung· des kritischen Impulsabst^ndes sind zweckmäßigerwei.se zwei Analogrechner vorgesehen, denen ein konstantes Signal, da.^c durch d:e Kcnpensn+ionsspannunr ■werrpinderte y.vrei.te SteuerFiF^al. 13"»^ eine der ^rpnvipr.? des ■fellp. 17.¹ITe.⁰- Orcoortiona"¹-β Sna^puic 'j^cref'-Jb.rt v/oHen, die bi&'rsu siner eine Funktion des ^«iRtruv'r-p riq-rstelle^den -rf^hsnwert. "bi1.d.f?Ti und ~rnn ή&τ-ιριττ, Her- pj n«? hi·-im " 'be r sch reite ο wt'.a rer ajoder*? beim Unterschreiten eines zu.f'phöri ^σ·°η Vorsrepebenen "^ecbenvrentc- . ein Anfv/äTtP— b^w, Ab^w^r⁺P—°'^ba ! t^i ^tTV""^l ^η ^^-5P Pro⁰^r-"?τιίτιei nbe""' t iept; Durch das Berechnen Hes Irri-nulsabstandes erspart man ponst notwendige Zeitj"] leder. -

Hie Erfindung¹ v/ird nach^tph^nd anhand in der steilter Misführunpisbei'R^i eT ρ nSVie^ erläutert. ^ps zeilen:

Fig. 1 schetnat.isch ein Fcbaltbjld 6er F.rfi

¹^Xg. 2 pine ^usffjhrungsforni des T ο ρ; iV teil s, . ·-: :

^ig. ^ eine Halbvrelle der Phasensnannurigund drei Zustände,

' die beim Übergang vorn modulierten auf nicht-nodu]ierten Betrieb auftreten können,

Fig. 4 die Charakteristik der Frequenz und der Ausgangsspannung eines Motors in Abhängigkeit von den Steuersignalen mit einer Zwischenstufe beim Übergang von moduliertem auf nicht-moduliertem Betrieb und ·

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_BÄD

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'«'■ir. '"- ^ine ηh-Ό -ί ehe rrhor»^:- ori stik v'ie P¹I⁰;. 4, iedoch mi+, "!,rps-i "^vri sch einstufe¹".

Tn, i?i o·. 1 i st ei π üblicher "''e^h.^ei. ri^fcter 1 vf>TPn.^o.ohaulicht, der von Piner konsert Olei ^""PTja^nu^^sversorgung 2 mi+ einer U versorgt vrird. so da'} =>τι d^p ^!?in cran P^-S^l emnen 5 ein ^ot.enti *=il und j=i^v: ^~-·~ ⁷^ nnTr-^-'sVle!¹·)"·!^ A ei¹": negatives ^.j pH. vo*'· ie TT/? anli*·'"'. Di ° Gl eiohppsnrmri^sverrorfnanir 2 beisnielsX^ei se ^ii^ olror 3s++:eri.e oder einer wechselstrom-.i sten Gle⁴chricM;e^^nr^-^n? bestehen. Die Ausgangsklemmen 6 und 7 sind .ie zwischen -=-^ei in üeihe geschalteten Schai.t_ian(5 9_t 10 ijyirt 11 brw^r. 12 und 13 angeschlossen. Von Schaltelementen einen ie^en Paares, die insbesondere Thyristoren sein sollen, int ieweils eines leitend und eines «resperrt. An dje A.us^ss^-^Hieai'^en ist ein Drehstroraverbrauchev, Vii.er ein .im Drei-eck seschalts^-er Motor 14, angeschlossen. "Die H'renuenz der Snm^sdietTOrr«: ϊτ=~ iusgangssnannunr an den Klemm m ·: bis 7 und öaa*f± ^ie "Drehzahl des Motors 14 ist mit Hilfe eines ersten rs? =τ*»~*s υ1, die Amplitude der Grundder ftusgarie^snars-^r^f· mit. Hilfe eines zweiten lJ? υ2 ^ndeT-issr. Beide Steuersignale können gleich-1aufend geführt werden oder sogar durch ein gemeinsames Signal gebildet sein.

Das erste Steuersignal «1 ist eine Spannung, Vielehe einen spannungsgesteuerten Oszillator 15 beeinflußt, der einen Dreieckv^ellenzug w erzeugt. Die Frequenz dieses Wellenzuges ist proportional zum ersten Steuersignal u1. Ein Taktgeber 16 erzeugt beim Feststellen der unteren Spitzen Takt impulse p'1. Diese werden in eine« Teiler 18 durch 2 dividiert. Die sich ergebenden Taktisnxilse ji2 werden einem sechsstufigen Ringzähler 19 zugeführt, der an seinen Ausgängen nacheinander ,je 30° der ^echselrichterfreauenz e--»-tsr>rechende Intervallsignale q1 bis ob erzeugt. Diese werden eines Togikteil 20 zugeführt.

Außerdem wird der Wellenzap; w zwei Komparatoren 21 und 22 zugelei-'ret. Dem Komparator 21 wird eine Steuerspannung U3 zugeführt, "m 'niSRSii»: i-ritt ein erstes Breitensignal b1 für breitere

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Impulse auf, wenn die Stwe^spanmnp· u3 größer s"!s die S des ''iellenzuges w ist.. Dem zweiten Komparator wird eine Steuerspannunp u4 zugeführt, die von dem Abgriff eines Spannungsteilers 23 abgegriffen wird, der mit der ersten Steuerspannung u3 versorgt ist. An seinem Ausgang; treten zweite Breitens j gnale b2 a.uf, wenn die Steuerspannimg u4 größer aXs die Spannung des ^Viellenzuges w ist. Auch die Breiten si gnale b1 und b2 werden dem T.ogikteiH ?0 zugeführt.

Die Ausgänge des Logjkteils führen SchaJtsteuersignale ν einem Umsetzer zu, jri welchem sie den Steurreinjrzrigsi der Schaltelemente 8 bis 13 angepaßt werden.

Ferner sind zwei Analogrechner ?4 und 25 vorhanden, denen das erste Steuersignal u1, die erste Steuerspanmmg· u3 χπκ! eine feste Spannung u5 zugeführt werden. Ein solcher Analogrechner ist beispielsweise in der gleichzeitig eragersiclxtsn Jä*eeldung "Einrichtung an einem Wechselrichter" der ^Tise-icLer-xs beschrieben, üie Steuerspannung u3 -ist das mit eix^r ^ tionsspannung./\ korrigierte zweite Steuersigssi n2- Ifer Analogrechner ?Λ gibt, ein Schaltsignal si ab» öas i^cfe Auftreten eines.Schaltimpulses, z.B. eines Impulses p2. die; Programmein- , heit 26 umschaltet. Bas Schal t signal...si- tritt t»ei kritisch kurzen Impuls Zwischenräumen, auf. Der Analogrechner 25 gibt ein .. Schaltsignal s2 ab, das bei Auftreten eines Schaltimpulses p2 die Programmeinheit 25 in umgekehrter Riclrturis wmsclialtet. . Das Schaltsignal s2 gibt an, daß die ProgrammeiBbext ohne Gefahr für zu kurze Impulszwischenräume zurückgeschaltet werden kann.-. Als Programmeinheit 25 kann ein reversibler Zähler,-verwendet werden, der mit Hilfe der Analogrechner. 24 und 25 beim Auftreten des Schaltimpulses_ p2 aufwärts ,bzw. abwärts geschaltet wird. Jeder.Stufe der Programmeinheit sind.zwei Jfeasgänge 27 und.28 zugeordnet, von denen der eine dem Logikteil 20 zuzuführende Umschaltsignale 11 - 16 und der andere einem KosE>erisationsspannungsgeber 29 zuzuführende Auslösesignale kl — kb abgibt. , Die Ausgänge 27 und 28 können zu einer gemeinsamen Leitung zusammengefaßt werden» so daß die Umschaltsignale und die Auslösesignale durch dieselbe Spannung gebildet sind. Tm

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Konipensationssignal geber ?9 werden in Äbhöngigkei+ ^o ~i der. Auslösesifnalen k1 - kö Korrinensatior'SSORnnun-^en Δ in einer Scha"' tvoi"ri ch+H¹HP^- 30 von dem zweiten subtrahiert, werden, so daß s.¹'ch die er"p^!-e ~'to' ergibt.

Tn Pie. ? ist- eine Sphaltungsmfisrltchkeit des To^ik+eii «·. ?0 veT°s»nsrihaii1 loh+. ¹¹Js sind drei bis+abi.le M'il+lv.i bratoren 31. und 33 T-T-handen, die von den Tntemrallslgnalen π1, n^ b7w, n? gesteuert werden. Der bistabile Multivibrator o1 »i.b+ beim eisten. Auftreten de.* Tn+e^vallsignals q1 ein Halbwplle^sisinal f1 ab, das bis zum nächsten Auftrete" des In+e^rallsignals n1 andauert. Auf ähnliche '"eise werden in den bistabilen MuItivibratoren 32 und 3^ die Halbvjellensignel'e f? und f5 e

Die Tntervallsifrnale q? und n.5 v/erden über ein OD^L?.''-Gliod 54 zugeführt und in einem U^TD-GD-ied ?5*ni.t de^ Breitens j rral b1 verknüpft. Das verknüpfte Signal wird ei^oni (TP^R-Glied 36 zugeführt, dem außerdem- die Intervallsispale n3 und. nk sov;ie dauernd das Breiten Signa] b2 zugeführt, werden. Das Ausgangssignal des ODiSR-Gliedes 36 wird in einem UiMD-GIied Ύ] mit. dem Halbweilensifcnal f1 verknüpft und fiber ein OD⁵IR-GIied 3B als Sohaltsteuersignal ν weitergegeben. Damit das ?.up;ehh'ri ee Schal telement auch während der folgenden Halbwe! Ie d-ie rich+ipie Information erhält, wird das Ausganp-ssierial de? OD^R-Gl.iedes und das Haibv/ellensip;na1 fi nv, einem NOR-GTied' 39 verknünft ""d ebenfalls fiber das OD^¹R-Glied 38" weiterireieit^t. Tn e^n^m QTiVi-. Glied 40 können die Brei+ensipnaie b1 durch das 11 und in einem ODRR-GIied 41 die Breitensi^nale b2 durch das Umschaltsignal 12 übersteuert werden.' Dem hieriffjr ein Schaltelement des V/echselrichters angegebenen Schaltbild entsprechen diejenigen für die anderen Schaltelemente. Je nach der gewünschten Zahl der Zwischenstufen können die ODER-Glieder 40 und für alle Phasen gleich oder phasenindividuell sein. Tm ersten Fall kommt man mit einer dreistufigen Programmeinheit 26 aus," im anderen Fall muß die Programmeinheit entsprechend mehr Stufen, z.B. sieben Stufen wie angegeben, haben.

ORIGINAL.

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';-■'■ -τϊ ·ιρ,- /■) ρ γ^η---+ i γγ.ο·-ι ?ch·⁰" * ''Τ' 1 ~' ■" T :' ' "V^ Ö- i ° ror^c-p "Γ·->~^μ>.·* ir' -ivi er .-ti i I" ΐ? 4 r _t ""J hppr;hri nViO'if- " ,-'ho ϊ + c· i.|i; ! <- c cf··» I Π'-Jr^ ^P. ~5b il""td "^" "p"! rro'i -,-^ ,-I·' r- r%-o-i c H^I f*'^ P ciVgr W

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en Mittellinien Λ der Tmru.ilsf= sind, gleich. Th den ^: ■-'■■■ herrscht "das negative'' Votem-ia!" -U/2. Der^: Wert >'

liegt zvn.schen 0,5 und 1,0, vorzugsvrei se etwa "zwischen 0",7^ und. 0,78. .-.-.... -,. ., ....__, .

Stt Hilfe des zweiten Steuersigna] ρ η?, und den- davon'abhängigen 3*ce"aei*spannunr>;en u3 und m4 wird die Breite der Impulse in Atih^^jri^keit der gewilnsohteri '''"'nnLi tude der' Ausgangsspannung des Vech.se!i-ichters geregelt. Wird, hierbei der ^bstar.d 71 zwischen den ferei-fceren Impulsen 43, ^¹A- und 4f> zn "klein, so ffibt der Analogrsciiner 24 ein Schsltsip-nai ^c!1 ab, das beim nächsten Pxift.ve±sn des: Tnnulses p2 zu einem Umschalten der "°rogrammeihheit 26 von der Stxife~ Null auf die Stufe" 1 führt. · dementsprechend liegt auf der Ausgangsleitung 27 ein Ur> sch a It signal 11,

BAD ORIGiTiAL ' L/-- Y09823/0128 .; ·.

riqc qifi 1ociscbes Ηΐ«?ηρΠ "-ι» ria--,--f.i ι hpr I ρ+:. dieses nbe^Fte i·τ> O3^r?-R-Glτed 40 die Brpi+riF.i^ils '"»1. jaher prsnhein⁴: beim en der Intervall si fiale π,⁹ imH n^ ein durchgehender '-sbl ock 49. In den luior^siie-.i τ? und I¹·· j st daher vorn modul i °rt.en Betrieb auf de⁷} -r* n*-~-—-nod^T ierten Betrieb umireschalt^t worker?. Gleich?.⁰it?.-- Is⁺ aber durch des AuslösePisrnpl k1 der Koimerjsatinn.sRx^nsl <-'-'b^or' ?o ^p^r+ erregt, worden, da4 elm= voi"crer.rß!3ene ''"^"i^epsst.ioOPsnannung^ an die Schal tvorr ich tvn^- 30 antecreben wird. Ο¹' ep fnhrt ^arv, riaS die erste ^teuerspannun.T \i~j kleiner wird; ^ie ^T*^-?=-zr ä**_r- B^-ett-ensip-nale b1 und b2 verringert, fvioh und die v.->--i r?s*-, ^-laioir-ecbnern ?4 und ?^ ^^rechnetpp Abstände Z1 und Z? vereTößeTti oich. nies wij^t sich allerdings nicht in den Intervallen IP tinö I?, sondern nur noch in de^ Intei'vaJlen T1 und J6 p-.^is. w die schaleren Iomiilse-46, 47 uad 48 eine preri-n.^er-e Bre* "e u*^ ei^ie^? gx-ößeren A erha¹ t.ei.

'jur erneij-i- der· λ^οπι Ana"? o^redäf^r 2«- "berechnete Abstand Z1 zu klein wird, erfölsrt die ϋ^^ίτ^ΐτ-η- S₅-^ fits Stufe 2 der ProFrammeinhe.it ?6, so da3 ^ar ilascfealir^lfn-=! T? im 03JER-GIi ed 41 die Breit.ensiirnale b?üb^rpteuirz-t. ^*3slfeschalt"igna.l 1? .-■-. wirkt dauernd, so da3 auch in den I>?rervallF»n n und Iö durchgehende Sriannungsblöcke SO vorha^rtpn .sind, also gar keine Modul ierunp; ?:»env stattfindet. Gleicbzeitig wird wiederum ein Atislösesifirnai k? an den Ko'.anen.sai:1orisr>i.giialgeber 29 geleitet, ^: der nunmehr eine größere Kompens^-fcxonf rpannuT)f^r ^ an die Scha^t vorrl chtunK 30 abgibt. Die erste iiteue r sp annu ng u3 wird, erneut., herabgesetzt, so daß sich die Breite der Breitensignale b1 und b2 wiederum verkleinert. Die.s wirkt sich allerdings im Wechselrichter nicht aus. . . -'■-"■ r

Erst wenn die vom Analogrechner 25 berechneten Abstände ZU . größer als ein zweiter Grenzwert ^er^er;, der seinerseits größer aT s der vom Anal o^rechner ?4 b^-r^tc^rr~^:e- kritische Grenzabstand', ist, wird eir -.chaltsi^nal s?. -b.-ep^öe«, das beim Auftreten de.; 'iHoh^t.en Inonuires p?. c'e Prog^arafnei^heli- ?6 auf die Stufe 1 7.Vn'ckschal'i.F·.¹·. ^ntfin^echendes filt -fffr· di*⁵. Rückschaltunp" auf -M -·· '-!-.-J-F(^ ΙΙμΊΊ. - ...,.■ ......

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⁷> bpsr.hrei nt die vpp>is]tniRⁿo bezüglich der j ίο- nnH ripr Freniienz ORP >^;eohs!! ργι ohterp in en ?+p'!c-rsic;nslen u1 und υ?. Zur Vereinfachung sei folp-endes vorausgesetzt: u5 ist <rl°icb der Spitzenspannung des ^v·⁷. 1IeSFPi tOeinstsOannung 1st TvTu]I. Wenn kei^e ssnfinnn.ng vorhanden ist, ist die erste Sxe-o^r— υ 3 gleich dom für die Aimolj tude der Ausgangssnannung tT j.chen S+^uersignal u?. Da der '/'ellenzup; w mit. der u3 χ>τ> Breiten Signalgeber 21 p-eschnitten wird, ergibt sich, wenn u2 = u5 ist, die volle Aussteuerung, bei der der Abstand z1 Null ist. Die Steuersignale \a1 und u2 sxthI 1t> de« betreffenden Bereich linear voneinander abhängig, da es h^rtrfltr erstrebt ist, Frenuenz und Snanniinp annähernd proportional zueinander zn führen, ^e^ner ist die "Pinstellunp: so vorgeno^^^n. daß bei einer Frequenz van ?0 Hz die volle Aussteuerung· erreicht pein ρ )11. Der kleinste zulässige Imnulsabst.and Z-^ beträgt 0,2 rnsek. υ = 0,74. Die ODER-Glieder 40 und 41 fS?^ für alle Phasen -gemeinsam.

Fig. 4 zeigt dann auf der Abzisse u2 irn relativen Ma8s-tab, s.fe. bezogen auf u5. Die Steuerspannung u3 und die Kompensation^— {spannung A werden in demselben Maßstab dargestellt. Auf «5er Ordinate sind die Freouenz f und, in einem willkürlichen Maßstab, die Ausgangsspannung U des Wechselrichters veran-" schaulicht. Hierbei entsprechen die Kurven T, TI und JIT den '-•usgangsspannungen bei c\en Kurvenformen der Fig. 3a, 3b bzw. 3c.

Bei steigender Frenuenz und entsprechend steigender Ausganpsspannung spricht der Analogrechner 24, der auf Ö,2"msek.' eingestellt ist, bei u2/u5 = 0,8, also etwa bei 40 Hz, an, worauf im Logikteil 2Ö von der Kurve I auf die Kurve II umgescfesitsi: wird. Dies würde normalerweise zu einem Spannungssprung tto** Pirnkt M1 auf 6en Punkt M2 führen. Da aber gleichzeitig das Steuersignal u2 um die Kompensatio^ss-nannung Δ' vermindert wird, ergibt, sich eine entsprechend, kleinere' Steuerspannung *j?>. Tr^jp" man dies, jeweils bezogen auf u5 ein, so' erh^yltman einen Arbeitspunkt M3 auf der Kurve IT, der im Diagramm den Umschult— puokt M4 festlegt. Bei weiterem" Anwachsen des SxeursignaTs ti?

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γίιγ Vati^vp ι T, d . b. mi~ Dm¹OhP'¹"].ff. Be"" υ?/"^ς = 1,01, also et.wa ei"°m v/prt von so Hz, spricht fipr· Analoprechner ?4 erneu+ aⁿ ιΉ ^J. i q .^c;nanmjn<-von de¹»" Viirve TT auf el ie Ku τ· ro TTT. Do^t ist der DurT.hf-M-^f '-D^-? P JCnmiignsat j opSSOan'll^vno' kann deshalb anf οίηρη T-,g] i nhl σ=·" '..-fpfit ff?! R ft Werdp¹"¹. "-^ ¹^")'^ m?r· darauf ci-isnrjW-!-«·'·· i.rfj>--f'£>

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Mit.teiwp.rt 4er Kowp^' J und IT bildet und deren ; Ver*h^y.ltniρ 1 ; P unterteilt. Glpichzeitig; wurde eine i onsspannunp· von 15 '"'■ der Snannnmr up ausgelöst, pem tu- <?eht die Spannung vom P^mk⁺ H1 auf den TAinkt M5. Beim weiteren Ansteigen der ^rennen? w^nhst up ^nannunf parallel zur VTtrve ¹MT, bis der Analorrr^chnp-r 2h bei etwa ^-6,5 Hz erneut anspricht. Hierdurch werden die ODEl-Gl.ii^der 40 w und 41 w angesteuert, wodurch die Phase w völlig, von moduliertem auf,... nicht-modulierten Betrieb überführt wird... Dies ergibt eine Kurve VMII, die öen frewos^r-en Mittelwert der Kurven TI und ITI darstellt und deren Vbstand im Verhältnis 1,: 2 unterteilt. _w G3ei.chzei+ig wird aber eine Ko^pensationsspannung von 2&_% der Spannung U5 eingeführt. Dementsprechend erfolgt ein Snrung vom Punkt Mb auf den Punkt M7. Die Frequenz kann nunmehr bis etwa 51,5 Hz weiter erhöht werden, worauf der Analogrechner 24. erneut anspricht und auch das ODER-Glied 4iu-v angesteuert wird. Die Spannung geht auf die Kurve III über. Hier kann eine . . ,^ beliebige Kompensationsspannung, z.B. von 0,47 %, eingestellt

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sng-nnu^p klfirrier remao.h+ wirr¹. GIe' oh7.e^-i + i c ^'Plj/npt es, ^e·· ßpr-pir;h, i -i welchem noch geregelt. v;erder kann, bis ^u 'i^-r ^v.r WpnnfreTienz ^^""srirech.s-T^^^ Vo*'"i pus-.^c.t evening nnazurlehnfir . Die nach rlem ü^rnsch.sl.T'e-"! viSrfa-^sn Absr.hr·.i.i-.t.e de^r" S

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Claims

Patentansprüche

( 1./Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters mit konstanter ^—' Gleichspannungsversorgung und einstellbarer Frequenz und Amplitude der Grundschwingung der Ausgangsspannung, insbesondere zur Speisung eines Drehstrommotors, bei dem die Phasenspannung zumindest teilweise durch breitenmodulierte Impulse gebildet und zur Beseitigung eines zu kleinen Impulsabstandes die Spannungs-Zeit-Fläche der Impulsreihe vergrössert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrösserung der Spannungs-Zeit-Fläche durch eine Verkleinerung der Breiten zumindest einiger der verbleibenden Impulse teilweise kompensiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrösserung der Spannungs-Zeit-Fläche dadurch erfolgt, daß in mindestens einem ersten vorgegebenen Abschnitt von modulierten auf nicht-modulierten Betrieb umgeschaltet wird, und daß die Verkleinerung der Impulsbreiten in mindestens einem zweiten vorgegebenen Abschnitt vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Abschnitte je 30° betragen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phasenspannung aus sechs Abschnitten besteht, von denen der dritte und vierte nicht moduliert ist, der zweite und fünfte mit breiteren , sowie der erste und sechste mit schmaleren Impulsen besetzt ist, und die Umschaltung auf den nichtmodulierten Betrieb im zweiten und fünften bezw. ersten und sechsten Abschnitt und die Verkleinerung der Impuls breiten in den jeweils verbleibenden Abschnitten erfolgt.
5. Verfahren zum Steuern eines mehrphasigen Wechselrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrösserung der Spannungs-Zeit-Fläche lediglich in einem Teil der Phasen und die Verkleinerung der Impuls-

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- ^w- 2 5 5 A 2 5 9

•ι.

breiten zumindest in dem Rest der Phasen erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch

ein mindestens vierstufiges Urnschalten auf nicht-rnodulierten Betrieb, nämlich (1) im zweiten und fünften abschnitt eines Teils der Phasen, (2) im zweiten und fünften Abschnitt des Rests der Phasen, (3) im ersten und sechsten Abschnitt eines Teils der Phasen und (4) im ersten und sechsten Abschnitt des Rests der Phasen, wobei jeweils in den noch modulierten Abschnitten die Impulsbreite verkleinert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Impulse durch das Schneiden einer Steuerspannung mit einem vorzugsweise dreieckfö'rmigen Wellenzug festgelegt wird und daß gleichzeitig Tiit einer Vergrösserung der Spannungs-Zeit-Fläche eine Kompensationsspannung erzeugt wird, die der Steuerspannung entgegenwirkt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die breiteren Impulse mittels einer kompensierbaren ersten Steuerspannung und die schmaleren Impulse mittels einer zweiten Steuerspannung, die zur ersten Steuerspannung in einem festen Verhältnis steht, bestimmt werden.
9ο Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung weniger als 70% der ersten Steuerspannung beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Umsehaltstufen die Kompensationsspannung mit jeder Stufe zunimmt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung weniger als 50% der/Steuerspannung beträgt. ersten

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12. Vorri ο "tu n P^- ?,um Durchführen ^pf ^<=rf ahrens nach einem AnP^-D⁷"" ch ß 1 his 11, gekennzeichnet durch eine U?« schaltvorrichtung (2b), die in Abhängigkeit vom Imnulsabstand (Z1) oder einer entsprechenden Größe Umschaltisignale (11 - Ib) 7ur Beseitigung eines zn kleinen Ιτηιιΐ sabstandes durch Verp^flenmg der Rpannungs-Zeit-Pläche abgibt und gleichzeitig eine Korapensatinnssna^on^p· (<£±) zur Verkleinerung Her Breiten zumindes⁴" einiger Her ^e^-HoI eibender Impulse auslöst/.
1^. Vorrichtung· nach Anspruch 1?. rrekennzei ebnet durch einen 1"In^-SJlSteher (21, 22), Oe^ Breitensi frnal e (b1, b2) mit von eiaer Steuersnannun^ (u3) abh^yngi~er Breite abgibt, durch ei^en Bereichssignalgeber (19), der Ber>ei.chssignale (q1 - q6) in vorgegebenen Abschnitten abgibt, durch einen Logikteil (20), der in Abhängigkeit von den Umschaltsignalen (11 - 16) vorbestimmte Kombinationen der Breitensignale der Bereichssignale und der Umschalt.signale zur Erzeugung der Phasenspannungen weiterleitet, und durch eine dem Impulsgeber vorgeschaltete Schaltvorrn chtung (^5)? in der von dem zweiten Steuersignal (u?) die Kompensationsspannung (Δ) subtrahiert wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1? oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein '"/ellenzuggeneratot-¹ Ci¹O), dessen Freauenz von einem ersten Steuersignal (ui) bestimmt ist, den vorgegebene Abschnitte einer Halbwelle festlegenden Bereichssignalgeber (19) steuert, daß zwei Impulsgeber (21, 22) in Abhängigkeit von dem Wellenzug (w) und einem zweiten Steuersignal (u2) breitere und schmalere Breitensignale (b1, b2) abgeben, und daß die Bereichssignale (q1 - n6) mit den Breitensignalen (b1, b2) und d^n Umschaltsignalen Cl1 - Ib) im Logikteil konifcnni erbar sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikkreis ODER-Glieder (40, 41) aufweist, über die Breitensignale (b1, b2) und Umschaltsignale (11 - 16) führbar sind.

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16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung eine auf- und abwärts schaHbare Programmeinheit (26) aufweist, die beim Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Impulsabstandes um eine Stufe aufwärts und beim Überschreiten eines zweiten vongegebenen, vorzugsweise größeren Impulsabstandes um eine Stufe abwärts schaltet, und ihre Ausgangssignale einerseits als Umscha"! tsigrale (11 - 16) dienen und andererseits in einen Schaltvorrichtung (29) eine Komr>ensationsspannunp· (4\) auslösen.
17. Vo rr j oh tiller nar.h Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmernhe.it (?6) vier bis sieben Stufen aufweist.
18. Vorrichtung- nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinheit (26) so mit den Eingängen des Logikkreises (20) """erbun.den ist, daß beim Weiterschalten in Aufwärtsrichtung die zuvor belegten Ausgänge belegt bleiben.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Analogrechner (24, 25) vorgesehen sind, denen ein konstantes Signal (uf>), das durch die Kompensationsspannung (^) verminderte zweite Steuersignal (u2) und eine der Frequenz des Wellenzuges proportionale Spannung (u1) zugeführt werden, die hieraus einen eine Funktion des Abstandes (Z1) darstellenden Rechenwert bilden und von denen der eine beim Überschreiten und der andere beim Unterschreiten eines zugehörigen vorgegebenen Rechenwerts ein Aufwärts- bzw. Abwärts-Schaltsignal (si, s2) an die Programmeinheit (26) legt.

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