DE2554259B2

DE2554259B2 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines wechselrichters

Info

Publication number: DE2554259B2
Application number: DE19752554259
Authority: DE
Inventors: Arne Sonderborg Jensen (Dänemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1977-09-22
Also published as: US4086623A; DE2554259A1; DE2554259C3; DK541076A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters mit konstanter Gleich-

spannungsversorgung und einstellbarer Frequenz und Amplitude der Crundschwingung der Ausgangsspannung. bei dem die Phasenspannung zumindest teilweise durch breitenmodulierte Impulse gebildet und bei steigender Beseitigung eines dabei zu klein werdenden Impulsabstandes die Impulspause zwischen den betreffenden Impulsen unterdrückt wird.

Es ist bekannt, einen Wechselrichter mit konstanter Gleichspannung 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 ermög'ichende Freilaufdioden auf. Zu beachten ist jedoch, daß eine Reihe von Schallelementen, insbesondere Thyristoren, eine gewisse Schaltzeit erfordern, was dazu führt, daß darauf zu achten ist, daß bestimmte kleinste Impulsbreiten bzw. 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 mit der Frequenz der gewünschten Grundschwingung von einem Wellenzug höherer Frequenz geschnitten wird (»BBC-Nachrichten«, Januar 1966, S. 44-50). Bekannt ist es auch, den ersten und dritten 60°-Abschnitt einer Halbwelle durch Spannungsblöcke zu bilden und im mittleren 60°-Abschnitt eine bestimmte, gegebenenfalls umschaltbare, Anzahl von Impulsen zu verwenden (DT-OS 21 51 588).

Es ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt (OE-PS 2 88 548), bei dem die über die gesamte Halbweile verteilten Impulse unterschiedliche Breite und Abstände haben, aber mit Bezug auf die Halbwellenmitte symmetrisch angeordnet sind. Wenn die Impulse verbreitert werden 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 Gru.idwelle der Ausgangsspannung. Die damit verbundenen Wirkungen, z. B. in der Magnetisierung eines angeschlossenen Motors, sind unerwünscht.

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

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

ledesmal, 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 nach der Kompensation eine geringere Breite haben, ist der Abstand zwischen ihnen vergrößert, so daß die n^ä.chsie Umschaltung hinausgezögert wird.

Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß die Unterdrückung der Impulspausen dadurch erfolgt, daß in mindestens einem ersten vorgegebenen Abschnitt von moduliertem auf nichtmodulierten 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 gieichzeitig vorgenommenen Kompensation durch Verkleinerung anderer Impulsbreiten ist jedoch diese Anwendung möglich.

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

Bei einem bevorzugten Ausfiihrungsbeispiel 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 nichtmodulierten Betrieb im zweiten und fünften bzw. ersten und sechsten Abschnitt und die Verkleinerung der Impulsbreiten in den jeweils verbleibenden Abschnitten erfolgt Diese Form der Phasenspannung ergibt eine äußerst oberwellenarme verkettete Spannung. Diese Umschaltung ergibt zwischen dem Normalbetrieb und der Maximalspannung, bei der die gesamte Halbwelle aus einem durchgehenden Spannungsblock besteht, mindestens eine Zwischenstufe, in der eine Steuerung möglich ist. ohne daß die Jmpulsabstände zu klein werden.

Einen noch besser gleitenden Übergang mit mehreren Stufen kann man dadurch erreichen, daß die Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche lediglich in einem Teil der Phasen und die Verkleinerung der Impulsbreiten zumindest in dem Rest der Phasen erfolgt. Empfehlenswert ist ein mindestens vierstufiges Umschalten auf nicht modulierten Betrieb, nämlich zunächst im zweiten und fünften Abschnitt eines Teils der Phasen, dann im zweiten und fünften Abschnitt des Rests der Phasen, dann im ersten und sechsten Abschnitt eines Teils der Phasen und schließlich im ersten und sechsten Abschnitt des Rests der Phasen, wobei jeweils in den noch modulierten Abschnitten die Impulsbreite verkleinert wird.

Bekannt ist es, die Breite der Impulse durch das Schneiden einer Steuerspar.nung mit einem vorzugsweise dreieckförmigen Wellenzug festzulegen (z. B. DT-OS 21 51 588). In einem söhnen Fall empfiehlt es sich, gleichzeitig mit einer Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche eine Kompensationsspannung zu erzeugen, die der Steuerspannung entgegenwirkt Dies ergibt eine sehr einfache Art der Kompensation, weil alle Impulse in ihrer Breite verkleinert werden, dies sich aber lediglich in den noch modulierten Abschnitten auswirkt Als Wellenzug kann in bekannter Weise eine Dreieckspannung verwendet werden, deren Frequenz in einem festen Verhältnis zur Grundweile der gewünschten Ausgangsspannung steht.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindunpsgemäß gekennzeichnet durch eine Um-

schaltvorrichtung, die in Abhängigkeit von einer dem Impulsabstand entsprechenden Größe Umschaltsignale zur Beseitigung eines zu kleinen Impulsabstandes durch Unterdrückung der Impulspause abgibt und gleichzeitig eine Kompensationsspannung zur Verkleinerung der s Breiten zumindest einiger der verbleibenden Impulse auslöst. Durch die Doppelfunktion der Umschalt vorrichtung ergibt sich gleichzeitig die gewünschte Kompensation.

Eine vorteilhafte Vorrichtung besitzt einen Impulsge- ι ο ber, der Breitensignale mit von einer Steuerspannung abhängiger Breite abgibt, einen Intervallsignalgeber, der Intervallsignale in vorgegebenen Abschnitten abgibt, einen Logikteil, der in Abhängigkeit von den Umschaltsignalen vorbestimmte Kombinationen der Breitensignale, der Intervallsignale und der Umschaltsignale zur Erzeugung der Phasenspannungen weiterleitet, und eine dem Impulsgeber vorgeschaltete Schaltvorrichtung, in der von dem zweiten Steuersignal die Kompensationsspannung subtrahiert wird. Durch eine einfache Änderung der Kombination im Logikteil wird der Wechselrichter in der gewünschten Weise umgesteuert.

Dies läßt sich bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch erreichen, daß ein Wellenzuggenerator, dessen Frequenz von einem ersten Steuersignal bestimmt ist, den vorgegebene Abschnitte einer Halbwelle festlegenden Intervallsignalgeber steuert, daß zwei Kompensatoren in Abhängigkeit vor. dem Wellenzug und einem zweiten Steuersignal breitere und schmalere Breitensignale abgeben, und daß die Intervallsignale mit den Breitensignalen und den Umschaltsignalen im Logikteil kombinierbar sind.

Ein weiteres Mittel zur Erzielung eines einfachen Schaltungsaufbaus besteht darin, daß die Umschaltvorrichtung eine auf- und abwärts schaltbare Programmeinheit aufweist, die beim Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Impulsabstandes um eine Stufe aufwärts und beim Überschreiten eines zweiten vorgegebenen, vorzugsweise größeren Impulsabstandes um eine Stufe abwärts schaltet. Die Ausgänge der Programmeinheit entsprechen jeweils einer im Logikteil fest vorgegebenen Kombination. Wenn die Programmeinheit so mit den Eingängen des Logikteils verbunden ist, daß beim Weiterschalten in Aufwärtsrichtung die zuvor belegten Ausgänge belegt bleiben, braucht jedem Ausgang der Programmeinheit nicht die gesamte Kombination, sondern lediglich der Unterschied zur Kombination der vorangehenden Ausgänge zugeordnet zu werden.

Als Vorrichtung zur Feststellung des kritischen Impulsabstandes sind zweckmäßigerweise zwei Analogrechner vorgesehen, denen ein konstantes Signal, das durch die Kompensationsspannung verminderte zweite Steuersignal und ein der Frequenz des Wellenzuges proportionale« Steuersignal zugeführt werden, die hieraus einen eine Funktion des Abstandes darstellenden Rechenwert bilden und von denen der eine beim Überschreiten und der andere beim Unterschreiten eines zugehörigen vorgegebenen Rechenwerts ein Aufwärts- bzw. Abwärts-Schaltsignal an die Programmeinheit legt. Durch das Berechnen des Impulsabstandes erspart man sonst notwendige Zeitglicdcr.

Die Breitcnsignale und Umschaltsignalc können durch ODER-Glieder in dem Logikteil verknüpft sein. Die dauernd anliegenden Breitcnsignale werden dann <».s beim Auftreten der Umschaltsignalc von diesen übersteuert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch ein Schaltbild der Erfindung, F i g. 2 eine Ausführungsform des Logikteils,

F i g. 3 eine Halbwelle der Phasenspannung und drei Zustände, die beim Übergang von modulierten auf nichtmodulierten Betrieb auftreten können,

Fig.4 die Charakteristik der Frequenz und der Spannung eines Motors in Abhängigkeit von den Steuersignalen mit einer Zwichenstufe beim Übergang von moduliertem auf nichtmoduliertem Betrieb und

F i g. 5 eine ähnliche Charakteristik wie F i g. 4, jedoch mit zwei Zwischenstufen.

In F i g. 1 ist ein üblicher Wechselrichter 1 veranschaulicht, der von einer konstanten Gleichspannungsversorgung 2 mit einer Spannung U versorgt wird, so daß an der Eingangsklemme 3 ein positives Potential und an der Eingangsklemme 4 ein negatives Potential von je U/2 anliegt Die Gleichspannungsversorgung 2 kann beispielsweise aus einer Batterie oder einer wechselstromgespeisten Gleichrichteranordnung bestehen. Die Ausgangsklemmen 5,6 und 7 sind je zwischen zwei in Reihe geschalteten Schaltelementen 8 und 9,10 und 11 bzw. 12 und 13 angeschlossen. Von den Schaltelementen eines jeden Paares, die insbesondere Thyristoren sein sollen, ist jeweils eines leitend und eines gesperrt. An die Ausgangsklemmen ist ein Drehstromverbraucher, hier ein im Dreieck geschalteter Motor 14, angeschlossen. Die Frequenz der Grundschwingung der Ausgangsspannung an den Klemmen 5 bis 7 und damit die Drehzahl des Motors 14 ist mit Hilfe eines ersten Steuersignals u 1, die Amplitude der Grundschwingung der Ausgangsspannung mit Hilfe eines zweiten Steuersignals υ 2 änderbar. Beide Steuersignale können gleichlaufend geführt werden oder sogar durch ein gemeinsames Signal gebildet sein.

Das erste Steuersignal u 1 ist eine Spannung, welche einen spannungsgesteuerten Oszillator 15 beeinflußt, der einen Dreieck-Wellenzug w erzeugt. Die Frequenz dieses Wellenzuges ist proportional zum ersten Steuersignal u 1. Ein Taktgeber 16 erzeugt beim Feststellen der unteren Spitzen Taktimpulse ρ 1. Diese werden in einem Teiler 18 durch 2 dividiert. Die sich ergebenden Taktimpulse if 2 werden einem sechsstufigen Ringzähler 19 zugeführt, der an seinen Ausgängen nacheinander je 30° der Wechselrichterfrequenz entsprechende Intervallsignale qi bis q6 erzeugt. Diese werden einem Logikteil 20 zugeführt.

Außerdem wird der Wellenzug w zwei Komparatoren 21 und 22 zugeleitet. Dem Komparator 21 wird eine Steuerspannung υ 3 zugeführt. Am Ausgang tritt eir erstes Breitensignal b 1 für breitere Impulse auf, wenr die Steuerspannung u3 größer als die Spannung de; Wcllcnzuges w ist. Dem zweiten Komparator wird eine Steuerspannung μ 4 zugeführt, die von dem Abgrif eines Spannungsteilers 23 abgegriffen wird, der mit de ersten Steuerspaunung u3 versorgt ist. An seinen Ausgang treten zweite Breitensignale b2 auf, wenn dl· Steuerspannung υ 4 größer als die Spannung de Wcllenzugcs w ist. Auch die Breitensignale b 1 und b werden dem Logikteil 20 zugeführt.

Die Ausgänge des Logikteils führen Schaltsteuei signale ν einem Umsetzer zu, in welchem sic dc Stcucrcingängcn der Schaltelemente 8 bis 13 angcpat werden.

Ferner sind zwei Analogrechner 24 und 25 vorhai den, denen das erste Steuersignal υ 1, die eis¹ Stcucrspanniing t/3 und eine feste Spannung u

zugeführt werden. Die Steuerspannung υ 3 ist das mit einer Kompensationsspannung Δ korrigierte zweite Steuersignal u2. Der Analogrechner 24 gibt ein Schaltsignal 51 ab, das nach Auftreten eines Schalüimpulses, z. B. eines Impulses ρ 2, die Programmeinheit 26 umschaltet. Das Schaitsignal s 1 tritt bei kritisch kurzen Impulszwischenräumen auf. Der Analogrechner 25 ,gibt ein Schaltsignal $2 ab, das bei Auftreten eines Schaltimpulses die Programmeinheit 26 in umgekehrter Richtung umschaltet. Das Schaltsignal s2 gibt an, daß die Programmeinheit ohne Gefahr für zu kurze Impulszwischenräume zurückgeschaltet werden kann. Als Programmeinheit 26 kann ein reversibler Zähler verwendet werden, der mit Hilfe der Analogrechner 24 und 25 beim Auftreten des Schaltimpulses ρ2 aufwärts bzw. abwärts geschaltet wird. Jeder Stufe der Programmeinheit sind zwei Ausgänge 27 und 28 zugeordnet, von denen der eine dem Logikteil 20 zuzuführende Umschaltsignale Ii-16 und der andere einem Kompensationsspannungsgeber 29 zuzuführende Auslösesignale k 1 - k 6 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. Im Kompensationssignalgeber 29 werden in Abhängigkeit von den Auslösesignalen Ar 1 — Jt 6 Kompensationsspannungen Δ erzeugt, die in einer Schaltvorrichtung 30 von dem zweiten Steuersignal u 2 subtrahiert werden, so daß sich die erste Steuerspannung u 3 ergibt.

In Fig.2 ist eine Schaltungsmöglichkeit des Logikteils 20 veranschaulicht. Es sind drei bistabile Mullivibratoren 31, 32 und 33 vorhanden, die von den Intervallsignalen q 1, q 5 bzw. q 3 gesteuert wenden. Der bistabile Multivibrator 31 gibt beim ersten Auftreten des Intervallsignals q\ ein Halbwellensignal fX ab, das bis zum nächsten Auftreten des Intervallsignals q 1 andauert. Auf ähnliche Weise werden in den bistabilen Multivibratoren 32 und 33 die Halbwellensignale (2 und /3 erzeugt.

Die Intervallsignale q2 und q5 werden über ein ODER-Glied 34 zugeführt und in einem UND-Glied 35 mit dem Breitensignal öl verknüpft. Das verknüpfte Signal wird einem ODER-Glied 36 zugeführt, dem außerdem die Intervallsignale «73 und q 4 sowie dauernd das Breitensignal 62 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 36 wird in einem UND-Glied 37 mit dem Halbwellensignal /1 verknüpft und über ein ODER-Glied 38 als Schaltsteuersignal ν weitergegeben. Damit das zugehörige Schaltelement auch während der folgenden Halbwelle die richtige Information erhält, so wird das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 36 und das Halbwellensignal fX in einem NOR-Glied 39 verknüpft und ebenfalls über das ODER-Glied 38 weiterge'leitet. In einem ODER-Glied 40 können die Breitensigmale b 1 durch das Umschaltsignal /1 und in einem ODER-Glied 41 die Brcitcnsignalc b2 durch das Umschaltsignal 12 übersteuert werden. Dem hier für ein Schaltelement des Wechselrichters angegebenen Schaltbild entsprechen diejenigen für die anderen Schaltelemente. Jc nach der gewünschten Zahl der Zwischenstufen können die <>o ODER-Glieder 40 und 41 für alle Phasen gleich oder phascnindividucll sein. Im ersten Fall kommt man mit einer dreistufigen Programmeinheit 26 aus, im !anderen Fall muß die Programmeinheit entsprechend mehr Stufen, /.. B. sieben Stufen wie angegeben, haben, <».

Bei einer derartigen Schaltung läßt sich die nachstehend in Verbindung mit Fig. 3 beschriebene Arbeitsweise erzielen. Die F i g. 3a, 3b und 3c zeigen je die erste Hälfte einer Halbwelle. Diese Halbwelle ist zur 90°-Ebene symmetrisch. Die folgende Halbwelle ist zum 180°-Punkt symmetrisch. Die Halbweile ist in sechs 30°-Intervalle /1-/6 unterteilt, von denen in Fig.3 nur die Intervalle /1-/3 dargestellt sind. Die Intervalle entsprechender Dauer je eines Intervallsignals q 1 — q6.

In Fig.3a ist in den Intervallen /3 und /4 die Phasenspannung durchgehend, also nichtmoduliert, gleich dem Potential + U/2. Daher ergeben sich durchgehende Blöcke 42. Dies ist der Einfluß der Intervallsignale q 3 und q4 im ODER-Glied 36. In den Intervallen /2 und /5 treten ein breiterer Impuls 43 mit der Breite 2ßund zwei halbe breitere Impulse 44 und 45 auf, zwischen denen sich ein Abstand ZX befindet. Dies ergibt sich aufgrund der dauernd über das ODER-Glied 40 zugeführten, aber über das UND-Glied 35 nur beim Vorhandensein der Intervallsignale q2 und q5 weitergeleiteten Breitensignale b t. In den Intervallen /1 und /6 treten ein schmalerer Impuls 46 mit der Breite 2XB und zwei halbe schmalere Impulse 47 und 48 auf, zwischen denen der Abstand Z 2 vorhanden ist. Diese Impulse ergeben sich aufgrund der dauernd zugeführten Breitensignale b 2, die aber in den übrigen Intervallen im ODER-Glied 36 übersteuert werden. Die Abstände A zwischen den Mittellinien der Impulse sind gleich. In den Zwischenräumen herrscht das negative Potential - U/2. Der Wert X liegt zwischen 0,5 und 1,0, vorzugsweise etwa zwischen 0,73 und 0,78.

Mit Hilfe des zweiten Steuersignals u 2 und den davon abhängigen Steuerspannungen υ 3 und u4 wird die Breite der Impulse in Abhängigkeit der gewünschten Amplitude der Ausgangsspannung des Wechselrichters gesteuert. Wird hierbei der Abstand Z1 zwischen den breiteren Impulsen 43, 44 und 45 zu klein, so gibt der Analogrechner 24 ein Schaltsignal 51 ab, das beim nächsten Auftreten des Impulses ρ 2 zu einem Umschalten der Programmeinheit 26 von der Stufe Null auf die Stufe 1 führt. Dementsprechend liegt auf der Ausgangsleitung 27 ein Umschaltsignal /1, das als logisches Signal »1« darstellbar ist. Dieses übersteuert im ODER-Glied 40 die Breitensignale b\. Daher erscheint beim Auftreten der Intervallsignale q 2 und q 5 ein durchgehender Spannungsblock 49. In den Intervallen /2 und /5 ist daher vom modulierten Betrieb auf den nichtmodulierten Betrieb umgeschaltet worden. Gleichzeitig ist aber durch das Auslösesignal k 1 der Kompensationssignalgeber 29 derart erregt worden, daß eine vorgegebene Kompensationsspannung Δ an die Schaltvorrichtung 30 abgegeben wird. Dies führt dazu, daß die erste Steuerspannung u 3 kleiner wird; die Dauer der Breitensignale b 1 und b 2 verringert sich, und die von den Analogrechnern 24 und 25 berechneten Abstände ZX und Z2 vergrößern sich. Dies wirkt sich allerdings nicht in den Intervallen /2 und /5, sondern nur noch in den Intervallen /1 und /6 aus, wo die schmaleren Impulse 46,47 und 48 eine geringere Breite und einen größeren Abstand erhalten.

Wenn nun erneut der vom Analogrechner 24 berechnete Abstand zu klein wird, erfolgt die Umschaltung auf die Stufe 2 der Programmeinheit 26, so daß das Umschaltsignal /2 im ODER-Glied 41 die Brcitensigna-Ic b 2 übersteuert. Das Umschaltsignal /2 wirkt dauernd, so daß auch in den Intervallen /1 und /6 durchgehende Spannungsblöckc 50 vorhanden sind, also gar keine Modulicrung mehr stattfindet. Gleichzeitig wird wiederum ein Auslöscsignnl k2 an den Kompcnsationssignalgcbcr 29 geleitet, der nunmcr eine größere Kompensationsspannung Δ an die Schaltvorrichtung 00 abgibt. Die

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erste Steuerspannung «3 wird erneut herabgesetzt, so daß sich die Breite der Breitensignale b\ und 62 wiederum verkleinert. Dies wirkt sich allerdings im Wechselrichter nicht aus.

Erst wenn die vom Analogrechner 25 berechneten Abstände größer als ein zweiter Grenzwert werden, der seinerseits größer als der vom Analogrechner 24 berechnete kritische Grenzabstand ist, wird ein Schaltsignal 5 2 abgegeben, das beim Auftreten des nächsten Impulses ρ 2 die Programmeinheil 26 auf die Stufe 1 zurückschaltet. Entsprechendes gilt für die Rückschaltung auf die Stufe Null.

Fig.3 beschreibt die Verhältnisse bezüglich der Ausgangsspannung und der Frequenz des Wechselrichters in Abhängigkeit von den Steuersignalen u 1 und υ 2. Zur Vereinfachung sei folgendes vorausgesetzt: u5 ist gleich der Spitzenspannung des Wellenzuges w. Dessen Kleinstspannung ist Null. Wenn keine Kompensaiionsspannung vorhanden ist, ist die erste Steuerspannung υ 3 gleich dem für die Amplitude der Ausgangsspannung verantwortlichen Steuersignal υ 2. Da der Wellenzug w mit der Steuerspannung υ 3 im Breitensignalgeber 2t geschnitten wird, ergibt sich, wenn u 2=u5 ist, die volle Aussteuerung, bei der der Abstand ζ 1 Null ist. Die Steuersignale u 1 und u 2 sind in dem betreffenden Bereich linear voneinander abhängig, da es häufig erstrebt ist, Frequenz und Spannung annähernd proportional zueinander zu führen. Ferner ist die Einstellung so vorgenommen, daß bei einer Frequenz von 50 Hz die volle Aussteuerung erreicht sein soll. Der kleinste zulässige Impulsabstand Z_mm beträgt 0,2 msek A"= 0,74. Die ODER-Glieder 40 und 41 sind für alle Phasen gemeinsam.

Fig.4 zeigt dann auf der Abszisse υ2 im relativen Maßstab, d. h. bezogen auf υ 5. Die Steuerspannung υ 3 und die Kompensationsspannung Δ werden in demselben Maßstab dargestellt. Auf der Ordinate sind die Frequenz / und, in einem willkürlichen Maßstab, die Ausgangsspannung U, des Wechselrichters veranschaulicht. Hierbei entsprechen die Kurven I, Il und HI den Ausgangsspannungen bei den Kurvenformen der Fig. 3a, 3b bzw. 3c.

Bei steigender Frequenz und entsprechend steigender Ausgangsspannung spricht der Analogrechner 24, der auf 0,2 msek eingestellt ist, bei υ 2Iu 5 = 0,8, also etwa bei 40 Hz, an, worauf im Logikteil 20 von der Kurve I auf die Kurve II umgeschaltet wird. Dies würde normalerweise zu einem Spannungssprung vom Punkt Ml auf den Punkt M 2 führen. Ua aber gleichzeitig das Steuersignal u 2 um die Kompensationsspannung Δ vermindert wird, ergibt sich eine entsprechend kleinere Steuerspannung u 3. Trägt man dies, jeweils bezogen auf u 5 ein, so erhält man einen Arbeitspunkt Af 4 festlegt. Bei weiterem Anwachsen des Steuersignals υ 2 steigt die Spannung parallel zur Kurve II, d. h. mit weniger Durchgriff. Bei u2lu5— 1,01, also etwa einem Wert von 50 Hz, spricht der Analogrechner 24 erneut an, und die Spannung springt von der Kurve II auf die Kurve HI. Dort ist der Durchgriff Null. Die Kompensationsspannung kann deshalb auf einen beliebigen Wert festgelegt werden. Es

s muß nur darauf geachtet werden, daß die Kompensation nicht so groß wird, daß die Impulse kritisch schmal werden könnten. Beispielsweise kann die Kompensationsspannung beim ersten Umschalten 55% und beim zweiten Umschalten 57% der Spannung u5 betragen.

ίο Im letztgenannten Fall sollte der Analogrechner 25 bei einem Impulsabstand von 0,47 msek ansprechen.

F i g. 5 zeigt ein Diagramm ähnlich F i g. 4. Unterschiedlich ist jedoch, daß es für die Phasen u und ν einen Satz ODER-Glieder 40 u· ν und 41 u- ν gibt. Ferner ist für die Phase w ein Satz ODER-Glieder 40 w und 41 w vorgesehen.

Bei etwa 40 Hz erfolgt die erste Umschaltung, bei der lediglich dem ODER-Glied 40 u-v ein Umschaltsignal zugeführt wird. Infolgedessen wird eine Kurve ViViI

zo wirksam gemacht, die den gewogenen Mittelwert der Kurven I und II bildet und deren Abstand im Verhältnis t : 2 unterteilt. Gleichzeitig wurde eine Kompensationsspannung von 15% der Spannung υ 5 ausgelöst. Demzufolge geht die Spannung vom Punkt M1 auf den Punkt Af 5. Beim weiteren Ansieigen der Frequenz wächst die Spannung parallel zur Kurve VMI, bis der Analogrechner 24 bei etwa 46,5 Hz erneut anspricht Hierdurch werden die ODER-Glieder 40 w und 41 w angesteuert, wodurch die Phase w völlig von modulier tem auf nichtmodulierten Betrieb überführt wird Dies ergibt eine Kurve VMII, die den gewogenen Mittelwert der Kurven II und III darstellt und deren Abstand im Verhältnis 1 :2 unterteilt. Gleichzeitig wird aber eine Kompensationsspannung von 28% der Spannung U 5 eingeführt Dementsprechend erfolgt ein Sprung vom Punkt Af 6 auf den Punkt Af 7. Die Frequenz kann nunmehr bis etwa 51,5 Hz weiter erhöht werden, worauf der Analogrechner 24 erneut anspricht und auch das ODER-Glied 41 u-v angesteuert wird. Die Spannung

geht auf die Kurve III über. Hier kann eine beliebige Kompensationsspannung, z. B. von 0,47%, eingestellt werden. Läßt man den Analogrechner 25 bei 0385 msek ansprechen, erreicht man, daß bei fallender Frequenz das Zurückschalten bei den Werten u2/u5=l,00, 0,87 bzw. 0,79 erfolgt

Aus den Fig.4 und 5 ersieht man, daß der Spannungssprung, der beim Übergang vom modulierten auf den nichtmodulierten Betrieb in einem bestimmten Intervall erfolgt, durch die Kompensationsspannung

kleiner gemacht wird. Gleichzeitig gelingt es, den Bereich, in welchem noch geregelt werden kann, bis zu der der Nennfrequenz entsprechenden Vollaussteuerung auszudehnen. Die nach dem Umschalten wirksamen Abschnitte der Spannungs-Kennlinie sind dem erstrebten Kurvenast I weitgehend (.r.gepaßt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters mit konstanter Gleichspannungsversorgung und einstellbarer Frequenz und Amplitude der Grundschwingung der Ausgangsspannung, bei dem die Phasenspannung zumindest teilweise durch breitenmodulierte Impulse gebildet und bei steigender Phasenspannung zur Beseitigung eines dabei zu klein werdenden Impulsabstandes die Impulspause zwischen den betreffenden Impulsen unterdrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die damit verbundene 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 Unterdrückung der Impulspausen dadurch erfolgt, daß in mindestens einem ersten vorgegebenen Abschnitt von moduliertem auf nichtmoduliertem 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 bzw. ersten und sechsten Abschnitt und die Verkleinerung der Impulsbreiten 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 Impulsbreiten zumindest in dem Rest der Phasen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch ein mindestens vierstufiges Umschalten auf nichtmodulierten Betrieb, nämlich zunächst im zweiten und fünften Abschnitt eines Teils der Phasen, kann im zweiten und fünften Abschnitt des Rests der Phasen, dann im ersten und sechsten Abschnitt eines Teils der Phasen und schließlich 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 dreieckförmigen Wellenzug festgelegt wird und daß gleichzeitig mit einer Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche eine Kompensationsspannung erzeugt wird, die der Steuerspannung entgegenwirkt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7. gekennzeichnet durch eine Umschaltvorrichtung, die in Abhängigkeit von einer dem Impulsabstand (Z 1) entsprechenden Größe Umschaltsignale (Ii-IS) zur Beseitigung eines zu kleinen Impulsabstandes durch Unterdrückung der Impulspause abgibt und gleichzeitig eine Kompensationsspannung (A) zur Verkleinerung der Breiten zumindest einiger der verbleibenden Impulse auslöst.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Impulsgeber, der Breitensignale (b 1, 62) mit von einer Steuerspannung (u3) abhängiger Breite abgibt, durch einen Intervallsignalgeber, der Intervallsignale (qi-q6) in vorgegebenen Abschnitten abgibt, durch einen Logikteil (20), der in Abhängigkeit von den Umschaltsignalen (71-/6) vorbestimmte Kombinationen der Breitensignale, der Intervallsignale und der Umschaltsignale zur Erzeugung der Phasenspannungen weiterleitet, und durch eine dem Impulsgeber vorgeschaltete Schaltvorrichtung (30), in der von dem zweiten Steuersignal (u2) die Kompensationsspannung (A) subtrahiert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wellenzuggenerator (15), dessen Frequenz von einem ersten Steuersignal (u 1) bestimmt ist, den vorgegebene Abschnitte einer Halbwelle festlegenden Intervallsignalgeber steuert, daß zwei Komparatoren (21, 22) in Abhängigkeit von dem Wellenzug (w) und einem zweiten Steuersignal (u2) breitere und schmalere Breitensignale (b 1, bl) abgeben und daß die Imervallsigna-Ie (qi-q6) mit den Breitensignalen (bi, bl) und den Umschaltsignalen (11-16) im Logikteil kombinierbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung eine auf- und abwärts schaltbare Programmeinheit (26) aufweist, die beim Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Impulsabstandes um eine Stufe aufwärts und beim Überschreiten eines zweiten vorgegebenen, vorzugsweise größeren Impulsabstandes um eine Stufe abwärts schaltet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinheit (26) so mit den Eingängen des Logikteils (20) verbunden ist, daß beim Weiterschalten in Aufwärtsrichtung die zuvor belegten Ausgänge belegt bleiben.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Analogrechner (24, 25) vorgesehen sind, denen ein konstantes Signal (u 5), das durch die Kompensationsspannung (A) verminderte zweite Steuersigna! (u2) und ein der Frequenz des Wellenzuges proportionales Steuersignal (u i) zugeführt werden, die hieraus einen eine Funktion des Abstandes (Zi) 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.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 und gegebenenfalls einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitensignale (b 1, b2) und Umschaltsignale (Ii-Ib) durch ODER-Glieder (40,41) in dem Logikteil (20) verknüpft sind.