DE2554259C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines mehrphasigen Wechselrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach «Jem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5. ,

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

^fi5 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 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-Nachnchten«, 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 (DE-OS 2151588).

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art bekannt (AT-PS 2 88 548), bei denen die über die gesamte Halbwelle 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 Löschverzögerusig, so daß der Abstand überbrückt wird. In ähnlicher Weise können auch die übrigen Impulsabstände nach und nach überbrückt werden. Jede Überbrückung führt zu einer sprunghaften Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche und daher zu einem Sprung in der Amplitude der Grandwelle der Ausgangsspannung. Die damit verbundenen Wirkungen, z. B. in der Magnetisierung eines angeschlossenen Motors, sind unerwünscht.

Die Breite der Impulse wird durch das Schneiden von Steuerspannungen mit einem dreieckförmigen Wellenzug festgelegt, wie es auch aus DE-OS 21 51 588 bekannt ist

Aus der »SI EM ENS-Zeitschrift«, 45 (1971), Seiten 154 bis 161, ist es bei einem Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, daß zwischen zwei Umschaltvorgangen einer Wechselrichterphase eine Mindesteinschaltdauer eingehalten werden muß, die die Zeitdauer des Kommutierungsvorganges berücksichtigt. Zur Steuerung über einen großen Frequenzbereich wird ein kombiniertes Steuerverfahren vorgeschlagen, bei dem im unteren Frequenzbereich eine Referenzspannung mit freilaufender Dreieckspannung abgetastet und im oberen Frequenzbereich die Modulation durch synchron zur Referenzspannung laufende Dreieckspannung vorgenommen wird. Mit Rücksicht auf die w Begrenzung der Pulsfrequenz durch die Schaltverluste sind mit ansteigender Grundschwingungsfrequenz des Wechselrichters abnehmende Vielfache für die Frequenz der Dreieckspannung nötig. Durch eine nicht näher angegeben* Steuerung soll sich dann erreichen lassen, daß der Grundschwingungseffektivwert der Leiterspannung beim Wechsel zwischen den einzelnen Verfahren unverändert bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art, mit dem sprunghafte Veränderungen der Amplitude der Grundschwin= gung der Ausgangsspannung über einen wesentlichen Teil des Stellbereichs ganz und im übrigen teilweise vermieden werden können, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses V erfahrens anzugeben.

Verfahrensgemäj ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Tei! des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Hierbei wird jedes Mal, wenn die Spannungs-Zeit-Fläche sprungartig, vergrößert 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 nächste Umschaltung hinausgezögert wird. Die Wahl der Abschnitte, in denen von moduliertem auf nichtmodulierten Betrieb umgeiichaltet und in denen die Impulsbreitenverkleinerung bewirkt wird, stellt sicher, daß nicht die Zwischenräume zwischen einzelnen Impulsen überbrückt, sondern die Impulse und Impulsabschnitte eines bestimmten Bereichs vollständig durch einen Spannungsblock ersetzt werden. 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 gleichzeh^ vorgenommenen Kompensation d-irch Verkleinerung anderer Impulsbreiten ist jedoch diese Anwendung möglich. Die gewählte Form der Phasenspannung ergibt auch eine äußerst oberwellenarme verkettete Spannung. Zwischen dem Normalbetrieb und der Maximalspannung, bei der die gesamte Halbwelle aus einem durchgehenden Spannungsblock besteht, ergibt sich mindestens eine Zwischenstufe, in der eine Steuerung möglich ist, ohne daß die Impulsabstände 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.

Wenn die Breite der Impulse durch das Schneiden einer Steuerspannung mit einem vorzugsweise dreieckförmigen Wellenzug festgelegt wird, empfiehlt es sich, gleichzeitig mit dem Umschalten in den nichtmodulierten Betrieb eine Kompensationsspannung zu erzeugen, die der Steuerspannung zur Verkleinerung der Impulsbreiten entgegenwirkt. Dies ergibt eine sehr einfache Art der Kompensation, weil alle Impulse in ihrer Breite verkleinert werden, dies sich aber lediglich in den noch mc Juüerten Abschnitten auswirkt Als Wellenzug kann in bekannter Weise eine Dreieckspannung verwendet werden, deren Frequenz in einem festen Verhältnis zur Grundwelle der gewünschten Ausgangsspannung stellt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich aus durch die im Patentansprach 5 gekennzeichneten Merkmale. Hierbei hat die Umschaltvorrichtung eine Doppelfunktion, durch die sich gleichzeitig die gewünschte Kompensation ergibt.

Ferner ist dafür gesorgt, daß der Logikteil die vorbestimmten Kombinationen milden Umschaltsignalen bildet und dem Impulsgeber eine Schaltungsvorrichtung vorgeschaltet ist, in der von dem zweiten Steuersignal die Kompensationsspannung subtrahierbar ist. Die Einbeziehung der Umschaltsignale in die

vorbestimmten Kombinationen durch den l.ogikteil ermöglicht eine einfache Änderung der Kombination, um den Wechselrichter in der gewünschten Weise umzusteuern. Mit Hilfe der subtrahierten .Schaltungsvorrichtung kann jeweils eine den wirksamen Umschaltsignalen angepaßte Kompensationsspannung berücksichtigt werden.

Fin 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 Fingängen des Logikteils verbunden ist. daß beim Weiterschalten in Aufwärtsrichtung die zuvor belegten Ausgange beiegt bleiben, braucht jedem Ausgang der Programmeinheit nicht die gesamte Kombination, sondern lediglich der Unterschied zur Kombination der vorangehenden Ausgänge zugeordnet /u weiden.

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 proportionales 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 Rechenw erts ein Aufwärts- bzw. Abwärts-Schaltsignal an die Programmeinheit legt. Durch das Berechnen de·-. Impulsabstandes erspart man sonst notwendige Zeitglieder.

Die Breilcnsignalc und Umsch.iltsignak· können durch ODER-Glieder in dem l.ogikteil verknüpft -.ein. Die dauernd anliegenden Breitensignale werden d.inn beim Auftreten der L'mschaltsignale von diesen übersteuert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fs zeigt

F i ε. I schcmatisch ein Schaltbild der Erfindung.

F ι ε. 2 eine Ausführungsform des Logikteils.

Fig. 3 eine Halbwelle der Phasenspannung und drei Zustande, die beim Übergang von modulierten auf -.!chtmodulierten Betrieb auftr^" ι können.

F ι g. 4 die Charakteristik der Frequenz und der Spannung eines Motors in Abhängigkeit von den Steuersignalen mit einer Zwischenstufe beim Übergang von modulierten -:.af nichtmodulierten Betrieb und

F i 2. ■"> eine ähnliche Charakteristik wie F i g. 4. jedoch mit zwei Zwischenstufen.

In Fig. 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 Ui2 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 Il bzw. 12 und 13 angeschlossen. Von den Schaltelementen eines jeden Paares, die insbesondere Thyristoren seien 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 ui, die Amplitude der Grundschwingung der Ausgangsspannung mit Hilfe eines zweiten Steuersignals u2 änderbar. Beide Steuersignale können gleichlaufend geführt werden oder sogar durch ein gemeinsames Signal

id gebildet sein.

Das erste Steuersignal u 1 ist eine Spannung, welche einen spannungsgesteuertrn Oszillator 15 beeinflußt, der einen Dreieck-Wellenzug w erzeugt. Die Frequenz dieses Wellenzuges ist proportional zum ersten

r, Steuersignal u\. 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 ρ 2 werden einem sechsstufigen Ringzähler 19 zugeführt, der an seinen Ausgängen

;■, nacheinander je 3ö" der Wechseirichterfrequenz entsprechende Inlervallsignale q\ bis «76 erzeugt. Diese werden einem Logikteil 20 zugeführt.

Außerdem wird der Wellenzug u zwei Komparatoren 21 und 22 als Breitensignalgeber zugeleitet. Dem

;-, Komparator 21 wird eine Steuerspannung u3 zugeführt. Am Ausgang tritt ein erstes Breitensignal b 1 für breitere Impulse auf. wenn die Sleuerspannung u3 größer als die Spannung des Weilenzuges w ist. Dem zweite;. Komparator wird eine Steuerspannung u4

ι», zugeführt, die von dem Abgriff eines Spannungsteilers 23 abgegriffen wird, der mit der ersten Steuerspannung u 3 versorgt ist. An seinem Ausgang treten zweite Brcitensignale b 2 auf. wenn d;e Steuerspannung i/4 größer als die Spannung des Wellenzuges w ist. Auch

r, die Breitensignale b I und b 2 werden dem Logikteil 20 zugeführt.

Die Ausgänge des Logikteils führen Schaltsteuersignale ν einem Umsetzer zu. in welchem sie den .Steuereingängen der Schaltelemente 8 bis 13 angepaßt

κ. werden.

Ferner sind zwei Analogrechner 24 und 25 vorhanden, denen das erste Steuersignal 111. die erste Sicuersp.innung υ 3 und eine feste Spannung υ 5 zugeführt werden. Die Steuerspannung t/3 ist das mit

·.-. einer Kompensationsspannung Δ korrigierte zweite Steuersignal u2. Der Analogrechner 24 gibt ein Schaltsignal 51 ab. das nach Auftreten eines S:haltimpulses. z. B. eines Impulses ρ 2. die Programmeinheü 26 umschaltet. Das Schaltsignal 5 1 tritt bei kritisch ktrzen

■-■, Impulszwischenräumen auf. Der Analogrechner 25 g'bt ein Schaltsignal 52 ab. das bei Auftreten eines Schaltimpulses die Programmeinheit 26 in umgekehrter Richtung umschaltet. Das Schaltsignal S2 gibt an, daß die Programmeinheit 26 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 ρ 2 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 /1 —/6 und der andere einem Kompensationsspannungsgeber 29 zuzuführende Auslösesignale k 1 — k 6 abgibt Die Ausgänge 27 und 28 können zu einer gemeinsamen Leitung zusammengefaßt wer den, so daß die Umschaltsignale und die Auslösesignale durch dieselbe Spannung gebildet sind. Im Kompensationsspannungsgeber 29 werden in Abhängigkeit von

den Aiislösesignalen k\ — kfi Kompcnsationsspannungen Δ erzeugt, die in einer Schaltvorrichtung 10 von dem /weiten Steuersignal u 2 subtrahiert werden, so daß sich die erste S'euerspannung (/ J ergibt.

In F-" i g. 2 ist eine Schaliungsmoglichkeit des Logikteils 20 veranschaulicht. Es sind drei bistabile Muliivibr.it ircn 31, 32 und 33 vorhanden, die von den Ιη'ς vallsignalen q \. q 5 b/w. q3 gesteuert werdtn. Der bistabile Multivibrator 31 gibt beim ersten Auftreten des Intervallsignals q I ein Halbwellensignal f\ ab, das bis ■ zum nächsten Auftreten des Inter-allsignals q 1 andauert. Auf ähnliche Weise werden in den bistabilen Multivibratoren 32 und 33 die I lalbwellensignale (2 und f i erzeugt.

Die Intervalhignalc q 2 und q 5 werden über ein ODER-Glied 34 zugeführt und in einem UND-Glied 35 mit dem Breiiensignal b\ verknüpft. Das verknüpfte Sipnal wird einem ODER-Glied 36 zugeführt, dem auUerdem die Intervallsienale a 3 und σ 4 sowie dauernd das Breitensignal b2 zugeführt werden. Das Ausgangs- ■ signal des ODER-Gliedes 36 wird in einem UND-Glied 37 mit dem Flalbwcllensigtul f\ verknüpft und über cm ODER-Glied 38 als Schaltsteuersignal V weitergegeben. Damit das zugehörige Schaltelement auch während der folgenden Halbwolle die richtige Information erhält, wird das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 36 und das Halbwellensignal f\ in einem NOR Glied 39 verknüpft und ebenfalls über das C)DER Glied 38 weitergeleitet. In einem ODER-Glied 40 können die Breilensignale h I durch das Umschaltsignal /1 und in einem ODER-Glied 41 die Breitensignale b 2 durch das Umschaltsignal /2 übersteuert werden. Dem hier für ein Schaltelement des Wechselrichters angegebenen Schaltbild entsprechen diejenigen für die anderen Schaltelemente. ]e nach der gewünschten Zahl tier Zwischenstufen können die ODER-Glieder 40 und 41 für alle Phasen gleich oder phasenindividuell sein. Im ersten I .ill kommt man mit einer dreistufigen ProgrammcinhiM 26 .us. im anderen EaII muß die Programmeinheit entsprechend mehr Stufen. /.. B. sieben Stufen wie angegeben, haben. :

Bei einer derartigen Schaltung läßt sich die nachstellend in Verbindung mit F- ig. 3 beschriebene Arbeitsweise erzielen. Die Fig. 3a. 3b und 3c zeigen je die erste Hälfte einer Halbwelle. Diese Halbwelle ist zur 90" -Ebene symmetrisch. Die folgende Haibwelle ist zum :'· 180"-Punkt symmetrisch. Die Halbwelle ist in sechs 30'-Intervalle /1 —/6 unterteilt, von denen in Fig.3 nur die Intervalle / 1 - /3 dargestellt sind. Die Intervalle entsprechen der Dauer je eines Intervallsignals q 1 - q 6.

In Fig. 3a ist in den Intervallen /3 und /4 die y. Phasenspannung durchgehend, also nichtmoduliert. gleich dem Potential + U/2. Daher ergeben sich durchgehende Blöcke 42. Dies ist der Einfluß der Intervallsignale q3 und q4 im ODER-Glied 36. In den Intervallen /2 und /5 treten ein breiterer Impuls 43 mit 5ί der Breite 2ßund zwei halbe breitere Impulse 44 und 45 auf, zwischen denen sich ein Abstand Z1 befindet. Dies ergibt sich aufgrund der dauernd über das ODER-Glied 40 zugeführten, aber über das UND-Glied 35 nur beim Vorhandensein der Intervallsignale q 2 oder «75 weitergeleiteten Breitensignale b 1. 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 Breiter.sigr.ale b Z die aber in den übrigen Intervallen im ODER-Glied 36 übersteuert werden. Die Abstände A zwischen den Mitteliinien der Impulse sind gleich. In den /wischeriräuincn herrscht das negative Potential - I '12. Der Wert V liegt zwischen 0,5 und 1,0, vorzugsweise etwa zwischen 0.73 und 0,78.

Mit Hilfe des zweiten Steuersignals // 2 und der davon abhängigen Steucrspannungcn //3 und 114 wird die Breite der Impulse in Abhängigkcii der gewünschten Amplitude der Ausgangsspanniing des Wechselrichters gesteuert. Wird hierbei der Abstand Z I zwischen den breiteren Impulsen 43, 44 und 45 zu klein, so gibt der Analogrechner 24 ein Schaltsignal S I ab, das beim nächsten Auftreten des Impulses ρ 2 zu einem I Imschaltcn 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 »I« darstellbar ist. Dieses übersteuert im ODER-Glied 40 die Breitensignale h I. Daher erscheint beim Auftreten der Intervallsignale q 2 und q 5 ein durchgehender Spannungsblock 49 (F i g. 3b). In den Intervallen /2und /5 ist daher vom modulierten Betrieb auf den nich'modulierten Betrieb umgeschaltet werden. Gleichzeitig ist aber durch das Auslöscsignal k I der Kompensationssignalgeber /9 derart erregt worden, daß eine vorgegebene Kompensationsspannung Δ an die Schaltvorrichtung 30 abgegeben wird. Dies führt dazu, daß die erste Steuerspannung 1/ 3 kleiner wird: die Dauer der Breitensignale b I und b 2 verringert sich, und die von den Analogrechnern 24 und 25 berechneten Abstände / 1 und 7.2 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 Abstard zu klein wird, erfolgt die Umschaltung auf d:c Stufe 2 der Programmeinheit 26. so daß das \ !mschaltsignal /2 im ODER-Glied 41 die Breitensignale b 2 übersteuert. Das Unischaltsignal /2 wirkt dauernd, so daß auch in den Intervallen / I und /6 durchgehende Spannungsblocke 50 vorhanden sind, also gar keine Modulierung mehr stattfindet (Fig. 3c). Gleichzeitig wird wiederum ein Auslösesignal k2 .n den Kompensationssignalgeber 29 geleitet, der nunmehr eine größere Kompensationsspannung Λ an die Schaltvorrichtung 30 abgibt. Die erste Steuerspannung u 3 wird erneut herabgesetzt, so daß sich die Breite der Breitensignale öl und 6 2 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 Analogrechne, 24 berechnete kritische Grenzabstand ist. wird ein Schaltsignal 52 abgegeben, das beim Auftreten des nächsten Impulses ρ 2 die Programmeinheit 26 auf die Stufe I zurückschaltet. Entsprechendes gilt für die Rückschaltung auf die Stufe Null.

Fig.4 beschreibt die Verhältnisse bezüglich der Ausgangsspannung und der Frequenz des Wechselrichters in Abhängigkeit von den Steuersignalen u 1 und u 2. Zur Vereinfachung sei folgendes vorausgesetzt: u5 ist gleich der Spitzenspannung des Wellenspannung des Wellenzuges w. Dessen Kleinstspannung ist Null. Wenn keine Kompensationsspannung vorhanden ist, ist die erste Steuerspannung u3 gleich dem für die Amplitude der Ausgangsspannung verantwortlichen Steuersignal 1/2. Da der Wellenzug wmit der Steuerspannung υ 3 im Breitensignalgeber 21 geschnitten wird, ergibt sich, wenn u 2=u 5 ist die volle Aussteuerung, bei der der Abstand Z1 Null ist Die Steuersignale u 1 und u 2 sind

in dem betreffenden Bereich linear voneinander abhängig, da es erstrebt ist, Frequenz und Spannung annähernd proportional zueinander zu führen. Ferner ist die Einstellung so vorgenommen, dall bei einer Frequenz von 50 Hz die volle Aussteuerung erreicht sein soll. Der kleinste /iiliissige Impulsabstnnd Z_mm betragt 0.2 insel·.. Ferner gilt X-0.74. Die ODFR-Glie der40und4l sind für alle Phasen gemeinsam.

F i g. 4 z.eigi dann auf der Abszisse u2 im relativen Maßstab, el. h. bezogen auf «5. Die Steuerspannung «3 und die Kompensationsspannung Δ werden in demselben Maßstab dargestellt. Auf der Ordinate sind die Frequenz f und. in einem willkürlichen Maßstab, die Ausgangsspanniing {/, des Wechselrichters veranschaulicht. Hierbei entsprechen die Kurven I. Il und III den Ausgangsspannungen bei den Kurvenformen der F i g. 3a. 3b bzw. 3c.

Bei steigender Frequenz und entsprechend steigender Ausgangsspannung spricht der Analogrechner 24. der

40 Hz, an. worauf im Logikteil 20 von der Kurve I auf die Kurve Il umgeschaltet wird. Dies würde normalerweise zu einem .Spannungssprung vom Punkt Λ7 I auf den Punkt M 2 führen Da aber gleichzeitig das Steuersignal u 2 um die Kompensationsspannung Δ vermindert wird, ergibt sich eine entsprechend kleinere Steuerspannunp η 3. Trägt man dies, jeweils bezogen auf υ 5 ein. so erhalt man einen Arbeitspunkt M 4. Bei weiterem Anwachsen des Steuersignals υ 2 steigt die Spannung parallel zur Kurve II, d. h. mit weniger Durchgriff. Bei u2/u 5= 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 III. Dort ist der Durchgriff Null. Die Kompensationsspannung kann deshalb auf einen beliebigen Wert festgelegt werden. Es muß daher 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 ο 5 betragen. Im letztgenannten Fall sollte der Analogrechner 25 bei einem Impulsabstand von 0.47 msek ansprechen.

Fig. 5 zeigt ein Dia^'amm ähnlich Fig. 4. Unterschiedlich ist jedoch, daß es für die Phasen i/und ι einen Satz ODER-Glieder 40// rund 41» r gibt. Ferner ist für die Phase n ein Satz ODER-Glieder 40u und 41» vorgesehen.

Bei etwa 40 Hz erfolgt die erste Umschaltung, bei der lediglich dem ODER-Glied 40u-v ein Unischaltsignal zugeführt wird. Infolgedessen wird eine Kurve VMI wirksam gemacht, die den gewogenen Mittelwert der Kurven I und Il bildet und deren Abstand im Verhältnis

■ 1:2 unterteilt. Gleichzeitig wurde eine Kompensationsspannung von 15% der Spannung u 5 ausgelöst. Demzufolge geht die Spannung vom Punkt M 1 auf den Punkt M5. Beim weiteren Ansteigen der Frequenz, wächst die Spannung parallel zur Kurve VM I, bis der ■ Analogrechner 24 bei etwa 46,5 W/ erneut anspricht. Hierdurch werden die ODER-Glieder 40n und 4Iu angesteuert, wodurch die Phase w völlig von moduli' γι em auf nichtmoduliertcm Betrieb überführt wird. Dies ergibt eine Kurve VM II. die den gewogenen Mittelwert

... der Kurven !! und !!! dsrsteü! und ^r^^pr^pn AHstanH im Verhältnis I : 2 unterteilt. Gleichzeitig wird aber eine Kompensationsspannung von 28% der Spannung (75 eingeführt. Dementsprechend erfolgt ein Sprung vom Punkt M6 auf den Punkt Ml. Die Frequenz kann

■, nunmehr bis etwa 51,5 Hz weiter erhöht werden, worauf der Analogrechner 24 erneut anspricht und auch das ODER-Glied 4li/-v angesteuert wird. Die Spannung geht auf die Kurve IM über. Hier kann eine beliebige Kompensationsspannung, z. B. von 47%, eingestellt

ι werden. Läßt man den Analogrechner 25 bei 0,385 msek ansprechen, erreicht man. daß bei fallender Frequenz das Zurückschalten bei den Werten u2/u5=1.00, 0.87 bzw. 0.79 erfolgt.

Aus den F i g. 4 und 5 ersieht man, daß der

:. Spannungssprung, der beim Übergang vom modulierten auf den nichtmodulierien 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

in der der Nennfrequenz entsprechenden Vollaussteuerung auszudehnen. Die nach dem Umschalten wirksamen Abschnitte der Spannungs-Kennlinip sind dem erstrebten Kurvenast I weitgehend angepaßt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern eines mehrphasigen Wechselrichters mit konstanter Gleichspannungsversorgung und einstellbarer Frequenz und Amplitude der G rundschwingung der verketteten Ausgangsspannung, bei dem jede Phasenspannung unter Verwendung breitenmodulierter Impulse gebildet und bei steigender Phasenspannung zur Beseitigung eines dabei zu klein werdenden Impulsabstandes die Impulspause zwischen den betreffenden Impulsen unterdrückt wird, wobei von sechs 30°-Abschnitten jeder Phasenspannungshalbperiode der dritte und vierte mit breiten, der zweite und fünfte mit schmaleren sowie der erste und sechste mit noch schmaleren Impulsen besetzt sind, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der Merkmale, daß bei der Bildung der Phasenspannung der dritte und vierte 30°-Abschnitt nicht moduliert sind, daß zur ImpisJspausenunterdriJckung im zweiten und fünften bzw. ersten und sechsten Abschnitt eine Umschaltung auf den nichtmodulierten Betrieb (30°-Spannungsblock) erfolgt und daß die mit der impulspausenunterdrückung verbundene Vergrößerung der Spannuiigs-Zeit-Fläche der verketteten Ausgangsspannung dadurch zumindest teilweise kompensiert wird, daß in den jeweils moduliert verbleibenden Abschnitten eine Verkleinerung der Impulsbreiten erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal' die Vergrößerung der Spannungs-Zeit-Fläche lediglich in einem Tr^:! der Phasen und die Verkleinerung der Impulsbreiten zumindest in dem Rest der Phasen erfolgt

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein mindestens vierstufiges Umschalten auf nichtmodulierten 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 Phasevi, wobei jeweils in den noch modulierten Abschnitten die Impulsbreite verkleinert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Breite der Impulse durch das Schneiden einer Steuerspannung mit einem vorzugsweise dreieckförmigen Wellenzug festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Umschalten in den nichtmodulierten Betrieb eine Kompensationsspannung erzeugt wird, die der Steuerspannung zur Verkleinerung der Impulsbreiten entgegenwirkt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 4, mit einem Impulsgeber, der Breitensignale mit von einer Steuerspannung abhängiger Breite abgibt, wobei der Impulsgeber vorzugsweise einen Wellenzuggenerator, dessen Frequenz von einem ersten Steuersignal bestimmt ist, und zwei Komparatoren aufweist, die in Abhängigkeit von dem Wellenzug und einem zweiten Steuersignal breitere und schmalere Breitensignale abgeben, mit einem Intervallsignalgeber, der Intervallsignale in 30°-Abschnitten abgibt, mit einer Vergleichsvorrichtung, die in Abhängigkeit von einer dem Impulsabstand entsprechenden Größe Signale zur Impulspausenunterdrückung erzeugt, und mit einem Logikteil, der in Abhängigkeit vom Modulationsbetrieb vorbestimmte Kombinationen der Breitensignale und der Intervallsignale zur Erzeugung der Phasenspannung weiterleitet, gekennzeichnet durch eine Umschaltvorrichtung (26, 29), die in Abhängigkeit von den Signalen für die Impulspausenunterdrükkung Umschaltsignale (I1 bis /6) für die Umschaltung auf nichtmodulierten Betrieb und gleichzeitig eine Kompensationsspannung (Δ) für die Impulsbreitenverkleinerung erzeugt.

ίο

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikteil (20) die vorbestimmten Kombinationen mit den UmscHaltsignalen bildet und dem Impulsgeber eine Schaltungsvorrichtung (30) vorgeschaltet ist, in der von dem zweiten Steuersi-

•5 gnal (u2) die Kompensationsspannung (Δ) substrahierbarist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung eine auf- und abwärtsschaltbare Programmeinheit (26) aufweist, die beim Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Impulsabstandes um eine Stufe aufwärts und beim Oberschreiten eines zweiten vorgegebenen, vorzugsweise größeren Impulsabstandes um eine Stufe abwärts schaltet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, 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.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß iris Vergleichsvorrichtung zwei Analogrechner (24, 25) vorgesehen sind, denen ein konstantes Signal (u 5), das durch die Kompensationsspannung (zl) verminderte zweite Steuersignal (u2) und ein der Frequenz des Wellenzuges proportionales Steuersignal (u 1) zugeführt werden, die hieraus einen eine Funktion des Abstandes (Z 1) 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, S 2) an die Programmeinheit (26) legt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitensignale (b 1,

b 2) und Umschaltsignale (Ii bis /6) durch ODER-Glieder (40, 4t) in dem Logikteil (20) verknüpft sind.