DE2823933A1 - Control of semiconductor switches of pulse inverter - uses inductive load flux which varies as sinusoidal oscillation of constant amplitude and variable frequency - Google Patents

Control of semiconductor switches of pulse inverter - uses inductive load flux which varies as sinusoidal oscillation of constant amplitude and variable frequency

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DE2823933A1
DE2823933A1 DE19782823933 DE2823933A DE2823933A1 DE 2823933 A1 DE2823933 A1 DE 2823933A1 DE 19782823933 DE19782823933 DE 19782823933 DE 2823933 A DE2823933 A DE 2823933A DE 2823933 A1 DE2823933 A1 DE 2823933A1
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • H02M7/538—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration
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Abstract

The pulse inventor supplies an inductive load, and has reference element which determines the variation in time of the inductive load magnetic flux as a sinusoidal oscillation whose amplitude is constant and has a frequency which varies between two limits. The flux value is obtained by integration of the invertor output voltage. Control deviations of the flux instantaneous values are used by an on-off controller as control signals for the semiconductor switches.

Description

Steuerung eines Ein- oder Mehrphasen-WechselrichtersControl of a single or multi-phase inverter

nach dem Pulsverfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Halbleiterschalter eines Pulswechselrichters, der einen induktiven Verbraucher speist.according to the pulse method The invention relates to a method for controlling the semiconductor switch of a pulse-controlled inverter, which has an inductive Consumer feeds.

Ein derartiges Verfahren ist als t"Jnterschwingungsverfahren" bekannt (BBC-Nachrichten Dez. 1964, Seiten 694 bis 698).Such a method is known as the "undershoot method" (BBC News Dec 1964, pp. 694-698).

Dabei wird die frequenz- und amplitudenveränderliche Grundschwingung der den Verbraucher speisenden Spannung mit Hilfe von positiven und negativen Spannungsimpulsen, die der Pulswechselrichter abgibt, erzeugt. Die positive und negative SpannungszeitflächuIder Impulse werden so verändert, daß der Mittelwert dieser Spannungszeitfläch der gewünschten Spannungsform am Verbraucher folgt.The frequency and amplitude variable fundamental oscillation is thereby used the voltage feeding the consumer with the help of positive and negative voltage pulses, which the pulse-controlled inverter emits. The positive and negative voltage time area Pulses are changed in such a way that the mean value of this voltage-time area corresponds to the desired The voltage form at the consumer follows.

Dazu ist es erforderlich, den zeitlichen Verlauf der Spannung durch einen Sollwertgeber vorzugeben. Da bei einem induktiven Verbraucher, z. B. einem Drehstrommotor, aber ein bestimmter maximaler magnetischr 1uß gewünscht ist, muß für einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrauchers der Sollwertgeber sowohl in seiner Frequenz als auch in seiner Amplitude steuerbar sein. Die Erzeugung der Steuersignale für die Halbleiterschalter des Pulswechselrichters erfolgt üblicherweise durch Vergleich einer Dreieckspannung konstanter Steigung mit dem sinusförmigen Sollwert für die gewünschte Spannung am Verbraucher. Das hat den Nachteil, daß beim Unterschwingungsverfahren die Grundschwingung der Ausgangs spannung am Pulswechselrichter proportional der ihn speisenden Gleichspannung, also in der Regel proportional der Zwischenkreisgleichspannung eines Umrichters ist, zu dem der Pulswechselrichter gehört.To do this, it is necessary to follow the course of the voltage over time to specify a setpoint generator. Since with an inductive consumer, z. B. a Three-phase motor, but a certain maximum magnetic 1ut is desired, got to for optimal efficiency of the consumer the setpoint generator both in its Frequency and its amplitude can be controlled. The generation of the control signals for the semiconductor switches of the pulse-controlled inverter is usually done by comparison a triangular voltage of constant slope with the sinusoidal setpoint for the desired voltage at the consumer. This has the disadvantage that the undershoot method the fundamental oscillation of the output voltage on the pulse-controlled inverter is proportional to the it is fed DC voltage, so usually proportional to the DC link voltage of an inverter to which the pulse-controlled inverter belongs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Ein- oder Mehrphasen-Wechselrichters nach dem Pulsverfahren anzugeben, mit dem durch die Ausgangsspannung(en) des Pulswechselrichters am induktiven Verbraucher ein magnetischer Fluß konstanter Amplitude erzeugt wird, wobei die Sollwertvorgabe für die Ausgangsspannung(en) vereinfacht wird und Änderungen der den Pulswechselrichter speisenden Gleichspannung (Zwischenkreisgleichspannung) in ihrer Wirkung auf die Ausgangsspannung eliminiert werden.The invention is based on the object of a method for control of a single- or multi-phase inverter using the pulse method, with by the output voltage (s) of the pulse-controlled inverter at the inductive consumer a magnetic flux of constant amplitude is generated, with the setpoint specification for the output voltage (s) is simplified and changes to the pulse-controlled inverter feeding direct voltage (intermediate circuit direct voltage) in its effect on the Output voltage can be eliminated.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für ein Verfahren der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß durch einen Sollwertgeber der zeitliche Verlauf des magnetischen Flusses durch den induktiven Verbraucher als bandförmige Sinusschwingung variabler Frequenz und konstanter Amplitude vorgegeben und der jeweilige Flußistwert durch Integration der Ausgangsspannung des Pulswechselrichters gebildet wird, und daß die Regelabweichungen der Flußmomentanwerte mittels eines Zweipunktreglers als Steuersignale für die Halbleiterschalter verwendet werden.This object is achieved according to the invention for a method of the opening paragraph specified type solved in that by a setpoint generator of Temporal course of the magnetic flux through the inductive consumer as band-shaped sinusoidal oscillation of variable frequency and constant amplitude specified and the respective actual flux value by integrating the output voltage of the pulse-controlled inverter is formed, and that the control deviations of the flux instantaneous values by means of a Two-position controller can be used as control signals for the semiconductor switches.

Auf vorteilhafte Weise ist damit der zeitliche Verlauf des magnetischen Flusses durch den Verbraucher nicht von dessen Belastung abhängig. Da der Sollwertgeber nur noch als Geber für den magnetischen Fluß verwendet wird, braucht er lediglich in der Frequenz steuerbar zu sein. Ferner bleiben die Änderungen der den Pulswechselrichter speisenden Gleichspannung ohne Wirkung auf die Ausgangsspannung. Ist die speisende Gleichspannung die Zwischenkreisgleichspannung eines Umrichters, hat auch die durch den Netzgleichrichter bedingte Welligkeit keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung. Daher treten in diesem Falle auch keine Resonanzschwingungen zwischen Netz- und Wechselrichterfrequenz auf.The time course of the magnetic Flow through the consumer does not depend on the load. Since the setpoint generator is only used as a transmitter for the magnetic flux, it only needs to be controllable in frequency. Furthermore, the changes to the pulse-controlled inverter remain supplying direct voltage without any effect on the output voltage. Is the dining one DC voltage the DC link voltage of a converter, also has the through The ripple caused by the power rectifier has no effect on the output voltage. Therefore, in this case, there are no resonance oscillations between the network and Inverter frequency.

In Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung wird der jeweilige Flußistwert durch Integration unter Herleitung des Vorzeichens für den Anstieg des Fluges aus der Spannung der Steuersignale für die Halbleiterschalter und des Betrages seines Anstieges aus der den Pulswechselrichter speisenden Gleichspannung mittels eines Korrekturfaktors für die Amplitude bestimmt.In a further development of the method according to the invention, the respective Actual flow value through integration with derivation of the sign for the increase in Flight from the voltage of the control signals for the semiconductor switch and the amount its rise from the den Pulse-controlled inverter feeding DC voltage determined by means of a correction factor for the amplitude.

Zum Schutz vor Überströmen, z. B. bei überlast des Verbrauchers, erfolgt eine richtungsgetreue Messung der Ausgangsströme des Pulswechselrichters je Phase, und es werden in beiden Stromrichtungen bei Überschreiten eines für alle Ströme betragsmäßig gleichen Maximalwertes die Steuersignale für die Halbleiterschalter und unabhängig von der Regelabweichung der Flußmomentanwerte derart vorgegeben, daß eine Begrenzung des den Grenzwert überschreitenden Stromes erfolgt.To protect against overcurrents, e.g. B. in the event of an overload of the consumer a directional measurement of the output currents of the pulse inverter per phase, and it will be in both directions of the current if one is exceeded for all currents The control signals for the semiconductor switches have the same maximum value in terms of absolute value and independently of the control deviation of the instantaneous flux values are specified in such a way that that there is a limitation of the current exceeding the limit value.

Dadurch, daß die Momentanwerte der Ausgangsströme des Pulswechselrichters voneinander unabhängig innerhalb vorgegebener (Schutz-)Grenzen bleiben, werden Unsymmetrien der phasenzugehörigen magnetischen (Einzel-)Flüsse eliminiert. Sättigungserscheinungen im Verbraucher werden wirkungslos, und eine beliebige Schieflast wird zulässig.Because the instantaneous values of the output currents of the pulse inverter Remaining independently of one another within specified (protective) limits will result in asymmetries of the phase-related magnetic (individual) fluxes eliminated. Satiety symptoms in the consumer become ineffective, and any unbalanced load is permissible.

Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher beschrieben werden. Es zeigen Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Steuerung Figur 2a den Verlauf von Flußsoll- und -istwerten während einer Sinusperiode und Figur 2b den zeitlichen Verlauf der Steuerspannung für zwei Halbleiterschalter eines Pul swechselrichters.In the following, the invention will be based on an exemplary embodiment will be described in more detail in the drawing. FIG. 1 shows a basic circuit diagram the controller Figure 2a shows the course of flux setpoints and actual values during a sine period and FIG. 2b shows the control voltage for two Semiconductor switch of a pulse inverter.

Gemäß Figur 1 wird ein induktiver Verbraucher M durch wechselseitiges Öffnen und Schließen zweier schematisch dargestellter Halbleiterschalter 1 und 2, vorzugsweise zweier Leistungstransistorschalter eines Wechselrichters pulsförmig aus einer Gleichspannungsquelle zwischen den Polen + und - gespeist. Die Gleichspannungsquelle kann insbesondere der Zwischenkreis eines Umrichters sein, der über einen (nichtgezeigten) Netzgleichrichter an einem Wechselspannungsnetz liegt. Der Verbraucher M ist vorzugsweise ein Drehstrommotor, wobei hier zur Verdeutlichung nur die Steuerung für die Schalter 1 und 2 einer Phase dargestellt und erläutert wird. Zur Steuerung der Halbleiterschalter 1 und 2 wird ein Sollwert i SOLL für den zeitlichen Verlauf des magnetischen Flusses durch den induktiven Verbraucher M als bandförmige Sinusschwingung variabler Frequenz und konstanter Amplitude vorgegeben.According to Figure 1, an inductive consumer M is reciprocal Opening and closing of two schematically shown semiconductor switches 1 and 2, preferably two power transistor switches of an inverter in pulse form fed from a DC voltage source between the poles + and -. The DC voltage source can in particular be the intermediate circuit of a converter that is connected via a (not shown) Mains rectifier is connected to an AC voltage network. The consumer M is preferred a three-phase motor, with only the control for the switch here for the sake of clarity 1 and 2 of a phase is shown and explained. For controlling the semiconductor switch 1 and 2 become a setpoint i SOLL for the temporal course of the magnetic flux by the inductive consumer M as a band-shaped sinusoidal oscillation of variable frequency and constant amplitude.

Gleichzeitig wird der jeweilige Flußistwert IST durch IST Integration der Ausgangs spannung UA des Pulswechselrichters mittels eines Integrators 7 (z. B. eines Differenzverstärkers mit einem Kondensator in der Gegenkopplung) gebildet.At the same time, the respective actual flow value IST is obtained through IST integration the output voltage UA of the pulse-controlled inverter by means of an integrator 7 (e.g. B. a differential amplifier with a capacitor in the negative feedback).

Die Regelabweichung der Flußmomentanwerte wird dann der Kippstufe 6 zugeführt, deren Ausgangssignale (über NAND-Glieder 4 und 5) den Halbleiterschalter 1 bzw. über ein NICHT-Glied 3 den Halbleiterschalter 2 wechselweise öffnen oder schließen.The control deviation of the instantaneous flux values then becomes the trigger stage 6 supplied, the output signals of which (via NAND gates 4 and 5) the semiconductor switch 1 or via a NOT element 3 the semiconductor switch 2 alternately open or close.

Die bandförmig vorgegebene Sinus schwingung mit der oberen Grenze # SOLL(+) und der unteren Grenze b SOLL(-) des Flußsollwertes 4 SOLL (als Führungsgröße) ist in ihrem zeitlichen Verlauf in Figur 2a gezeigt. Entsprechend einer Zweipunktregelung wird mittels des gestrichelt dargestellten Flußistwertes i IST (als Regelgröße) die Regelabweichung bestimmt, die über die Kippstufe 6 zu den an der Stelle B anstehenden Steuerspannungen UB entsprechend Figur 2b führt.The band-shaped given sine oscillation with the upper limit # SOLL (+) and the lower limit b SOLL (-) of the flow setpoint 4 SOLL (as reference variable) is shown in its temporal course in Figure 2a. According to a two-point control is calculated by means of the actual flux value i IST (as a controlled variable) the control deviation determined via the flip-flop 6 to the pending at point B. Control voltages UB leads according to Figure 2b.

Statt durch die Erfassung der Ausgangsspannung UA des Pulswechselrichters ist es auch entsprechend den gestrichelten Schaltverbindungen in Figur 1 möglich, den Flußistwert IST dadurch zu ermitteln, daß die speisende Gleichspannung UD und an der Stelle B die Steuersignale für die Halbleiterschalter 1 und 2 erfaßt werden. Aus der speisenden Gleichspannung UD wird über ein Erfassungsglied 11 und über einen Multiplikator 10, der eie Korrektur der Amplitude vornimmt, der momentane Anstiegsbetrag des Flusses hergeleitet, während die jeweiligen St.>uerspannungen an der Stelle B ein Kriterium für das momentane Vorzeichen des Flußanstiegs bilden. Aus beiden Größen wird dann durch Integration über den Integrator 7 der Flußistwert IST gebildet.Instead of recording the output voltage UA of the pulse-controlled inverter it is also possible according to the dashed circuit connections in Figure 1, the actual flux value is to be determined by the fact that the feeding direct voltage UD and at point B the control signals for semiconductor switches 1 and 2 are detected. From the feeding DC voltage UD is a detection element 11 and a Multiplier 10, which corrects the amplitude, is the current amount of increase of the river, while the respective St.> overvoltages at the point B form a criterion for the current sign of the flux increase. From both The actual flux value IST is then formed by integration via the integrator 7.

Zum Schutz vor Überströmen (z. B. bei Überlast am Verbraucher M) werden zusätzlich entsprechend der Darstellung in Figur 1 die Ausgangsströme iA des Pulswechselrichters jeder Phase - d. h. hier einer Phase - mittels der Vergleichsglieder 8 und 9 überwacht. Überschreitet der Strom einen vorgegebenen konstanten Scheitelwert imax(+) in positiver oder im( ) in negativer Richtung, wird kein Signal auf den jeweiligen Eingang der NAND-Glieder 4 oder 5 gegeben, so daß der jeweils gerade geschlossene Halbleiterschalter 1 oder 2 unabhängig von den Steuerbefehlen für den Fluß geöffnet und damit der Strom durch Schließen des anderen Schalters begrenzt wird.To protect against overcurrents (e.g. in the event of an overload on consumer M) in addition, according to the illustration in FIG. 1, the output currents of the pulse-controlled inverter each phase - d. H. here a phase - monitored by means of the comparison elements 8 and 9. If the current exceeds a predetermined constant peak value imax (+) in positive or im () in the negative direction, no signal is sent to the respective input of the NAND elements 4 or 5 given, so that the semiconductor switch that is currently closed 1 or 2 opened independently of the control commands for the river and thus the current is limited by closing the other switch.

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Claims (3)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung der Halbleiterschalter eines Pulswechselrichters, der einen induktiven Verbraucher speist, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Sollwertgeber der zeitliche Verlauf des magnetischen Flusses durch den induktiven Verbraucher als bandförmige Sinusschwingung variabler Frequenz und konstanter Amplitude vorgegeben und der jeweilige Flußistwert durch Integration der Ausgangsspannung des Pulswechselrichters gebildet wird, und daß die Regelabweichungen der Flußmomentanwerte mittels eines Zweipunktreglers als Steuersignale für die Halbleiterschalter verwendet werden.Claims 1. A method for controlling the semiconductor switch a pulse inverter that feeds an inductive consumer, characterized in that, that the time course of the magnetic flux through a setpoint generator the inductive consumer as a band-shaped sinusoidal oscillation of variable frequency and constant amplitude and the respective actual flow value through integration the output voltage of the pulse inverter is formed, and that the control deviations the instantaneous flux values by means of a two-position controller as control signals for the semiconductor switches be used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Flußistwert durch Integration unter Herleitung des Vorzeichens für den Anstieg des Flusses aus der Steuersignalspannung für die Halbleiterschalter und des Betrages seines Anstieges aus der den Pulswechselrichter speisenden Gleichspannung mittels eines Korrekturfaktors für die Amplitude bestimmt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the respective Actual flow value through integration with derivation of the sign for the increase in Flow from the control signal voltage for the semiconductor switch and the amount its rise from the den Pulse-controlled inverter feeding DC voltage is determined by means of a correction factor for the amplitude. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine richtungsgetreue Messung der Ausgangsströme des Pulswechselrichters je Phase erfolgt und in beiden Stromrichtungen bei Überschreiten eines für alle Ströme betragsmäßig gleichen Maximalwertes die Steuersignale für die Halbleiterschalter unabhängig von der Regelabweichung der Flu3nomentanwerte derart vorgegeben werden, daß eine Begrenzung des den Grenzwert überschreitenden Stromes erfolgt.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that a directional measurement of the output currents of the pulse inverter ever Phase takes place and in both current directions when one is exceeded for all currents The control signals for the semiconductor switches have the same maximum value in terms of absolute value are specified independently of the control deviation of the instantaneous flow values in such a way that that there is a limitation of the current exceeding the limit value.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3101102A1 (en) * 1980-01-25 1981-12-03 Tokyo Shibaura Electric Co INVERTER
DE3208652A1 (en) * 1981-03-11 1982-09-16 Hitachi Ltd METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A PULSE WIDTH-MODULATED CONVERTER

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