DE2836573B2

DE2836573B2 - Steuersatz für einen mehrphasigen Stromrichter

Info

Publication number: DE2836573B2
Application number: DE2836573A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Ing.(Grad.) 8520 Erlangen Braun
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1980-09-25
Also published as: GB2028604B; DE2836573A1; FR2434513B1; DE2836573C3; IT1122457B; FR2434513A1; SE443266B; CH647900A5; GB2028604A; US4267570A; SE7906789L; IT7925021A0; JPS5529298A; CA1132196A; BE878284A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuersatz für einen mehrphasigen Stromrichter, bei dem einem Oszillator ein dual codierter Zähler nachgeschaltet ist.

Aus der DE-OS 23 23 826 ist ein derartiger Steuersatz für eine ein- oder mehrphasige Wechselrichteranordnung bekannt, bei dem ein Oszillator einen Zähler antreibt, der die Adressen für einen Adressenzähler bildet. Der Adressenzähler adressiert einen Speicher, in dem ein Impulsprogramm für die auf eine Periode oder einen Teil einer Periode der Grundschwingung am Wechselrichterausgang bezogene Zünd- und Lösch/citpunkte für vorgebbare, definierte Betriebszustände gespeichert ist. Die Ausgänge des Speichers und des Zählers werden miteinander verglichen und be' Übereinstimmung der Signalzuständc wird ein Zündimpuls erzeugt. Bei diesem bekannt'*" Steuersatz ist nicht

ίο

im einzelnen angegeben, wie er für eine mehrphasige Wechselrichteranordnung ausgestaltet werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten digitalen Steuersatz für einen mehrphasigen Stromrichter zu schaffen, der auf einfache Weise für zusätzliche Betriebserfordernisse erweiterbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgänge des Zählers mit dej ersten Summandeneinggngen einer Anzahl von Addierern verbunden sind, deren zweite Summandeneingänge mit Anordnungen zur Phasenwinkelvorgabe verbunden sind und deren Summenausgänge mit einer Logikschaltung verbunden sind, die aus den Signalen an den Summenausgängen der Addierer Zeitimpulse ableitet und zu Zündimpulsen für die gesteuerten Ventile des Stromrichters verknüpft

Mit einem derartigen Steuersatz läßt sich bereits ein ungesteuerter Betrieb eines mehrphasigen Stromrichters mit einem festen Impulsmuster realisieren. Die Signale auf den Summenausgängen der Addierer bilden ein Impulsraster, aus dem Zeitimpulse abgeleitet und zu Zündimpulsen verknüpft werden können. Die Zeitimpulse können mit monostabilen Kippstufen gewonnen werden, die von den Flanken der Impulse auf den Summenausgängen der Addierer angestoßen werden und die auf die gewünschten Impulszeiten eingestellt sind. Es ist jedoch auch möglich, digitale Zeitstufen zu verwenden. Eine digitale Zeitstufe enthält beispielsweise einen mit einer konstanten Impulsfrequenz schwingenden Oszillator, der einen Zähler antreibt, dessen Zählerstand von einer Auswerteschaltung überwacht wird. Der Zähler wird zu Beginn des gewünschten Zeitimpulses freigegeben und zählt die Oszillatorimpulse bis zu einem vorgegebenen Zählerstand, bei dem die Auswerteschaltung den Zähler rücksetzt und den Zeitimpuls beendet

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Steuersatzes liegt in der einfachen Bildung der Zündimpulse für einen mehrphasigen Stromrichter, insbesondere einen dreiphasigen Stromrichter. Die Mehrphasigkeit der Zündimpulse wird auf einfache Weise durch digitale Phasenwinkelvorgaben realisiert, die entweder fest eingestellt oder von Phasenwinkelreglern gesteuert werden können.

Die bei einem erfindungsgemäßen Steuersatz verwendeten digitalen Bauelemente, wie Zäiiler, Addierer und Verknüpfungsglieder weisen keine betriebsmäßig relevanten ExemylaiStreuungen auf. Hier ist daher keinerlei Justierauf'vand erforderlich.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuersatzes ermöglicht eine Schnellabschaltung des Stromrichters bei einem Schutzbefehl, beispielsweise im Kurzschlußfall eines Verbrauchers. Bei einer Schnellabschaltung werden die Zündimpulse für die Hauptventile gesperrt, und es wird eine von der momentanen Phasenlage abhängige Verschiebung der Zündimpulse für die Löschventile vorgenommen. Zusätzlich kann eine Erhöhung der Betriebsfrequenz, vorzugsweise auf ein Vielfaches der normalen Betriebsfrequerz, vorgenommen werden, die den Stillsetzvorgang des Stromrichters beschleunigt. Durch die Verschiebung der Zündimpulse für die Löschventile werden die gerade stromführenden Hauptventile zeitoptimal gelöscht. Schaltungstechnisch läßt sich dies auf einfache Weise dadurch realisieren, daß ein Multiplexer vorgesehen ist, dessen erste Gruppe von Eingängen unmittelbar mit den Ausgangen des Zählers, dessen /weite Gruppe von

Eingängen mit den um wenigstens eine Wertigkeit verschobenen Ausgängen des Zählers und dessen Ausgänge mit den ersten Summandeneingängen der Addierer verbunden sind, deren zweite Summandeneingänge über weitere Multiplexer und Zwischenspeicher mit den Ausgängen von weiteren Speichern verbunden sind, deren Adresseneingänge mit den um wenigstens eine Wertigkeit verschobenen Ausgängen des Zählers verbunden sind und die auf eine für jeden Zählerstand optimale Zündimpulsverschiebung programmiert sind, wobei bei einer Schnellabschaltung der Multiplexer umgesteuert und die Ausgangssignale der weiteren Speicher in die Zwischenspeicher übernommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 die Schaltung eines bekannten Stromrichters,

Fig.2 Diagramme zur Veranschaulichung eines Kommulierungsvorganges im Stromrichter der F i g. 1,

F i g. 3 das Blockschaltbild eines Steuersatzes für den Stromrichter der F i g. 1,

F i g. 4 das Blockschaltbild der Logikschaltung im Steuersatz der F i g. 3,

F i g. 5, 6 Diagramme von wesentlichen Signalverläufen der Logikschaltung der F i g. 4,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Programmierung eines Funktionsspeichers im Steuersatz der F i g. 3,

Fig.8 Diagramme zur Veranschaulichung der Impulsverschiebung bei einer Schnellabschaltung des Stromrichters.

F1 g. 1 zeigt den Schaltungsaufbau eines bekannten jo dreiphasigen, sechspulsigen Stromrichters (Aircraft Electrical Power Seminar, 10.—11. Mai 1977, Technical Proceedings, S. 59-68, F i g. 14, New York, ACS 11,406, revised 3/78). Als steuerbare Ventile können insbesondere Thyristoren und als ungesteuerte Ventile insbeson- r> dere Halbleiter-Dioden eingesetzt werden. Zur besseren Übersicht sind die Schutzbeschaltungen der Ventile nicht dargestellt In der praktischen Ausführung sind allen Ventilen ÄC-Glieder parallel geschaltet, sowie magnetische Bauelemente zur Begrenzung der Spannungs- und Stromanstiegsgeschwindigkeit zugeordnet. Ebenso sind Schaltungsmaßnahmen zur Beeinflussung der Kommutierungsvorgänge bekannt (McMurray, a.a.O. Fig. 16, DE-OS 23 23 905), die hier nicht dargestellt sind.

Der Stromrichter ist als dreiphasiger Brückenwechselrichter ausgebildet und formt die Eingangsgleichspannung einer Gleichspannungsquelle B₁ beispielsweise einer Batterie oder eines Gleichspannungszwischenkreises, in eine ein DrehMromsystem bildende Wechsel- w spannung mit den Phasen RSTutn. Der Brückenstrang für die Phase R enthält die Brückenzweige mit den steuerbaren Hauptventilen η 11 und η 14. Der Brückenstrang für die Phase S enthält die Brückenzweige mit den steuerbaren Hauptventilen η 12 und η 15. Der v-, Brückenstrang für die Phase Tenthäll die Brückenzweige mit den steuerbaren Hauptventilen η 13 und η 16. Den steuerbaren Hauptventilen nil bis π 16 sind jeweils Rückarbeitsdioden d\\ bis d t% antiparallel geschaltet. mi

Den steuerbaren Hi'uptventilen π Il bis π 16 ist als gemeinsamer Kommulierungskreis ein Reihenschwingkreis mit einem Konlmuticrungskondensator C und einer Kommutierungsilrosscl L zugeordnet. Die Kondensatorspannung ist mit U_n der Strom im Reihenschwingkre'"! mit /;._{· bezeichnet. Der untere Anschluß des i.C-Rcihenschwingk^l'eises ist über eine Antiparallelvon steuerbaren Hilfsventilen π 4. /i5 mit der Phase R, übsr eine weitere Antiparallelschaltung mit den steuerbaren Hilfsventilen η 6, η 7 mit der Phase S und über eine weitere Antiparallelschaltung mit den steuerbaren Hilfsventilen π 8, π 9 mit der Phase Γ des Wechselrichters verbunden. Der obere Anschluß des Reihenschwingkreises ist über ein steuerbares Löschventil nt mit dem positiven Potential und über ein steuerbares Löschventil π 2 mit dem negativen Potential der Gleichspannungsquelle B verbunden.

In Fig. 6 sind in der unteren Hälfte die Zündimpulse für die steuerbaren Ventile π 1 bis λ 16 dargestellt Da der Stromrichter dem Stand der Technik entnommen ist, erübrigt sich eine ausführliche Beschreibung des Zündimpulsmusters. Es soll jedoch der Ablauf eines Kommutierungsvorganges beispielhaft anhand einer Kommutierung vom steuerbaren Hauptventil nil auf das steuerbare Hauptventil π 14 beschrieben werden, um zu zeigen, daß der erfindungsgemäße Steuersatz geeignet ist auch relativ komplizierte Zündimpulsmuster in schaltungsmäßig einfacher Weise zu realisieren.

Fig.2 veranschaulicht einen Irommutierungsvorgang anhand der Zündimpulse für die am Kommutierungsvorgang beteiligten steuerbaren Ventile und des Verlaufes des Schwingkreisstromes /tcund der Kondensatorspannung Uc am Kommutierungskondensator C. Der K^mmutierungskondensator Csei mit der in F i g. 1 in Klammern angegebenen Polarität aufgeladen. Die Kommutierung wird nach einer Pausenzeit 11 nach dem Ende des Zündimpuises für das Haiiptventil nil durch gleichzeitige Zündung des Löschventils π 1 und des Hilfsventil π 4 eingeleitet Die Dauer der Zündimpulse für die Ventile ni und η 4 ist mit f3 bezeichnet. Der Strom im Hauptventil nil wird abkommutiert. Der LC-Reihenschwingkreis schwingt über die Rückarbeitsdiode t/11 um. Der Kommutierungskondensator Cwird auf eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Im Nulldurchgang des Schwingkreisstromes kc erlischt der Strom in den Ventilen π I₁ π4 und d\\. Nach dem Umschwingvorgang wird nach einer Zeit f 2 nach Beginn der Zündimpulse für die Ventile π Ι, π 4 das nachfolgende Hauptventil π 14 gezündet.

Kig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuersatzes für die Steuerung des in Fig. I dargestellten dreiphasigen Stromrichters, der eine besonders rasche Stillsetzung urd einen daran anschließenden Betrieb mit eingeprägtem Strom ermöglicht. Die Zündimpulse des Steuersatzes werden über Impulsverstärker, vorzugsweise tastbare Impulsgeneratoren, und linpulsübertrager oder über optische oder hochfrequenztechnische Obertragungsstrecken auf die Steuerstrecken der steuerbaren Ventile gegeben. Für das Verständnis der Erfindung ist lediglich von Bedeutung, daß der Steuersatz Zündimpulse für die s:euerbaren Ventile des Stromrichters erzeugt. Die bei digitalen Schaltungen üblichen Maßnahmen zur Bildung eines Taktrasters sind nicht dargestellt. Die detaillierten Angaben über die verwendeten Bauelemente und die Zahlenangaben sind nur beispielhaft zu verstehen.

Der Steuersaiz enthält einen freilaufenden Oszillator 1, der eine Impulsfolge mit konstanter Impulsfrequenz von beispielsweise 12,8 kHz erzeugt. Ein 8-Bit-Zähler 2 teilt die Impulsfrequenz des Oszillator;: 1 herunter. Der Zähler 2 wird als Vorwärtszähler mit dualer Codierung betrieben. An den Zählerausgängen erscheinen Impulsfolgen mit sich jeweils verdoppelnder Impulsfrequenz. Auf dem Zählerausgang 2/7 erscheint eine Impulsfolge mit einer Impulsfrequenz von 50 Hz, auf dem Ausgang 2(7 eine Impulsfolge mit einer ImDulsfreauenz von

100 Hz usw. bis zum Ausgang 2/4, auf dem eine Impulsfolge mit einer Impulsfrequenz von 6,4 kHz erscheint. Die niedrigste Impulsfrequenz von 50 Hz am Ausgang 2H ist die gewünschte Frequenz der Ausgangsspannung des Stromrichters, die im folgenden als Betriebsfrequenz bezeichnet wird.

Die Ausgänge 2A...2H des Zählers 2 sind auf die erste Gruppe von acht Eingängen eines 2-KanaI-Multiplexers 3 für je 8 Bit geschaltet. Die zweite Gruppe von Eingängen des Multiplexers 3 ist mit den Zählerausgängen 2/4 ... 2F beschaltet und somit um zwei Wertigkeiten gegenüber der ersten Gruppe von Eingängen verschoben. Die beiden nicht benötigten Eingänge der zweiten Gruppe sind ständig mit O-Signal belegt. Der Multiplexer 3 schaltet nach Maßgabe eines Steuersignals an seinem Steuereingang entweder die erste oder die zweite Gruppe von Eingängen auf seine Ausgänge rlnmh Γ)ργ MilltinlpYPr 1 u/irrl crt irpctpnprt Haft im

ungestörten Betrieb der Zählerstand des Zählers 2 unmittelbar an den Ausgängen des Multiplexers 3 ansteht, während bei einer Störung der um zwei Wertigkeiten verschobene Zählerstand auf die Ausgänge des Multiplexers 3 durchgeschaltet wird.

Das für die Ansteuerung des Stromrichters erforderliche dreiphasige Zündimpulssystem wird durch Addition von Phasenwinkelvorgaben von 120° el bzw. 240° el zu einer Bezugsphase gebildet. Hierzu sind die Ausgänge des Multiplexers 3 mit den ersten Summandeneingängen von Addierern 10, 20, 30 verbunden. Die zweiten Summandeneingänge der Addierer i0, 20, 30 sind mit den Ausgängen von weiteren 2-Kanal-Multiplexern 13, 23,33 für je 8 Bit verbunden. Die Summenausgänge der Addierer 10,20,30 sind mit den Adresseneingängen von Speichern 11, 21, 31 verbunden, in denen Funktionen gespeichert sind. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um 256x4 bit-Festwertspeicher, in denen Sägezahnfunktionen gespeichert sind. Die Programmierung der Funktionsspeicher 11,21,31 ist in Fi g. 7 dargestellt. Im ungestörten Betrieb sind die Ausgänge der Multiplexer 13, 23, 33 jeweils mit den an ihre erste Gruppe von Eingängen geschalteten Phasenwinkelvorgaben 14,24,34 verbunden. Im Störungsfalle können die weiteren Multiplexer 13, 23, 33 durch ein Steuersignal auf ihre Steuereingänge derart umgesteuert werden, daß sie die Signale von Zwischenspeichern 15, 25, 35 durchschalten, die ihrerseits an weitere Speicher 16, 26, 36 angeschlossen sind, die im Ausführungsbeispiel 256 χ 8 bit-Festwertspeicher sind.

Die Ausgänge der Funktionsspeicher 11, 21, 31 sind mit den ersten Vergleichereingängen von digitalen Komparatoren 12, 22, 32 verbunden, deren zweite Vergleichereinginge mit den Ausgängen eines Analog-Digital-Wandlers 6 verbunden sind. Der Analogeingang des Analog-Digital-Wandlers 6 ist über eine schematisch dargestellte Umschalteinrichtung 8 im ungeregelten Betrieb mit einer fest vorgegebenen Spannung beaufschlagt, die beispielsweise an einem Potentiometer 9 abgegriffen wird. Im geregelten Betrieb wird die Umschalteinrichtung 8 umgesteuert. Der Analogeingang des Analog-Digital-Umsetzers 6 ist dann mit einem Regelsignal Ur eines Reglers 5 beaufschlagt, beispielsweise eines Stromreglers.

Die mit den höchstwertigen Signalen belegten Ausgänge A und M des Addierers 10, sowie die entsprechenden Ausgänge S und N des Addierers 20 und die Ausgänge C und O des Addierers 30 sind mit einer Logikschaltung 4 verbunden. Die Logikschaltung 4 ist eingangsseitig weiterhin mit den Ausgängen T, U, V der Komparatoren 12, 22, 32 verbunden. Die Logikschaltung 4 bildet die Zündimpulse für die gesteuerten Ventile π 1 bis π 16. Der Aufbau der Logikschaltung 4 wird anhand der Verknüpfungsgleichungen und der F i g. 4 beschrieben.

Im ungeregelten Betrieb wird der in F i g. I dargestellte Stromrichter mit einem festen Impulsmuster gesteuert. Vorzugsweise ist eine Spannungsregelung für die Eingangsgleichspannung vorgesehen, die

in jedoch in diesem Zusammenhang nicht von Interesse ist. Entsprechend den acht Zählerausgängen des Zählers 2 ist jede Periode der Ausgangsspannung des Stromrichters in 2« = 256 Inkremente eingeteilt. Die am Potentiometer 9 abgegriffene Spannung hat einen festen Wert, der der Vollansteuerung entspricht. Die Multiplexer sind derart gesteuert, daß der Multiplexer 3 den Zählerausgang unmittelbar auf die ersten Summanden tAna&nap rjpr AHHiprpr 10. 30. .10 durchschallet und Haß die Multiplexer 13,23,33 die Phasenwinkelvorgaben 14, 24, 34 auf die zweiten Summandeneingänge der Addierer 10,20,30 durchschalten.

Die Phasenwinkelvorgabe 14 ist auf die Zahl 0000 0000 eingestellt. Die Phasenwinkelvorgabe 24 ist auf die Zahl 01010101 (dezimal: 85) eingestellt, die bei einem vernachlässigbar kleinen Winkelfehler einem Phasenwinkel von 120° el entspricht. Die Phasenwinkelvorgabe >» ist auf die Zahl 10101010 (dezimal: 170) eingestellt, die einem Phasenwinkel von 240°el näherungsweise entspricht. Durch die Phasenwinkelvorga-

jo ben 14, 24,34 werden die Signale auf den Summenausgängen der Addierer 10, 20, 30 derart verschoben, daß ein dreiphasiges System entsteht, das bis auf die vernachlässigbar kleinen Winkelfehler ein symmetrisches Dreiphasensystem bildet. Die Phasenwinkelvor-

is gäbe 14 könnte bei einer festen Phasenwinkelvorgabe entfallen. Es ist jedoch auch möglich, geregelte Phasenwinkelvorgaben vorzusehen, bei denen die Vorgabewerte beispielsweise von einem Phasenwinkelregler über einen Analog-Digital-Umsetzer oder von

4i) einem Phasenwinkelrechner gebildet werden.

Die Addierer 10, 20, 30 bilden fortlaufend die Adressen für die Funktionsspeicher 11, 21, 31. Die Ausgänge A und M des Addierers 10, die Ausgänge B und Ndes Addierers 20 und die Ausgänge Cund Odes > Addierers 30 sind mit Signalen belegt deren Verlauf in Fig.5 in den entsprechend beschrifteten Zeilen ersichtlich ist Die Signale A B, Cbilden ein 180° -Raster. Die Signale M, N, O bilden ein 90°-Raster. Die in den Funktionsspeichern 11, 21,31 gespeicherten Sägezahn funktionen werden in den Komparatoren 12, 22,3? mit der am Analog-Digital-Wandler 6 anstehenden Zahl verglichen, die zu 0001 (dezimal: 1) gewählt ist Wenn die von den Funktionsspeichern 11,21,31 jeweils nach Maßgabe der Sägezahnfunktion ausgegebene Zahl

kleiner ist als die vom Analog-Digital-Wandler 6 ausgegebene Zahl, so erscheinen Impulse auf den

Ausgängen T, U, V der Komparatoren 12,22,32, die in F i g. 5 mit 7Ί, Ui, Vi bezeichnet sind. Aufbau und Funktion der Logikschaltung 4 wird

anhand des in F i g. 4 dargestellten Schaltbildes und der Diagramme in den F i g. 5 und 6 erläutert Die Signale sind mit den Bezugszeichen der Leitungen bezeichnet auf denen sie anstehen. Die Zündimpulse sind mit den Bezugszeichen der entsprechenden Ventile bezeichnet

F i g. 4 zeigt den Aufbau der Logikschaltung 4 in einer getrennten Darstellung für die Bildung der Zündimpulse für die Löschventile η 1, π 2 und die Hilfsventil π 4 bis η9 sowie für die Hauptventile nil bis π 15. Die der

Logikschaltung 4 eingangsseiiig zugeführten Signale A. B. C. M, N, O von den Summenausgängen der Addierer 10,20,30 und die Aussteuerungssignale T, U, V von den Komparatoren 12, i2,32 werden zunächst in nicht näher bezeichneten Invertiergliedern invertiert. Aus den ursprünglichen und den invertierten Signalen werden in NOR-Gattern 40 bis 45 die Signale D bis / nach folgenur/i Verknüpfungsgleichungen gebildet:

D - A~w~B

E-flvC F = Ä w C

G=AwB

H - BwC J - AwC Die impulse D...J sind jeweils 60°-Impulse. Aus

diesen Impulsen Wird ein Signal K al» 60"-Rasier durch

die Verknüpfung im NOR-Gatter 49 zusammengesetzt: K=E wGw]

Das Signal K wird im lnvertierglied_51_invertiert. Aus den Signalen M, N, O und M, N, O werden in NOR-Gattern 46 bis 48die Signale P. Q, Rgebildet:

Q R

NwO KfW Q

Mw ~N

Die signale P, Q, R sind 30°-Impulse, die im NOR-Gatter 50 zum Signal S verknüpft werden, das ein 30°-Raster dargestellt:

S=Pw QwR

Aus dem Signal 5 werden die Zeitimpulse d, e, /'durch monostabile Kippstufen 52, 53, 54 gebildet. Die monostabile Kippstufe 52 mit der Laufzeit 11 und die monostabile Kippstufe 53 mit der Laufzeit (2 werden bei jeder ansteigenden Flanke des Signals Sangestoßen. Das Ausgangssignal d der monostabilen Kippstufe 52 stößt die monostabile Kippstufe 54 mit der Laufzeit f 3 an. Die Zeit /1 ist die Pause zwischen dem Ende eines Hauptimpulses und dem Beginn des nächstfolgenden Löschimpulses. Die Zeit 12 ist die Pause zwischen dem Ende eines Zündimpulses für ein Hauptventil und dem Beginn des Zündimpulses für das gegenüberliegende Hauptventil. Die Zeit f3 ist die Impulsdauer der Löschimpulse (siehe auch F i g. 2).

Das Ausgangssignal /"der Kippstufe 54 wird in nicht im einzelnen bezeichneten UND-Gattern mit den Signalen D bis / zu den Zündimpulsen für die Hilfsventil η 4 bis π 9 verknüpft, sowie in wejieren UND-Gattern mit den Signalen K und K zu Zündimpulsen für die Löschventile πί,π2:

n5 = D Λ /

π8 =	E	Λ	/
π7 =	F	A	/
π4 =	G	A	/
π9 =	H W	A	f. Γ
/7 b = πΐ =	J K	A Λ	ι (
π2 =	K	A	f

Zur Bildung der Zündimpuise für die gesteuerten Hauptventile nil bis η 16 wird das Ausgangssignal e der Kippstufe 53 mit den Signalen A, B, C, A, B, C in

NOR-Gattern 61 bis 66 verknüpft. Die Ausgänge der NOR-Gatter 61 bis 66 sind mit den Setzeingängen von bistabilen Kippstufen 55 bis 60 verbunden, deren Rücksetzeingänge mit jeweils einem der Signale A, B, C, A, B, C belegt sind. Aus den Signalen h bis π auf den Ausgängen der Kippstufen 55 bis 60 werden durch Konjunktive Verknüpfung mit den inversen Aussteuerungssignalen T, (J, V die Zündimpulse für die Hauptventile π 11 bis π 15 gebildet:

nil - Ta Λ

η 16	= U	Λ	;
π 12	= V	Λ	k
η 14	- T	Λ	I
η 13	*- U*	Λ	m
π 15	= V	Λ	η

Die Aussteuerungssignale T, U, V bestimmen die Aussteuerung des Stromrichters. Für einen ungeregelten Betrieb des Stromrichters können die Aussteuerungssignale fest vorgegeben werden, beispielsweise durch monostabile Kippstufen, die von geeigneten Signalen auf Ausgängen der Addierer angestoßen werden. In F i g. 5 sind die Aussteuerungssignale T, U, V jeweils für Vollaussteuerung 7*1, i/l, V\ und für minimale Aussteuerung Γ15, t/15, V15 gezeigt. Man erkennt, daß beispielsweise das Aussteuerungssignal T durch monostabile Kippstufen gebildet werden kann, die von der ansteigenden Flanke des Signals D bzw. von der ansteigenden Flanke des Signals G angestoßen werden und deren Laufzeit auf die gewünschte Dauer des Aussteuerungssignals eingestellt ist. Analoges gilt für die Aussteuerungssignale U bzw. V, die aus den Signalen E und H bzw. F und / abgeleitet werden können. Änderungen der Aussteuerung sind durch entsprechende Änderungen der Laufzeiten der Kippstufen möglich.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt einen anderen Weg. Die Aussteuerungssignale T, U, Werden durch einen digitalen Vergleich eines Regelsignals mit den Ausgangssignalen von Funktionsspeichern gebildet. Hierzu wird zunächst die Programmierung eines Funktionsspeichers anhand von Fi g. 7 erläutert.

F i g. 7 zeigt in Form einer grafischen Darstellung die Programmierung des Funktionsspeichers 11. An der waagrechten Achse sind die Adressen in dezimaler Schreibweise und an der senkrechten Achse die mit den betreffenden Adressen abrufbaren Speicherinhalte in binärer Darstellung angeschrieben. Die Speicherinhalte bestehen in den Zahlen 0 bis 15. Beispielsweise gibt der Funktionsspeicher 11 beim Anlegen der Adresse 85 die binäre Zahl 1101 (dezimal: 13) oder beim Anlegen der Adresse 171 die binäre Zahl 0011 (dezimal: 3) aus. Wenn die Adressen 0 bis 255 vom Addierer 10 nacheinander angelegt werden, so erscheinen auf den Speicherausgängen Zahlen, die in der grafischen Darstellung zwei aufeinanderfolgende Sägezähne mit einer durch die Digitalisierung bedingten Stufigkeit bilden. Hieraus wird durch einen digitalen Vergleich mit einem

μ Regelsignal Ur im Komparator 12 das Aussteuerungssignal Γ für die Hauptventile nil und π 14 gebildet Beispielsweise ergibt sich für ein Regelsignal Urs, das in die Zahl 1000 (dezimal: 8) umgesetzt wird, ein Aussteuerungssignal T$. Die maximale Aussteuerung des Stromrichters erfolgt bei einem Regelsignal Um, das als 0001 (dezimal: 1) festgelegt wird, wobei durch den digitalen Vergleich zwischen Ur ι und den aus dem Funktionsspeicher ausgelesenen Zahlen das Aussteue-

rungssignal 7"1 gebildet wird. Bei der minimalen Aussteuerung wird durch den digitalen Vergleich des Regelsignals ίΛπ5=»1111 (dezimal: 15) ein Aussteuerungssignal ΤΊ5 gebildet. Auf diese Weise entstehen wiederum die bereits in Fig.5 dargestellten Aussteuerungssignale Ti, Ui, Vi für Vollaussteuerung und Γ15, ty 15, V15 fü^r Minimalaussteuerung, die jedoch durch den beschriebenen digitalen Vergleich in Abhängigkeit von einem Regelsignal in Zwischenstufen geändert werden können.

Die schaltungsmäßige Realisierung der geschilderten Bildung der Aussteuerungssignale zeigt wiederum F i g. 3. Ein Regler 5 erzeugt ein Regelsignal Ur, das von einem Analog-Digital-Wandler 6 in eine Zahl zwischen 0001 (dezimal: 1) und 1111 (dezimal: 15) umgesetzt wird. Das digitalisierte Regelsignal wird in den Komparatoren 12, 22, 32 mit den Zahlen verglichen, die aus den Funktionsspeichern 11, 21, 31 ausgelesen werden. Die Aussteuerungssignaie /; U, V liegen hoch, wenn das digitalisierte Regelsignal größer ist als die ausgelesene Zahl.

Bei der Programmierung der Funktionsspeicher können auch andere Funktionen eingegeben werden, beispielsweise Rampenfunktionen mit unterschiedlichen Steigungen. Insbesondere können auch nichtlineare Zusammenhänge zwischen dem Regelsignal und der gewünschten Aussteuerung auf einfache Weise durch entsprechende Programmierung berücksichtigt werden.

Fig. 3 zeigt eine Umschaltmöglichkeit zwischen einem geregelten und einem ungeregelten Betrieb. Der Analogeingang des Analog-Digital-Wandlers 6 ist über die Umschalteinrichtung 8 entweder mit dem Ausgang des Reglers 5 oder mit dem Potentiometer 9 verbunden. Im ungeregelten Betrieb befindet sich die Umschalteinrichtung 8 in der dargestellten Lage. Am Potentiometer 9 wird eine Spannung eingestellt, bei der vom Analog-Digital-Wandler 6 eine der gewünschten Aussteuerung entsprechende Zahl weitergegeben wird, beispielsweise die Zahl 0001 für eine maximale Aussteuerung mit den Aussteuerungssignalen Ti. U\, V\.

Der in Fig. I dargestellte Wechselrichter weist nur einen LC-Reihenschwingkreis als Kommutierungskreis für sämtliche Hauptventile auf. Bei einer Schnellabschaltung des Wechselrichters aufgrund eines Schutzbefehls können daher nicht alle stromführenden Hauptventile gleichzeitig durch entsprechende Zündimpulse gelöscht werden. Vielmehr besteht die Gefahr, daß im Kurzschlußfall eines angeschlossenen Verbrauchers der Kurzschlußstrom auf Werte ansteigt, bei denen die Kommutierungsfähigkeit des Wechselrichters überschritten wird. Es sind daher die nachstehend beschriebenen Maßnahmen vorgesehen, um bei einem Schutzbefehl den Wechselrichter rasch stillsetzen zu können.

Zur Bildung eines Schutzbefehls wird beispielsweise der Ausgangsstrom Iw des Wechselrichters erfaßt und einem Grenzwertmelder 28 zugeführt. Übersteigt der Ausgangsstrom des Wechselrichters einen vorgegebenen Grenzwert so ändert der Grenzwertmelder 28 sein Ausgangssignal und stößt eine monostabile Kippstufe 7 an, die einen Impuls Z (siehe auch Fig.8) von vorgegebener Dauer erzeugt beispielsweise von 6,7 msec. Mit dem Impuls Zder monostabilen Kippstufe 7 wird eine Schnellabschaltung des Wechselrichters eingeleitet Hierzu werden die Zündimpulse für die gesteuerten Hauptventile η 11 bis η 16 des Wechselrichters gesperrt. Weiterhin wird die Betriet-sfrequenz erhöht vorzugsweise auf ein Vielfaches der normalen Betriebsirequenz und die Phasenlage des Systems mit erhöhter Betric^sfrequenz wird gegenüber dem System mit normaler Betriebsfrequenz verändert. Die erhöhte Betriebsfrequenz wird so gewählt, daß die für die in der Wechselrichterschaltung verwendeten Ventiltypen vorgeschriebenen Mindestzeiten eingehalten werden. Diese Mindestzeiten ergeben sich aus der Dimensionierung der Bauelemente des Kommutierungskreises, dem maximal zu kommutierenden Strom und aus der Schonzeit der Ventile. Wählt man als erhöhte Betriebsfrequenz ein 2"faches der normalen Betriebslrequenz, so kann die Frequenzerhöhung durch eine Verschiebung der Zählerausgänge um η Wertigkeiten mit Hilfe des Multiplexers 3 sehr einfach durchgeführt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist die zweite Gruppe von Eingängen des Multiplexers 3 mit den Zählerausgängen 2/4 ... 2Fbeschaltet und somit um zwei Wertigkeiten gegenüber der ersten Gruppe von Eingängen verschoben. Durch den als Steuersignal verwendeten Impuls Z der monostabilen Kippstufe 7 wird der Multiplexer 3 umgesteuert, so daß an seinen Ausgängen der um zwei Wertigkeiten verschobene Zählerstand erscheint und den ersten Summandeneingängen der Addierer 10, 20, 30 zugeführt wird. Gleichzeitig werden auch die weiteren Multiplexer 13, 23 und 33 umgesteuert und ein Übernahmeimpuls auf die Zwischenspeicher 15, 25 und 35 gegeben. Die Zwischenspeicher 15, 25, 35 übernehmen die an den Ausgängen der weiteren Speicher 16, 26, 36 momentan anstehenden Zahlen, die nunmehr über die weiteren Multiplexer 13, 23, 33 anstelle der Phasenwinkelvorgaben 14, 24, 34 auf die zweiten Summandeneingänge der Addierer 10, 20, 30 geschaltet sind. Die Addierer 10, 20, 30 addieren jetzt den um zwei Wertigkeiten verschobenen Zählerstand zu den aus den weiteren Speichern 16, 26, 36 im Störungsaugenblick ausgelesenen Zahlen. Die Verschiebung des Zählerstandes um zwei Wertigkeiten entspricht einer Vervierfachung der Betriebsfrequenz. Die weiteren Speicher 16, 26, 36 sind derart programmiert, daß eine Impulsverschiebung für sämtliehe Zündimpulse auftritt, die vom Zahlerstand im Störungsaugenblick und damit auch von dein momentanen Wert der Phasenspannungen des Stromrichters abhängig ist. Dies wird anhand der Diagramme der F i g. 8 nunmehr im einzelnen erläutert:

Fig.8 zeigt in Übereinstimmung mit Fig.6 die Zündimpulse für die Hauptventile nil bis π 16 bei maximaler Aussteuerung, sowie die Zündimpulse für die Löschventile π 1, π 2 und die Hiifsventile π 4 bis π 9 bei normaler Betriebsfreqenz. Das Signal Zder Kippstufe 7 steuert den Stillsetzvorgang. Bei der ansteigenden Flanke des Impulses Z werden die Zündimpulse für die Hauptventile gesperrt, es wird eine Verschiebung der Zündimpulse für die Löschventile und die Hiifsventile vorgenommen und es wird die Betriebsfrequenz erhöht. Bei der fallenden Flanke des Impulses Z werden zusätzlich auch die Zündimpulse für die Löschventile und die Hiifsventile gesperrt. Der Stromrichter ist stillgesetzt

Der Verschiebung der Zündimpulse für die Löschventile liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man bei einer Schnellabschaltung nicht abwarten sollte, bis der nächste Löschimpuls im normalen Rhythmus gebildet wird, sondern daß der nächste Löschimpuls bereits unmittelbar nach dem Stillsetzbefehl gebildet wird. Wenn der Stäüsetzbefeh! mit einem Löschärr.puls zeitlich zusammenfällt, so wird dieser Löschimpuls wiederholt um sicherzustellen, daß das zugehörige H»uptventil tatsächlich gelöscht wird. Fällt dagegen der Stillsetzbe-

fehl zwischen die Löschimpulse, :;o wird das Impulsraster zeitlich so verschoben, daß sofort der nächste Löschimpuls erscheint.

Es läßt sich für jeden Augenblick eine Verschiebung der Zündimpulse für die Löschventile angeben, die eine zeitoptimale Abschaltung des Stromrichters ermöglicht. Um die Verschiebung des Impulsrasters bei einer Schnellabschaltung schaltungstechnisch einfach realisieren zu können, ist es zweckmäßig, eine Periode der Ausgangsspannung des Stromrichters in eine Anzahl von Bereiche einzuteilen und die Verschiebung in Abhängigkeit von dem Bereich zu bestimmen, in den die Schric-Ilabschaltung fällt.

Die zusätzl'ch vorgesehene Erhöhung der Bctnebsfrequenz beschleunigt den Stillsetzvorgang noch weiter und stellt bei dem beschriebenen speziellen Wechselrichter den Gleichlauf zwischen den Zündimpulsen für die Löschventile und den Zündimpulsen für die Hilfsventile sicher.

In der Darstellung der F i g. 8 sind bei der ansteigenden Flanke des Stillsetzbefehls Z die Hauptventile nil, η 16, π 15 stromführend und sollen zeitoptimal gelöscht werden. Das Impulsraster der Zündimpulse für die Löschventile und die Hilfsventile wird zeitlich so weit nach vorne verschoben, daß sofort die Zündimpulse für die Ventil·· η 2 und η 7 kommen, gefolgt von den Zündimpulsen für die Ventile η 1 und π 4, wiederum gefolgt von den Zündimpulsen für die Ventile η 2 und η 9. Die Hauptvcntile η 15, η It und η 16 werden in dieser Reihenfolge gelöscht. Der Stromrichter ist stillgesetzt. Aus Sicherheitsgründen steht der Stillsetzbefehl Znoch etwas langer an.

Die schaltungstechnische Realisierung ist in Fig. 3 dargestellt. Die zweiten Summandeneingänge der Addierer 10.20,30 werden bei einer Schnellabschaltung über die weiteren Multiplexer 13, 23, 33 und die Zwischenspeicher 15, 25,35 mit den weiteren Speichern 16, 26, 36 verbunden. Die Adresseneingänge der weiteren Speicher 16,26,36 sind mit den Ausgängen des Zählers 2 verbunden. Die weiteren Speicher 16, 26, 36 sind so programmiert, daß bei jedem Zählerstand eine Zahl ausgelesen wird, die bei der Addition mit dem Zählerstand bzw. dem um eine oder mehrere Wertigkeiten verschobenen Zählerstand Signale auf den Ausgängen der Addierer 10, 20, 30 ergibt, die über die Logikschaltung 4 geeignete Zündimpulse für die Löschventile π 1, η 2 und die Hilfsventile π 4 bis π 9 hervorruft, um den Stromrichter zeitoptimal stillzusetzen. Bei einer Schnellabschaltung werden somit die Multiplexer 3. 13, 23, 33 umgesteuert und ein Übernahmebefehl für die Zwischenspeicher 15, 25, 35 gegeben. Nicht näher dargestellt ist die Sperrung der Zündimpulse für die Hauptventile nil bis η 16 die beispielsweise durch geeignete Sperrgatter vorgenommen werden kann, sowie die später erfolgende Sperrung auch der Zündimpulse für die Löschventiie und die Hilfsventile.

Der erfindungsgemäße Steuersatz ermöglicht somit mehrere Ausbaustufen und Betriebsarten:

Der einfachste Aufbau für einen ungeregelten Betrieb mit einem festen Impuismuster enthält den Oszillator 1 und den Zähler 2, den Addierer 20 mit der Phascnwinkclvorgabc 24, den Addierer 30 mit der Phasenwinkelvorgabe 34, sowie die Logikschaltung 4. Die beiden Zählerausgänge 2G, 2H werden als Kanäle A und Mder Logikschaltung 4 eingangsseitig zugeführt. Die entsprechenden Ausgänge der Addierer 20 und 30 werden als Kanäle B, N und C, O ebenfalls der Logikschaltung 4 eingangsseitig zugeführt. Die Aussteuerungssignale T, U, V werden fest vorgegeben, beispielsweise in der in Verbindung mit Fig. 5 beschriebenen Weise.

Für einen geregelten Betrieb sind zusätzlich die Funktionsspeicher 11, 21, 31 und die nachgeordneten Komparatoren 12, 22, 32, sowie Maßnahmen zur Bildung eines digitalisierten Regelsignals erforderlich, beispielsweise mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers 6 und eines vorgeschalteten Reglers 5. Wenn eine Umschaltmöglichkeit zwischen geregeltem und ungeregeltem Betrieb erforderlich ist, so kann dies durch eine Umschalteinrichtung 8 im Analogeingang des Analog-Digital-Wandlers 6 realisiert werden, mit der dessen Eingangsspannung zwischen einem Regelsignal und einer fest vorgegebenen Spannung umgeschaltet werden kann.

Ist eine Schnellabschaltung des vom Steuersatz gesteuerten Stromrichters erforderlich, so wird man den Steuersatz um die Multiple.ier 3,13,23, 33, die weiteren Speicher 16, 26, 36 und die Zwischenspeicher 15, 25, 35 erweitern. Die Stillsetzung des Stromrichters wird durch eine Verschiebung der Zündimpuise für die Lösch- und Hilfsventile zeitoptimal durchgeh'·!. Eine Erhöhung der Br· '^frequenz kann zusätzlich vorgenommen werden, π nschluß an eine Schnellabschaltung kann ein geregelter Betrieb mit eingeprägtem Strom gefahren werden, um Sicherungen selektiv zum Auslösen zu bringen.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuersatz für einen mehrphasigen Stromrichter, bei dem einem Oszillator ein dual codierter Zähler nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (2A bis 2H) des Zählers (2) mit den ersten Summandeneingängen einer Anzahl von Addierern (10,20,30) verbunden sind, deren zweite Summandeneingänge mit Anordnungen zur Phasenwinkelvorgabe (14, 24, 34) verbunden sind und deren Summenausgänge mit einer Logikschaltung (4) verbunden sind, die aus den Signalen an den Summenausgängen der Addierer (10, 20, 30) Zeitimpulse ableitet und zu Zündimpulsen für die gesteuerten Ventile des Stromrichters verknüpft

2. Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schnellabschaltung die Zündimpj'Lse für die gesteuerten Hauptventile gesperrt «-erden und daß eine von der momentanen Phasenlage der Ausgangsspannung des Stromrichters abhängige Verschiebung der Zündimpulse für die Löschventile vorgenommen wird.

3. Steuersatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schneliabschaltung die Betriebsfrequenz des Stromrichters erhöht wird.

4. Steuersatz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multiplexer (3) vorgesehen ist, dessen erste Gruppe von Eingängen unmittelbar mit den Aufhängen (2A bis 2H) des Zählers (2) und dessen zweite Gruppe von Eingängen mit den um wenigstens eine Wenigkeit verschobenen Ausgängen (2Λ bis 2F) des Zählers (2) und dessen Ausgänge mit den ersten Summandenein^ängen der Addierer (10, 20, 30) verbunden sind, deren zweite Summandeneingänge über weitere Multiplexer (13, 23, 33) und Zwischenspeicher (15, 25, 35) mit den Ausgängen von weiteren Speichern (16, 26, 36) verbunden sind, deren Adreßeingänge mit den um wenigstens eine Wertigkeit verschobenen Ausgängen (2-4 bis 2F) des Zählers (2) verbunden sind und die auf eine für jeden Zählerstand optimale Zündimpulsverschijbung programmiert sind, wobei bei einer Schnellabschaltung die Multiplexer (3,13,23,33) umgesteuert und die Ausgangssignale der weiteren Speicher (16, 26, 36) in die Zwischenspeicher (15, 25, 35) übernommen werden.