DE2908512A1

DE2908512A1 - Impulsbreiten-modulierter wechselrichter

Info

Publication number: DE2908512A1
Application number: DE19792908512
Authority: DE
Inventors: Kazuo Honda; Yasuo Matsuda; Nobuyoshi Muto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1979-09-20
Also published as: JPS54118528A; FR2419606A1

Description

Impulsbreiten-modulierter Wechselrichter

Die Erfindung betrifft einen impulsbreiten-modulierten Wechselrichter, der insbesondere eine Einrichtung aufweist, die den Wechselrichter vollständig vor einem Fehler auf der Lastseite, wie z. B. einem Kurzschluß einer Last, und vor einem Fehler auf der Eingangsseite, wie z. B. dem Empfang einer ungewöhnlich hohen Spannung, schützen kann.

Die auf dem Gebiet der Erfindung üblichen Technologien können in die beiden folgenden Gruppen eingeteilt werden. Bei der einen Gruppe werden Sicherungen in die jeweiligen Zweige eines Wechselrichters eingefügt. Bei der anderen Gruppe wird die Ausgangsspannung des Wechselrichters auf einen vorbestimmten kleinen Wert verringert oder gedrosselt.

Selbst wenn bei der ersten Methode ein überstrom auf-81-(A 3681-02)-Ko-E

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grund eines Fehlers, wie ζ. Β. eines Kurzschlusses einer Last, erzeugt wird, können die Thyristoren vor dem Überstrom geschützt werden, da die Sicherungen nicht den Überstrom aushalten können und thermisch durchbrechen. Da jedoch ein derartiger überstrom gewöhnlich eine sehr große Strom-Änderungsgeschwindigkeit, d. h. di/dt, aufweist, können die Hauptthyristoren nicht frei von einer Zerstörung sein. Weiterhin ist der für einen erneuten Betrieb des Wechselrichters erforderliche Ersatz der durchbrochenen Sicherungen mühsam.

Wenn bei der zweiten Methode ein Überstrom aufgrund eines Fehlers, wie z. B. eines Last-Kurzschlusses, erzeugt wird, ist die Ausgangsspannung des Wechselrichters automatisch auf einen vorbestimmten kleinen Wert verringert oder gedrosselt, so daß der überstrom mit hohem Ansprechverhalten und ohne Unterbrechung unterdrückt werden kann. Diese Art der Steuerung wurde bereits beschrieben (vgl. JP-OS 67.917/76). Diese Steuerungsart hat auch den Nachteil, daß der kurzschließende Zweig abhängig vom Zeitpunkt der Fehlererfassung in Hilfsthyristoren auftreten kann. Die Ursache des Zweig-Kurzschließens wird weiter unten näher erläutert. Ein impulsbreiten-modulierter Wechselrichter verwendet das durch den Vergleich einer Modulationswelle mit einer Trägerwelle erhaltene modulierte Signal als das Gate- oder Torsignal für die den Hauptteil des Wechselrichters bildenden Thyristoren. Wenn der Spannungspegel der Modulationswelle gedrosselt ist, um die Ausgangsspannung des Wechselrichters zur Zeit eines Fehlers zu drosseln, kann das Vergleichen der Modulationswelle mit der Trägerwelle wieder abhängig von der Lagebeziehung zwischen dem Zeitpunkt der Fehlererfassung und der Phase der Trägerwelle erfolgen. In diesem Fall kann das Impulsintervall oder die Impulsbrei-

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te des modulierten Signales kleiner als ein unterer Grenzwert (Mindestleitungsbreite des Hauptthyristors) sein. Unter derartigen Umständen kann eine ausreichende Ausschaltzeit für die Hilfsthyristoren nicht gewährleistet werden,· so daß die Hilfsthyristoren auf der positiven und der negativen Seite der gleichen Phase in den leitenden Zustand gebracht werden. Dies bewirkt ein Zweig-Kurzschließen der Hilfsthyristoren, was zu deren Zerstörung führt. Bei einem Wechselrichter kleiner Kapazität oder Leistungsfähigkeit ist der wirtschaftliche Verlust aufgrund der Zerstörung der Thyristoren klein und manchmal vernachlässigbar; ein derartiger Verlust ist aber oft beträchtlich, sofern ein Wechselrichter großer Kapazität oder Leistungsfähigkeit betroffen ist.

Weiterhin sind die oben beschriebenen Methoden für den Schutz des Wechselrichters vor einem Überstrom aufgrund eines Fehlers auf der Lastseite vorgesehen. Jedoch sind Maßnahmen gegenüber einer ungewöhnlich hohen Eingangsspannung ebenfalls für den Schutz des Wechselrichters bedeutend. Es ist daher aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht zweckmäßig, beide Maßnahmen getrennt zu betrachten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Wechselrichter anzugeben, der sicher vor Fehlern geschützt werden kann, die auf der Lastseite und auf der Eingangsseite auftreten; der Wechselrichter soll dabei unmittelbar seinen normalen Betrieb aufnehmen, wenn ein Fehler in kurzer Zeit entfernt ist; schließlich soll der Wechselrichter seinen normalen Betrieb in kurzer Zeit ohne Unterbrechung aufnehmen, selbst wenn irrtümlich ein Fehler-Erfassungssignal erzeugt wird.

Bei der Erfindung wird der Schutzbetrieb in zwei Tei-

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le abhängig von der Lagebeziehung zwischen dem Zeitpunkt der Fehlererfassung und der Phase der Trägerwelle geteilt. Insbesondere wird der Spannungspegel der Modulationswelle und daher die Ausgangsspannung des Wechselrichters gedrosselt, wenn ein Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt wird, daß

η1Γ < θ

vorliegt, mit η = ganzzahlig und θ = Phase der Trägerwelle, und wenn ein Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt wird, daß

(n-j)1C < θ <

vorliegt, sind alle an den Thyristoren des Wechselrichters liegenden Gate-Signale abgeschaltet und weiterhin sind wenigstens zwei kommutierbare Thyristoren der drei bisher leitenden Thyristoren einer Kommutierung ausgesetzt.

Durch Teilen des Schutzbetriebs in der oben erläuterten Weise kann das Zweig-Kurzschließen der Thyristoren des Wechselrichters verhindert werden.

Darüber hinaus wird der Wechselrichter bei der Erfindung in den zum weichen Starten bereiten Zustand gleichzeitig mit der Erzeugung eines Fehler-Erfassungssignales gebracht, und wenn der Fehler entfernt ist, wird der Wech-

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selrichter unmittelbar weich gestartet. Mit dieser Betriebsart kann der Wechselrichter seinen normalen Betrieb in kurzer Zeit ohne Unterbrechung aufnehmen, wenn ein Fehler rasch entfernt oder ein Fehler irrtümlich erfaßt wird.

Wenn ein Fehler-Erfassungssignal wieder nach dem weichen Starten des Wechselrichters erzeugt wird, kann sich der Wechselrichter nicht länger vom Fehler so bald erholen, oder der Wechselrichter wird unterbrochen, da der erfaßte Fehler als tatsächlicher Fehler geprüft wird.

Die Erfindung sieht also einen impulsbreiten-modulierten Wechselrichter vor, der durch das modulierte Signal gesteuert ist, das durch den Vergleich einer Modulationswelle mit einer Trägerwelle erhalten wird, bei dem der Spannungspegel der Modulationswelle auf Null gedrosselt wird, wenn ein Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt wird, daß

η 1t <_ θ <_ (n+l)1C

vorliegt, mit η = ganzzahlig und θ = Phase der Trägerwelle, und bei dem alle an den Thyristoren des Wechselrichters liegenden Gate-Signale abgeschaltet und auch wenigstens zwei kommutierbare Thyristoren der drei bisher leitenden Thyristoren Kommutierungen unterworfen werden, wenn ein Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt wird, daß

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-l)IC < θ < nit

vorliegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild eines Wechselrichters, .

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verwendeten Ausgangsspannungs-Stellers 14,

Fig. 4 konkrete Beispiele eines Signal-

Speichers 18, eines Drosselsignalgenerators 20 und einer Vorzugseinheit 22, die beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorgesehen sind,

Fig. 5, 6 und 7 die Beziehung zwischen einer Modulationswelle, einer Trägerwelle und einem modulierten Signal in jeweils verschiedenen Fehler-Erfassungszeiten D₁, D₂ und D^,

Fig. 8 das Vergleichen von Modulationswellen mit Trägerwellen für eine Folge

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von drei Phasen,

Fig. 9 den Zustand, in dem ein Fehler-Anzeigesignal im Y-Bereich a erzeugt wird,

Fig. 10 ein konkretes Beispiel einer beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verwendeten Einheit 26 zum Erzeugen eines Zwangs unterbrechungssignales,

Fig. 11 den Verlauf von Signalen an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 10,

Fig. 12 ein konkretes Beispiel einer beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verwendeten Gate-Logik 124,

Fig. 13 ein konkretes Beispiel einer beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verwendeten Wechselrichter-Anhalteinheit 32, und

Fig. 14 und 15 den Verlauf von Signalen an verschiedenen Punkten in der Schaltung der Fig. 12 bzw. 13.

Fig. 1 zeigt einen Hauptteil eines Wechselrichters 2, für den die Erfindung vorgesehen ist. In Fig. 1 sind vorgesehen Hauptthyristoren U_p, V_p und W_p auf der positiven Seite, Hilfsthyristoren U_pA, V_pA und W_pA für jeweils die Kommutierung der Hauptthyristoren U_p, V_p bzw. W_p, Hauptthyristoren ü„, V_n und W_n auf der negativen Seite und Hilfsthyristoren U , V_NA und W_NA für jeweils die Kommutierung der Hauptthyristoren U_n, V_n bzw. W_n. Rückkopplungs·

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dioden 22 (22') sind jeweils antiparallel zu den Hauptthyristoren Up, Vp und Wp (U_n, V_n und W-J vorgesehen. In den folgenden Erläuterungen wird unter der Bezeichnung "ein Zweig" oft die Kombination aus dem Hauptthyristor, der zugeordneten Diode und dem zugeordneten Hilfsthyristor verstanden, die für jeden Pol in jeder Phase vorgesehen ist. Z. B. bildet die Kombination aus dem Hauptthyristor U_p, der Diode 22 und dem Hilfsthyristor U _A einen Zweig, und weiterhin bildet die Kombination aus dem Hauptthyristor U_n, der Diode 22' und dem Hilfsthyristor U_n. einen anderen Zweig. Kommutierungsdrosseln 24 liegen zwischen dem positiven Pol einer Gleichstromquelle 28 und den Haupt- und Hilfsthyristoren auf der positiven Seite und auch zwischen dem negativen Pol der Gleichstromquelle 28 und den Haupt- und Hilfsthyristoren auf der negativen Seite. Ein Kommutierungskondensator ist zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Hauptthyristoren in jeder Phase und dem Verbindungspunkt der beiden Hilfsthyristoren in der gleichen Phase vorgesehen.

Im Wechselrichter 2 werden die Zündwinkel der jeweiligen Thyristoren durch Signale gesteuert, die von einer weiter unten näher erläuterten Steuereinrichtung abgegeben werden, so daß das Gleichstrom-Ausgangssignal der Gleichstromquelle in ein Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgangssignal geändert wird, das in eine Last eingespeist ist.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zum Einspeisen gewünschter Zündsignale in die jeweiligen Thyristoren, die den Wechselrichter 2 bilden. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird ein Gleichstrom-Eingangssignal DC in ein Wechselstrom-Ausgangssignal AC mittels des Wechselrichters 2 verändert, und das Wechselstrom-Ausgangssignal AC wird an einen Motor 8 über ein Filter 4

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und einen Transformator 6 abgegeben.

Zunächst wird der Grundbetrieb der Steuereinrichtung zum Steuern des Wechselrichters 2 erläutert, bevor die Erfindung näher beschrieben wird.

Ein Wechselrichter dieser Art, d. h. ein impulsbreiten-modulierter Wechselrichter, wird gewöhnlich durch das modulierte Signal gesteuert, das durch den Vergleich einer Modulationswelle mit einer Trägerwelle erhalten wird. In Fig. 2 ist durch eine Strichpunktlinie ein Modulationssignal-Generator 10 gezeigt. Ein durch den Generator 10 erzeugtes Modulationssignal 102 wird in einer Zündsteuereinheit 12 in ein Gate-Signal 122 umgewandelt, um die Thyristoren des Wechselrichters 2 zu steuern. Ein Ausgangsspannungs-Steller 14 gibt ein Ausgangsspannung-Stellsignal 142 ab, damit die Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 einen gewünschten oder Soll-Wert annimmt. Das Signal 142 ändert das Modulationssignal 102 und daher die Zündphase des Gate-Signales 122, wodurch die Ausgangsspannung des Wechselrichters auf einen gewünschten oder Soll-Wert eingestellt wird.

Im folgenden wird der Aufbau der Schaltungskomponenten näher erläutert.

Im Modulationssignal-Generator 10 erzeugt ein Sägezahnsignalgenerator 106 eine Sägezahn- oder Dreieckwelle 107 aufgrund einer durch einen Oszillator 104 gebildeten Bezugswelle 105. Ein Rechtecksignalgenerator 108 erzeugt eine Rechteckwelle 109 aus der Bezugswelle 105 und der Sägezahnwelle 107. Ein Modulationswellen-Generator 110 setzt die Rechteckwelle 109 in eine Modulationswelle 111 in einer

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vorbestimmten Weise um. Ein Vergleicher 112 vergleicht die Modulationswelle 111 mit der Trägerwelle (Sägezahnwelle 107) und gibt ein moduliertes Signal 102 ab.

Im Ausgangsspannungs-Steller 14 (vgl. Fig. 3) nimmt ein Addierer 148 die Bezugsausgangsspannung V_R „ und den Wert der durch einen Impulstransformator 13 erfaßten Spannung über einen Gleichrichter 144 und ein Filter 146 auf und addiert sie mit den jeweils angegebenen Vorzeichen. Der sich ergebende Wert wird durch einen Integrierer 150 geschickt, um ein Ausgangsspannung-Stellsignal 142 zu sein. Das Ausgangsspannung-Stellsignal 142 wird durch den Modulationswellen-Generator 110 aufgenommen, um den Spannungspegel des Modulationssignales 111 zu verschieben. Der Betrieb und die Funktion eines Weich-Start-Gliedes, das für die Erfindung von Bedeutung ist, werden weiter unten näher erläutert.

In der Zündsteuereinheit 12 empfängt ein Gateverstärker 126 das modulierte Signal 102 und setzt es in ein Gate-Signal 122 um. Der Betrieb und die Funktion einer Gate-Logik 124, die für die Erfindung von Bedeutung ist, werden weiter unten näher erläutert.

Nach dem Grundaufbau und Betrieb eines impulsbreitenmodulierten Wechselrichters wird eine Methode zum Drosseln der Ausgangsspannung des Wechselrichters auf einen kleinen gewünschten Wert beschrieben, wenn ein überstrom auf der Lastseite fließt.

Es ist lediglich erforderlich, den Spannungspegel der Modulationswelle 111 nach unten zu schieben, um die Ausgangsspannung des Wechselrichters zu drosseln. Um den Spannungspegel der Modulationswelle 111 nach unten zu schieben,

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muß auf eine geeignete Weise zu diesem Zweck ein Befehl an den Modulationswellen-Generator 110 abgegeben werden. Der Befehl wird durch einen Drosselsignalgenerator 20 erzeugt. Der Drosselsignalgenerator 20 arbeitet, wenn ein Überstromfühler 16 ein Ausgangssignal abhängig vom Ausgangssignal eines Stromwandlers CT15 abgibt. Ein Signalspeicher 18 hält den Drosselsignalgenerator 20 für eine vorbestimmte Zeit in Betrieb. Eine Vorzugseinheit 22 verhindert die Einspeisung eines Ausgangsspannung-Stell-Befehlssignales 142 in den Modulationswellengenerator 110, während der Drosselsignalgenerator 20 arbeitet. Wenn entsprechend ein überstrom erfaßt wird_r speist die Vorzugseinheit 22 weiter ein Ausgangsspannung-Drosselsignal 202 zum Modulationssignalgenerator 110.

Ein ähnlicher Betrieb erfolgt auch, wenn ein ungewöhnlicher Zustand in der Eingangsspannung des Wechselrichters auftritt. Bei einem derartigen ungewöhnlichen Zustand dienen ein Impulstransformator 23 und ein Fühler 24 für eine ungewöhnliche Eingangsspannung als Einrichtung zum Erfassen der ungewöhnlichen Eingangsspannung.

Fig. 4 zeigt konkrete Beispiele für den Signalspeicher 18, den Drosselsignalgenerator 20 und die Vorzugseinheit 22 (vgl. oben). In Fig. 4 sind NOR-Glieder 172, ' 182 und 252, Nicht-Glieder (Inverter) 178 und 258, Kondensatoren 174 und 254, Widerstände 176 und 256, Operationsverstärker 204 und 224 und Dioden 206 und 226 vorgesehen.

Wenn der Wechselrichter 2 im normalen Betriebszustand ist, haben die Ausgangssignale 17 und 25 der Glieder 16 und 24 beide den "0"-Pegel, so daß das Ausgangssignal 19 des Signalspeichers 18 den "1"-Pegel annimmt.

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Unter dieser Bedingung ist die Spannung an einem Punkt 205, die etwa den Wert V hat, höher als die Spannung

CC

an einem Punkt 225. Entsprechend wird die Diode 226
leitend, so daß die Spannung an einem Punkt 228 gleich der Spannung am Punkt 225 wird. Insbesondere wird das
Ausgangsspannung-Stell-Befehlssignal 142 das Ausgangssignal 23 der Vorzugseinheit 22.

Wenn andererseits wenigstens eines der Signale 17 und 25 den "1"-Pegel aufgrund irgendeines Fehlers annimmt, hält der Signalspeicher 18 sein Ausgangssignal 19 auf dem "0"-Pegel lediglich während einer Zeitdauer, die durch die Kapazität des Kondensators 174 (254) und den Widerstandswert des Widerstandes 176 (256) bestimmt ist. Zu dieser Zeit nimmt die Spannung am Punkt 205 um einen Wert gleich dem Spannungsabfall in Durchlaßrichtung

an der Diode 206 ab, wenn der Widerstandswert eines

geeignet.
Stellwiderstandes V_R /"gewählt wird. Entsprechend wird

die Diode 206 leitend, und die Spannung am Punkt 228 wird auf Null abwärts gedrosselt.

Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert. Bei der Erfindung werden alle Gate-Signale, die zu den den Wechselrichter 2 bildenden Thyristoren gespeist sind, ausgeschaltet, und weiterhin werden wenigstens zwei kommutierbare Thyristoren der drei bisher leitenden Thyristoren einer Kommutierung ausgesetzt, wenn ein Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt wird, daß

(n-j)1C < Θ < n1C (1)

vorliegt,, mit η = positiv ganzzahlig und Θ = Phase des

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Trägers (Sägezahnwelle 107)· Diesem Betrieb wird Vorrang über den Betrieb des Drosseins der Ausgangsspannung des Wechselrichters gegeben. Wenn andererseits der Zeitpunkt eines Fehlers nicht die obige Bedingung erfüllt, d. h., wenn

nft < θ < (n+j)1C (2)

vorliegt, erfolgt das Drosseln der Ausgangsspannung des Wechselrichters 2, wie dies oben erläutert wurde.

Bevor eine Einrichtung zur Durchführung der Kommutierung (vgl. oben) erläutert wird, soll die Notwendigkeit der Kommutierung beschrieben werden.

In den Fig. 5 bis 7 zeigen Diagramme A die Operationen des Vergleichens der Modulationswelle 111 mit dem Träger (Sägeζahnwelle 107) und Diagramme B die modulierten Signale 102, die durch die Vergleichsoperationen erhalten werden. Die obigen Ungleichungen (1) und (2) entsprechen jeweils einem X- und einem Y-Bereich in den Figuren.

Die Fig. 5A und 5B entsprechen einem Fall, in dem ein Fehler in einem Zeitpunkt D₁ erfaßt wird. Selbst wenn in diesem Fall die Modulationswelle z. B. in der üblichen Weise momentan gedrosselt wird, kann das modulierte Signal keine Impulsbreite schmaler als ein vorbestimmter Wert aufweisen. Entsprechend können die zu den Hauptthyristoren U„ und U„ (vgl. Fig. 1) gespeisten Gate-Signale keine Impulsbreite schmaler als ein vorbestimmter Wert mit einem tieferen Grenzwert (Mindestleitungsbreite) aufweisen.

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Die Fig« 6A und 6B entsprechen dem Fall, in dem ein Fehler in einem Zeitpunkt D₂ erfaßt wird, und die Modulationswelle wird entsprechend abwärts gedrosselt, d. h., wenn der Fehler nach einem Schnittpunkt A und vor einem Schnittpunkt B erfaßt wird, wobei die beiden Schnittpunkte A und B zwischen der normalen Rechteckimpulsfolge und der Sägezahnwelle auftreten. Auch in diesem Fall kann wie im vorhergehenden Fall die Breite des Gate-Signales nicht kleiner als der untere Grenzwert sein, und es treten keine schwierigen Probleme auf.

Die Fig. 7A und 7B entsprechen dem Fall, in dem die Modulationswelle durch Erfassen eines Fehlers in einem Zeitpunkt D_ gedrosselt wird. Da in diesem Fall ein die Erfassung eines Fehlers anzeigendes Signal nach einem Schnittpunkt B zwischen der Rechteckimpulsfolge und der Sägezahnwelle erzeugt wird, erfolgt die Vergleichsoperation der Rechteckimpulswelle mit der Sägezahnwelle in einem Zeitpunkt entsprechend dem Schnittpunkt C. Als Ergebnis wird das modulierte Signal umgekehrt, und auch das Impulsintervall T.. oder die Impulsbreite T„ des modulierten Signales wird kleiner als der untere Grenzwert, so daß die Hilfsthyristoren zum Zweig-Kurzschließen aufgrund mangelnder Löschspanne-Zeit kommen. Dies gilt auch in dem Fall, in dem eine Sinus-, Trapez- oder Treppenwelle für die Modulationswelle verwendet wird.

Wenn daher erfindungsgemäß ein Fehler im Y-Bereich erfaßt wird, wird das oben erläuterte Zwangsabschalten durchgeführt. Das Zwangsabschalten erfolgt durch einen in Fig. gezeigten Zwangsabschaltsignal-Generator 26. Bevor der Zwangsabschaltsignal-Generator 26 näher beschrieben wird, soll erläutert werden, wie die Thyristoren ausgewählt wer-

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den, die einer Kommutierung ausgesetzt werden können, wenn der Zeitpunkt der Erfassung eines Fehlers im Y-Bereich liegt.

Die Fig. 8A, 8C und 8E zeigen die Operationen des Vergleichens eines Modulationssignales 111 mit einem Träger (Sägeζahnwelle 107) für ein Dreiphasensystem, und die Fig. 8B, 8D und 8F zeigen die modulierten Signale, die durch die entsprechende Vergleichsoperation erhalten sind. In diesen Figuren sind Bereiche a, b, c, ... die Y-Bereiche. Weiterhin sind positive bzw. negative Impulse L_up und L_UN einer U-Phasen-Modulationswelle mit einem Pegel L, positive bzw. negative Impulse M_up bzw. M™ der U-Phasen-Modulationswelle mit einem Pegel M und positive bzw. negative Impulse H_TTp und H_n-. der U-Phasen-Modulationswelle mit einem Pegel H vorgesehen. Z. B. werden die Hauptthyristoren U_p, Vp und Wp zuerst im Y-Bereich a leitend, wie dies in Fig. gezeigt ist. Hinsichtlich der Löschspanne-Zeit _nach dem letzten Zeitpunkt des Beginns der Kommutierung können die Hauptthyristoren U_p und V_p im Bereich a zwangskommutiert werden. In Fig. 8F sind Paare von zwei Hauptthyristoren, die zwangskommutierbar und in der oben erläuterten Weise ausgewählt sind, für die aufeinanderfolgenden Y-Bereiche gezeigt.

Die Fig. 9A bis 9E zeigen die Leitung-Leitung-Spannung E„_w zwischen den Phasen U und W in dem Fall, in dem ein Fehlererfassungssignal D. in dem Intervall OC-ß zwischen Punkten und im Y-Bereich a erzeugt wird. Schraffierte Flächen entsprechen dem Intervall C-D zwischen den Schnittstellen C und D, wie dies in Fig. 7A gezeigt ist. Die Leitung-Leitung-Spannung E„_w ist Null in diesem Intervall C-D. In diesem Intervall C-D sind die Hauptthyristoren U_n, V_p und

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FUQltlAL INSPECTED

W_n alle leitend, und wenn die Gate-Signale für alle Phasen gleichzeitig mit der Erzeugung des Fehlererfassungssignales ausgeschaltet sind und wenn der Hauptthyristor Vp in den Kommutierungsbetrieb gebracht wird, dann wird die Einspeisung von Leistung zur Last unmittelbar unterbrochen. Obwohl ein Gate-Signal auch am Hilfsthyristor Up in diesem Intervall C-D liegt, treten keine Probleme auf, da die Polarität der Spannung am Kommutierungskondensator bereits umgekehrt wurde. Wie oben erläutert wurde, kann ein Kippen im Y-Bereich, wie z. B. der Kurzschluß einer Last, vollständig vermieden werden, indem die Gate-Signale für alle Phasen gleichzeitig mit der Erzeugung des Fehlererfassungssignales abgeschaltet werden und indem zwei kommutierbare Hauptthyristoren in Kommutierungsbetrieb bevorzugt vor dem Drosseln der Modulationswelle gebracht werden. Für das Kippen im X-Bereich wird die herkömmliche Verhinderungstechnik verwendet, bei der durch Drosseln des Steuersignales die Leitung-Leitung-Spannungen nahezu Null gemacht werden, um die Einspeisung von Leistung zur Last abzuschalten.

Die folgende Tabelle 1 liefert die zusammengefaßte Information zur Durchführung von Schutzoperationen in den Y-Bereichen aufgrund der Diagramme der Fig. 8.

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Tabelle

ca. σ co OO CJ OO

\	^ÜP	Koramutierbare Hauptthyristo- ren	Pegel der Modula- tionssignale	H-Pegel	Hauptthyri s toren leitend in Y-Be- reich	^D3	Erfaßte Signale in y-Bereich
U	^UN	Up .Vp	M-Pegel	^HWP	^D2	W_n	^p + M_{wp +} H₇P ₊ H_wp 273 (Fig. 10, 11)
V	^VP	Up . Wp	^MWP	■ Hyp	^WP	V_n	^N ⁺ KwN ^{+ 11}VN ^{+ 11}WN
W	^VN	U_n-W_n	Myp	^HWN	Vp	Wp	^MUP ⁺ "WP ⁺ «VP ^{+ H}WP
Wp	U_n-W_n	^MWN	^HVN	W_n	Vp	^N ⁺ "WN ⁺ «UN ⁺ «WN
^WN	Vp * Wp	^MVN	Hup	^VN	%	^p f Myp ₊ H_{up +} H₇P 273' (Pig. 10, 11)
Vp-Vp	^MUP	Hyp	Up	%	¹^UN ⁺ "VN ⁺ «UN ⁺ «VN
V_n-W_n	M_wp	^HUN	Wp	Up
V_n-U_n	¹⁴UN	%N	%	Wp
Wp · Up	^MWN	H_VP	%	V_N
Wp «Vp	Myp	H_UP	Vp	%
	^MUP	^HVN	Up	Vp
W_n-V_n	%N	^HUN	V_N	Up
M_UN	%

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Zunächst soll die Tabelle 1 mit der Phase U als Beispiel näher erläutert werden. Auf der positiven Seite sind mögliche Kombinationen von zwei kommutierbaren Hauptthyristoren, die jeweils den Hauptthyristor U_p einschließen, das Paar aus U_p und V_p und das Paar aus U_p und W_p. Die Logik-Signale mit den Pegeln der Modulationswelle entsprechend den Thyristoren sind jeweils M™, H™, M^. und H™,. Daher genügt es für die Schutzoperation im Y-Bereich, zum Hilfsthyristor üp- ein Signal zu speisen, das aus dem logischen Produkt eines Fehlererfassungssignales und dem Signal erhalten ist, das die logische Summe (My + Μ^_ρ + H_vp + H™,) darstellt, und den Hauptthyristor ü_p in den Kommutierungsbetrieb zu bringen. Die Schutzoperationen in den folgenden Y-Bereichen können auf ähnliche Weise erzielt werden, wie dies in der Tabelle 1 gezeigt ist.

Im folgenden wird der Zwangsabschaltsignal-Generator 26 näher erläutert.

Fig. 10 zeigt ein konkretes Beispiel des Generators 26 mit UND-Gliedern 266, 268, 274, 276 und 280, einem ODER-Glied 270, Nicht-Gliedern (Invertern) 264 und 265, einem Glied 272 zum Erzeugen eines Signales, das einen Fehler im Y-Bereich anzeigt, und mit einem Monoflop 278.

Fig. 11 zeigt den Verlauf von Signalen an verschiedenen Punkten der in Fig. 10 dargestellten Schaltung. Der Betrieb der Schaltung 26 wird im folgenden anhand der Fig. 1O und 11 näher erläutert. Ein Logik-Glied 260 empfängt Eingangssignale 261 und 262 und gibt auf deren Grundlage ein Ausgangssignal 271 ab. Der Y-Bereich-Fehlererfassungssignal-Generator 272 empfängt ein Eingangssignal 263 und gibt ein Ausgangssignal 273 (273') auf der Grundlage der

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Pegel M und H der Rechteckwellen der jeweiligen Phasen U, V und W ab. Das Ausgangssignal 273 (273') entspricht dem in der rechten Endspalte der obigen Tabelle 1 aufgelisteten Signal, d. h. , das Signal 273 entspricht M^ + M^ + H_vp + H_wp, und das Signal 273' entspricht M^ + M^ + H_up + H_vp. Das UND-Glied 274 empfängt Eingangssignale 271 und 273 und gibt auf deren Grundlage ein Ausgangssignal 275 (275') ab. Das Monoflop 276 gibt aufgrund eines Eingangssignales 19 ein Ausgangssignal 279 ab. Das UND-Glied 276 erzeugt ein Ausgangssignal 277/ indem es die Ausgangssignale 279 und 273 aufnimmt. Das UND-Glied 280 erzeugt ein Ausgangssignal 281 aus den Ausgangssignalen 271 und 279. Von den EndausgangsSignalen 277 und 281 dient das Signal 277 zum Angeben eines kommutierbaren Thyristors, und das Signal 281 wird zu einem weiter unten näher erläuterten Wechselrichter-Anhalt-Befehlsglied 32 gespeist. Weitere Erläuterungen zum Zwangsabschaltsignal-Generator 2 6 sind nicht erforderlich.

Im folgenden wird eine als Teil der Zündsteuereinhext 12 dienende Gate-Logik 124 näher erläutert. Die Gate-Logik 124 empfängt das modulierte Signal 102 und das Endausgangssignal, d. h. das Zwangsabschalt-Befehlssignal 277, und wenn das Signal 277 auf dem "1"-Pegel ist, hat es Vorrang über dem Signal 102, während das Signal 102 Vorrang über dem Signal 277 aufweist, wenn das Signal 277 den ¹¹O"-Pegel annimmt.

Fig. 12 zeigt ein konkretes Beispiel eines Teiles für die Phase U der Gate-Logik 124. Logik-Glieder 410 und 420 geben jeweils Gate-Signale U_p, U_pA, U_n und U_NA ab, indem sie ein Signal 102 direkt und über ein Nicht-Glied während des normalen Betriebs des Wechselrichters empfangen.

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Der Unterschied dieser in Fig. 12 gezeigten Schaltung von der entsprechenden herkömmlichen Schaltung liegt in der zusätzlichen Anordnung der Logik-Glieder 415 und 425. Die Logik-Glieder 415 und 425 geben Gate-Signale für eine Zwangskommutierung ab, wenn sie das Zwangsabschalt-Befehlssignal 277 empfangen. Diese Gate-Signale werden durch einen Gate-Signalverstärker 126 verstärkt und dann als Endgate-Signale 122 zum Wechselrichter 2 gespeist.

Im folgenden werden ein Fehler-Prüfglied 30 sowie ein Wechselrichter-Anhalt-Befehlsglied 32 (vgl. Fig. 2) und ein Weich-Start-Glied 152 (vgl. Fig. 3) näher erläutert, die vorzugsweise bei der Erfindung vorgesehen sind.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, empfangen das Fehler-Prüfglied 30 und das Weich-Start-Glied 152 beide das Fehlererfassungssignal 19. Wenn das Fehlererfassungssignal 19 anfänglich erzeugt wird, ist das Fehler-Prüfglied 30 nicht in Betrieb; das anfänglich erzeugte Signal 19 bewirkt jedoch, daß das Weich-Start-Glied 152 ein Signal 153 abgibt, um die Bezugsspannung V_RE„ auf Null zu verringern. Als Ergebnis wird der Wechselrichter für eine gewünschte Zeitdauer in dem für weiches Starten bereiten Zustand gehalten. Wenn danach das Signal 19 verschwindet, so verschwindet auch das Ausgangssignal 153 des Weich-Start-Gliedes 152, so daß die Bezugsspannung V_REF vom Integrierer 150 empfangen wird, wodurch der Wechselrichter 2 weich gestartet wird. Wenn nach dem weichen Starten ein zweites Fehlererfassungssignal 19 erzeugt wird, gibt das Fehler-Prüfglied 30 ein Ausgangssignal 31 für die erste Zeit ab. Abhängig von diesem Signal 31 speist das Wechselrichter-Anhalt-Befehlsglied 32 zur Gate-Logik 124 ein Signal 400, um den Betrieb des Wechselrichters 2 zu unterbrechen. Gleichzeitig speist das

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Glied 32 ein Signal 404 zum Weich-Start-Glied 152 (vgl. Fig. 3). Wenn das Glied 152 das Signal 404 empfängt, gibt es wieder das Signal 153 ab, um die Bezugsspannung V__p auf Null zu verringern. Entsprechend ist der Pegel der Modulationswelle gedrosselt, und der Wechselrichter ist in den Zustand gebracht, der für weiches Starten bereit ist.

Mit dem oben erläuterten Aufbau kann der Wechselrichter 2 kontinuierlich ohne Unterbrechung selbst in dem Fall betrieben werden, in dem die Anordnung den normalen Zustand unmittelbar wiederherstellt, nachdem ein überstrom momentan bei einem Fehler aufgetreten ist, oder in dem Fall, in dem ein Fehler irrtümlich erfaßt wird.

Fig. 13 zeigt ein konkretes Beispiel des Wechselrichter-Anhalt-Befehlsgliedes 32. In Fig. 13 führt eine Logik 440 logische Operationen durch Empfang des Ausgangssignales 402 der Gate-Logik 124, des Ausgangssignales 31 des Fehler-Prüfgliedes 30 und der Ausgangssignale 432 und 434 eines Wechselrichter-Start/Anhalt-Schaltgliedes 43O aus und speist ein Ausgangssignal 404 zum Weich-Start-Glied 152 (vgl. Fig. 3). Andererseits empfängt ein Flipflop 450 die Ausgangssignale 404, 406 und 408 und das Ausgangssignal 281 des Zwangsabschaltsignal-Generators und speist zur Gate-Logik 124 das Signal 400, um den Betrieb des Wechselrichters 2 zu unterbrechen.

Im folgenden wird anhand der Fig. 14 und 15 die Gate-Logik 124 näher erläutert. In den Fig. 2, 12, 13, 14 und 15 sind einander entsprechende Signale mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 14 entspricht dem Fall, in dem ein Anhalt-Befehl empfangen wird, während das modulierte

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Signal 102 auf dem "!"-Pegel ist, und Fig. 15 entspricht dem Fall, in dem der Anhalt-Befehl empfangen wird, wobei das modulierte Signal 102 auf dem "O"-Pegel gehalten wird. Aufgrund der Signale 102 (Logik a), 401 (Logik b), 402 (Logik b') und 400 (Logik q) erzeugt die Gate-Logik 124 Gate-Signale U (Logik a«b-q) , U (Logik ~ä-b' -q) , U (Logik ei-b¹ *q) und IL.,. (Logik a-F-q) , wie dies in den Fig. 14 und 15 dargestellt ist.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Impulsbreiten-modulierter Wechselrichter, der durch ein moduliertes Signal gesteuert ist, das durch den Vergleich einer Modulationswelle mit einer Trägerwelle erhalten ist,

gekennzeichnet durch

einen Fehlerfühler (24; 16) zum Erfassen wenigstens eines Fehlers, wie ζ. B. eines Überstromes und einer ungewöhnlich hohen Eingangsspannung in den Wechselrichter (2) , und

eine Drosseleinrxchtung (20), die den Spannungspegel der Modulationswelle auf Null drosselt, wenn einer der Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt wird, daß

η C

θ <

vorliegt, mit η = ganzzahlig und θ = Phase der Trägerwelle, und die alle Gate-Signale zu den Thyristoren des Wechselrichters (2) abschaltet und wenigstens zwei kommutierbare Thyristoren der drei bisher leitenden Thyristoren Kommutierungsoperationen unterwirft, wenn einer der Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt wird, daß

81-(A 3681-02)-Ko-E

§09838/068S

(n-l)1C < θ < η TT

vorliegt.
2. Wechselrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (152) , um den Wechselrichter (2) in den für weiches Starten bereiten Zustand zu bringen, wenn der Fehlerfühler (24) ein Ausgangssignal erzeugt, und um danach den Wechselrichter (2) weich zu starten, wenn das Ausgangssignal des Fehlerfühlers (24) verschwindet.
3. Wechselrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (152), um den Wechselrichter (2) in den für weiches Starten bereiten Zustand zu bringen, wenn der Fehlerfühler (24) ein Ausgangssignal erzeugt, und um den Wechselrichter (2) in einer vorbestimmten Zeit weich zu starten.
4. Wechselrichter nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch

eine Anhalt-Einrichtung (32), um den Wechselrichter (2) anzuhalten, wenn der Fehlerfühler (24) ein Ausgangssignal wieder nach dem weichen Starten des Wechselrichters (2) erzeugt.
5. Impulsbreiten-modulierter Wechselrichter, der durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

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INSPECTED

290851

daß die Steuereinrichtung aufweist:

ein Impulsbreiten-Steuerglied (10) zum Abgeben eines modulierten Signales, das durch den Vergleich einer Modulationswelle mit einer Trägerwelle erhalten ist,

ein Zündglied (12) zum Einspeisen von Gate-Signalen in die Thyristoren des Wechselrichters (2) aufgrund des Ausgangssignales des Impulsbreiten-Steuergliedes (10) ,

einen Ausgangsspannungs-Steller (14) zum Erzeugen eines Befehles, um das modulierte Signal abhängig vom erfaßten Wert der Ausgangsspannung des Wechselrichters (2) so zu ändern, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters (2) einen voreingestellten Wert annimmt,

einen Fehlerfühler (24) zum Erfassen wenigstens eines Fehlers, wie z. B. eines Überstromes, und einer ungewöhnlich hohen Eingangsspannung in den Wechselrichter (2),

ein Drosselglied (20) zum Erzeugen eines Befehles, um das modulierte Signal zu drosseln, wenn der Fehlerfühler (24) ein Ausgangssignal erzeugt,

ein Vorzugs-Glied (22) zum Einspeisen des Ausgangssignales des Drosselgliedes (20) in das Impulsbreiten-Steuerglied (10) in Vorrang zum Ausgangssignal des Ausgangsspannungs-Stellers (14),

ein Zwangsabschaltglied (26) zum Erzeugen eines Befehles , um alle Gate-Signale zu den Thyristoren des Wechselrichters (2) zu unterbrechen und um wenigstens zwei kommutierbare Thyristoren der drei bisher leitenden Thyristoren Kommutierungsoperationen zu unterwerfen, wenn der Fehlerfühler (24) einen Fehler in einem derartigen Zeitpunkt erfaßt, daß

(n-j)1C < θ < η 1Γ

§09838/0689

ORIGINAL INSPECTED

vorliegt, mit η = ganzzahlig und θ = Phase der Trägerwelle, und

eine Gate-Logik (124) zum Einspeisen des Ausgangssignales des Zwangsabschaltgliedes (26) in das Zündglied (12). in Vorrang zum Ausgangssignal des Impulsbreiten-Steuergliedes (10).
6. Wechselrichter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

ein Glied zum Verringern des Ausgangssignales des Ausgangsspannungs-Stellers (14) auf Null, wenn der Fehlerfühler (24) ein Ausgangssignal erzeugt, und

ein Glied zum schrittweisen Erhöhen des Ausgangssignales des Ausgangsspannungs-Stellers (14), so daß der Wechselrichter (2) die normale Ausgangsspannung abgibt, wenn das Ausgangssignal des Fehlerfühlers (24) verschwindet.
7. Wechselrichter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

ein Glied zum Verringern des Ausgangssignales des Ausgangsspannungs-Stellers (14) auf Null, wenn der Fehlerfühler (24) ein Ausgangssignal erzeugt, und

ein Glied zum schrittweisen Erhöhen des Ausgangssignales des Ausgangsspannungs-Stellers (14), so daß der Wechselrichter (2) in einer vorbestimmten Zeit die normale Ausgangsspannung abgibt.
8. Wechselrichter nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch

ein Glied zum Erzeugen eines Befehles, um den Wechselrichter (2) zu unterbrechen, wenn der Fehlerfühler (24)

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ORiGlMAL INSPECTED

ein Ausgangssignal wieder erzeugt, nachdem das Ausgangssignal des Ausgangsspannungs-Stellers (14) schrittweise erhöht wurde, damit der Wechselrichter (2) die normale Ausgangsspannung abgibt.

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MAL INSPECTED