DE3015173C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gesteuertes Wechselrichter­ system gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DD-PS 1 35 019).

Ein üblicher Verwendungszweck des gesteuerten Wechsel­ richters ist die Steuerung des Betriebes eines Wechsel­ strommotors, insbesondere eines Asynchronmotors. Es ist bekannt, daß ein Asynchronmotor eine induktive elektrische Belastung darstellt, in der sich der Leistungsfaktor in Abhängigkeit von der Motorbelastung ändert. Der Phasen­ winkel zwischen dem Motorstrom und der Motorspannung und somit der Strom und die Spannung am Ausgang einer die Wechsel­ richterschaltung bildenden Thyristorbrücke und der Strom und die Spannung innerhalb der Brücke werden sich daher ändern. Ohne Belastung wird da­ her der Motor als eine fast reine Induktivität erscheinen, und der Strom wird der Spannung um fast 90° nacheilen, wäh­ rend bei Belastung entweder im Motorbetrieb oder im Generator­ betrieb der Winkel sich von dem 90°-Punkt wegbewegen wird. Es ist weiter bekannt, daß Halbleiterelemente, insbesondere die der Thyristorklasse (z. B. gesteuerte Siliciumgleich­ richter) durch übermäßige Spannungen beschädigt werden können, selbst wenn diese nur kurzzeitig auftreten. Insbesondere können die Kommutierungskondensatoren, die in gesteuerten Wechsel­ richtern benutzt werden, Spannungsspitzen hervorrufen, die bei starken Belastungsströmen erhebliche Amplituden haben können. Diese Spannungsspitzen, die sich zu der angelegten Grundspannung addieren, sind sowohl von der Belastung als auch von dem Belastungsstrom abhängig.

Bislang ist es üblich, den maximal möglichen Wert der Summe der Motorscheitelspannung und der Größe der Spannungsspitzen festzustellen und diesen Wert bei der Bestimmung der Nenn­ belastbarkeit der in dem System zu benutzenden Halbleiterelemente zu verwenden. Bei dieser Methode müssen Halbleiterelemente verwendet werden, deren Nennbelastbarkeit weit über derjenigen liegt, die für die an der Wechselrichterschaltung auftretende Grundspannung erforderlich ist. Das führt zu einer Anord­ nung, die weit teuerer ist, als wenn nur die Dauerzustands­ leistungsfähigkeit berücksichtigt werde muß.

Außer dem soeben erwähnten Nennbelastbarkeitsproblem wird in den meisten bekannten Systemen eine Schutzeinrichtung benutzt, um eine Beschädigung der Halbleiterelemente zu verhindern. Das übliche Verfahren, das angewandt wird, besteht darin, den Gesamtstrom der Wechselrichterschaltung abzufühlen und die Wechselrichterschaltung abzuschalten, indem Steuersignale von den gesteuerten Gleichrichtern fern­ gehalten werden, wenn der Strom einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der einen potentialen Ausfallzustand anzeigt. Manuelles Wiederstarten ist dann erforderlich, um das System wieder in Betrieb zu nehmen. Dieses Abschalten und Wieder­ starten ist unerwünscht und hat zur weiteren Verbreiterung des Sicherheitsspielraums zwischen der bemessenen und der zulässigen Dauerzustandsleistungsfähigkeit der Wechselrichter­ schaltung geführt.

Bei einem aus der DD-PS 1 35 019 bekannten Wechselrichter­ system der eingangs definierten Art spricht eine Schutz­ schaltung an, wenn das der Ausgangsspannung der Wechsel­ richterschaltung entpsrechende Signal einen Grenzwert erreicht, um die Steuerimpulse der Thyristoren der Wechsel­ richterschaltung zu unterbrechen und einen Hauptschalter des Systems zu öffnen. Ferner ist eine andere Schutzschal­ tung vorgesehen, die auf das dem Ausgangsstrom entsprechen­ de Signal anspricht, um bei Überschreiten eines Stromgrenz­ wertes einen Kurzschließer zu betätigen, der die Speisung der Wechselrichterschaltung abschaltet. Auch bei diesem System werden die Thyristoren von vornherein so dimensioniert, daß sie alle im normalen Betrieb möglichen Spitzenspannungen aushalten. Die Wechselrichterschaltung ist entsprechend auf­ wendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wechselrichter­ system zu schaffen, das potentiellen ggf. vorübergehenden Überspannungszuständen zuvorkommt und Schutzmaßnahmen dagegen ergreift, damit schwächer dimensionierte Ventile (Thyristoren) verwendet werden können als bisher.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Wechselrichtersystem gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 3 und 4 haben den Vorteil, daß bei Überspannungen das System nicht in unerwünschter Weise abgeschaltet und dann z. B. manuell wieder gestartet werden muß. Vielmehr werden im Bedarfsfall lediglich einige Zündimpulse unterdrückt oder der Eingangsstrom reduziert, bis der Überspannungszustand vorbei ist, worauf der Wechselrichter ohne weitere Unterbre­ chung wieder normal arbeiten kann. Es handelt sich also um ein einem Ausfallzustand vorbeugendes System.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das bekannte Prinzipbild eines gesteuerten Wechselrichtersystem, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann;

Fig. 2 ein Diagramm der Spannung, wie sie an den Halbleiterventilen des Wechselrichtersystems auftreten kann;

Fig. 3 die Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine mögliche Modifizierung eines Teils der Schaltung von Fig. 3 und

Fig. 5a und 5b Diagramme, die die Vorteile der Erfin­ dung veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt ein an sich übliches steuerbares Wechsel­ richtersystem, wie es in dem Gesamtsystem der Erfindung benutzt wird. Das gesteuerte Wechselrichtersystem von Fig. 1 enthält eine variable Gleichstromquelle 10 irgendeines bekannten Typs, die in der Lage ist, eine variable Ausgangsgleich­ spannung gemäß einem Eingangssteuersignal abzugeben. In ihrer bevorzugten Ausführungsform und gemäß der Darstellung in Fig. 1 besteht die Quelle 10 jedoch aus einer dreiphasi­ gen Brücke, die aus sechs Thyristoren 17 bis 22 besteht und Wechselstromenergie aus einer dreiphasigen Quelle, welche durch Leitungen L ₁, L ₂ und L ₃ dargestellt ist, empfängt. (Mit dem Begriff "Thyristor" sind beliebige steuerbare Gleichrichter bezeichnet). Es ist bekannt, daß das Ausgangssignal der Quelle 10 zu einer Funktion der Zeit gemacht werden kann, während der die Thyristoren 17 bis 22 der Brückenanordnung bezüglich der angelegten Span­ nung durchgeschaltet sind. Das wird überlicherweise als Pha­ sensteuerung bezeichnet. Die Steuerung der Thyristoren 17 bis 22 ist, u. a., eine Funktion von an ihre Steuerelektro­ den über Leitungen 23 angelegten Steuersignalen, die von einer Gleichstromquellensteuerschaltung 24 ge­ liefert werden. Die Steuerschaltung 24 liefert Ausgangs­ signale in Abhängigkeit von einem an sie über eine Leitung 26 angelegten Steuersignal. Es ist selbstverständlich klar, daß andere Formen einer eine variable Gleichspannung lie­ fernden Quelle mit gleichem Erfolg, so weit es die Erfindung betrifft, verwendet werden können.

Die variable Gleichstromquelle 10 gibt eine Gleichspannung an eine Wechselrichterschaltung 12 über einen Gleichstromzwi­ schenkreis ab, der geeignete Leiter 14 und 15 und eine Drossel 16 enthält. Die Wechselrichterschal­ tung besteht in der dargestellten dreiphasigen Ausführungs­ form aus sechs Thyristoren 30 bis 35, die eine Brückenanordnung bilden. Die Thyristoren 30, 31 und 32 bilden den grundlegenden Teil dessen, was üblicherweise als die positive Hälfte der Brücke angesehen wird, während die Thyristoren 33, 34 und 35 den grundlegenden Teil der nega­ tiven Seite der Wechselrichterbrücke bilden. Die dargestell­ te Brücke hat drei Zweige, wobei der erste Zweig die Thy­ ristoren 30 und 33 und weiter zwei in Reihe geschalte­ te Dioden 36 und 39 enthält. Ebenso enthält der zweite Zweig die Thyristoren 31 und 34 und zwei in Reihe geschaltete Dioden 37 und 40, während der dritte Zweig die Thyristoren 32 und 35 und in Reihe geschaltete Dioden 38 und 41 enthält. Kommutierungskondensatoren sind zwischen jeweils zwei Dioden geschaltet. Das heißt, ein erster Kommutierungskondensator 44 ist zwischen die Katoden der Thyristoren 30 und 31 ge­ schaltet, während ein Kondensator 43 zwischen die Katoden der Thyristoren 31 und 32 geschaltet ist. Der dritte Kommu­ tierungskondensator in dem positiven Teil der Wechselrich­ terschaltung ist zwischen die Katoden der Thyristoren 30 und 32 geschaltet. Ebenso sind Kommutierungskondensatoren 47, 48 und 49 zwischen Anodenpaare der Thyristoren 33, 34 und 35 geschaltet. Das Durchschalten (Leitendmachen) der Thyristoren 30 bis 35 der Wechselrichterschaltung 12 ist von Steuersignalen abhängig, die an ihre Steuerelektroden über geeignete Zuleitungen 50 angelegt werden, welche aus einer geeigneten Wechselrichtersteuerschaltung 52 stammen­ de Signale führen. Die genaue Ausbildung der Wechselrich­ tersteuerschaltung 52 ist für die Erfindung nicht von we­ sentlicher Bedeutung und kann in einem typischen System einen Ringzähler 54 aufweisen, der mit Impulsen aus einer geeigneten Quelle, wie einem spannungsgeregelten Oszilla­ tor (VCO) 56 versorgt wird, welcher ein Eingangssteuersi­ gnal über eine Leitung 58 empfängt, wie es in Fig. 1 ge­ zeigt ist. Das Ausgangssignal des Wechselrichters wird an den Verbindungspunkten jeweils der Diodenpaare 36-39, 37- 40, 38-41 abgenommen und an eine geeignete Belastung an­ gelegt, die in Fig. 1 in Form eines Motors 60 dargestellt ist.

Fig. 2 veranschaulicht das Problem, das bei einem ge­ steuerten Wechselrichtersystem auftritt und durch die Er­ findung gelöst wird. In Fig. 2 ist in Abhängigkeit von der Zeit eine Grundsinusspannung abnehmender Größe aufge­ tragen, wie sie aus einem abnehmenden Spannungsausgangsi­ gnal an der Wechselrichterschaltung 12 resultieren kann. Weiter sind in Fig. 2 die vorherrschenden transienten Spannungspitzen gezeigt, die zu veschiedenen Zeiten t ₁, t ₂, t ₃ und t ₄ erscheinen. Diese Spitzen sind ein normaler Teil des Betriebes dieser Art von Wechselrichter. Ihre Amplitude ist zu dem Betriebsstromwert proportional. Ihre Position auf der Grundspannungswelle ist durch den Motor­ leistungsfaktor festgelegt. Die äußeren Linien in Fig. 2, die mit +V _max und -V _max bezeichnet sind, stellen die maximalen Spannungen dar, die an den Thyristoren (oder Dioden) der Wechselrichterbrücke zulässig sind. In Fig. 2 ist zur Zeit t ₁ zu erkennen, daß, wenn eine Spitze bestimmter Größe zu einer Zeit auftritt, zu der die Span­ nungswelle V niedriger als ihr maximaler Grundwert ist, die an dem betreffenden Thyristor auftretende Gesamtspannung den maxi­ mal zulässigen Wert nicht überschreiten wird. Wenn anderer­ seits, wie zur Zeit t ₂ gezeigt, eine vorübergehende Spitze derselben Größe im Scheitel der Grundspannung auftritt, wird an dem Thyristor eine Spannung vorhanden sein, die größer als die zulässige Spannung ist. Das könnte leicht zu einer Beschädigung des Thyristors führen. (Es sei angemerkt, daß zu den Zeiten t ₁ und t ₂ die Amplitude der Grundwelle V konstant geblieben ist). Die weitere Dar­ stellung von Fig. 2 zeigt zu den Zeiten t ₃ und t ₄, daß, wenn die Grunspannung V abnimmt, größere vorübergehende Spitzen auftreten können, ohne daß die maximal zulässige Spannung an irgendeinem der Thyristoren überschritten wird. Das ist von Bedeutung, da in vielen Belastungssituationen, ins­ besondere in denjenigen, in denen die Belastung ein Motor ist, der Strom zur Zeit des Anlaufs oder niedriger Drehzahl viel höher sein kann als während des Dauerbetriebes mit höherer Drehzahl. Die Grundspannung wird jedoch während des Anlaufs niedriger sein. Da die Spannung der vorübergehenden Spitze von dem Wert des Stroms abhängig ist, ist zu erkennen, daß das System bis zu einem gewissen Grad selbstkompensierend ist.

Fig. 3 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Wie in Fig. 1 ist eine eine variable Gleichspannung liefernde Gleichstromquelle 10 vor­ handen, die mit einer dreiphasigen Wechselrichterschaltung 12 über einen Gleichstromzwischenkreis verbunden ist, der Lei­ ter 14 und 15 und eine Drossel 16 aufweist. Das Ausgangs­ signal der Wechselrichterschaltung 12 wird an eine Belastung ab­ gegeben, die wiederum als ein Motor 60 dargestellt ist. Die eine variable Gleichspannung liefernde Quelle 10 wird, wie zuvor, über Leitungen 23 durch eine Gleichstromquellen­ steuerschaltung 24 gesteuert. Außerdem steht gemäß Fig. 1 die Wechselrichterschaltung 12 unter der Steuerung einer Wechsel­ richtersteuerschaltung 52, an die ein Steuersignal über eine Steuerleitung 58 angelegt wird. In den Steuerelektrodenleitun­ gen 50 zwischen der Wechselrichtersteuerschaltung 52 und dem Wechselrichter 12 ist ein zusätzliches "Gatter" 62 angeord­ net.

Die Gatter 62 und der übrige Teil von Fig. 3 bilden den wesentlichen Teil der Erfindung. Ein erstes Rückführungs­ signal, das von dem System nach der Erfidung gebildet wird, ist zu der Augangsspannung des Wechsel­ richters proportional. Zu diesem Zweck ist ein Vollweg­ gleichrichter 66 vorgesehen, der über Leitungen 65 das Aus­ gangssignal eines Spitzenfilters 64 empfängt, das über die drei Eingangsleitungen mit dem Motor 60 (den Ausgangs­ leitungen der Wechselrichterschaltung 12) verbunden ist. Das ist eine bekannte Form des Rückführungssignals und ergibt auf einer Leitung 68, der Ausgangsleitung des Vollweggleich­ richters 66, ein Signal V _m , das zu der Ausgangsspannung des Wechselrichters (der Eingangsspannung des Motors) pro­ portional ist. Das Spitzenfilter 64 dient lediglich zum Entfernen von Spitzen oder Einschwingvorgängen aus den an den Motor angelegten Spannungen, so daß das Ausgangssignal des Gleichrichters eine genauere Darstellung des wahren Wertes der an die Belastung angelegten Grundspannung ist.

Das zweite Rückführungssignal, daß in dem System gebildet wird, ist zu dem Belastungsstrom proportio­ nal. Zu diesem Zweck sind drei jeweils einen kleinen Widerstandswert aufweisende Shunts 70, 72 und 74 vorgesehen, von denen jeweils einer in jeder der von dem Wechselrichter zu dem Motor 60 führenden Versorgungsleitungen angeordnet ist. Über Leitungen 71, 73 und 75 werden die an den drei Shunts 70, 72 bzw. 74 gebildeten Spannungen an drei Voll­ weggleichrichter 76, 78 bzw. 80 angelegt, so daß auf Gleich­ richterausgangsleitungen 77, 79 bzw. 81 drei Spannungssi­ gnale erscheinen, die zu dem der Belastung zugeführten Strom I _m proportional sind. Das ist ein übliches und bekann­ tes Verfahren zum Erzeugen eines Stromrückführungssignals.

Die Signale auf den drei Leitungen 77, 79 und 81 werden alle an einen geeigneten Summierpunkt 82 angelegt (z. B. einen Operationsverstärker in Summierschaltung), und das Ausgangssignal des Summierpunktes, bei dem es sich um ei­ nen zu dem Gesamtbelastungsstrom proportionalen Spannungs­ wert handelt, wird an einen geeigneten Verstärker 84 ange­ legt, der einen Verstärkungsfaktor K aufweist. (Es sei angemerkt, daß ein Signal, das mit dem an dem Ausgang des Summierpunktes 82 fast identisch ist, durch direktes Ab­ fühlen des Stroms in dem Leiter 14 oder 15 erhalten werden könnte. Das könnte erreicht werden, indem ein Shunt mit niedrigem Widerstandswert entweder in den Leiter 14 oder in den Leiter 15 geschaltet würde, so daß an diesem Shunt ein Spannungssignal gebildet würde, das zu dem Strom in der Leitung proportional ist. Dieses Signal würde, geeignet verstärkt und getrennt, z. B. durch irgendeine bekannte Gleichstromtrennschaltung, in dieser Ausführungsform als Ersatz für das von dem Summierpunkt 82 gelieferte Signal und als Eingangssignal für den Verstärker 84 dienen.) Das Ausgangssignal des Verstärkers 84, das auf einer Leitung 86 erscheint, wird deshalb einen Wert KI _m haben. K ist eine Konstante, die aus den tatsächlichen Motorkenndaten gewon­ nen wird. Für jeden bestimmten Motor wird der Wert der Über­ schwingspitzen, die mit Bezug auf Fig. 2 erläutert worden sind, eine Größe haben, die von dem Motorstrom, der Motor­ induktivität und der Wechselrichterkapazität abhängig ist. Die tatsächliche Gewinnung des Wertes von K kann zwar ziem­ lich kompliziert sein, ein für die meisten industrieellen Zwecke ausreichend genauer Wert kann jedoch aus der Formel K = √ gewonnen werden, wobei L die effektive Induktivi­ tät der Belastung ist. Wenn die Belastung ein Motor ist, wird die effektive Induktivität die verkettete Streuinduk­ tivität sein. C ist die Ersatzkommutierungskapazität des Wechselrichters.

Die beiden Signale auf den Leitungen 68 und 86, d. h. das Signal V _m bzw. das Signal KI _m , werden an einen geeigneten Summierpunkt 90 angelegt, der ein Ausgangssignal an eine Leitung 92 abgibt, dessen Wert gleich der Summe der beiden Eingangssignale ist, d. h. V _m +KI _m . Das Signal auf der Lei­ tung 92 wird einen Augenblickswert haben, der gleich der Summe der Grundspannung plus der Spitzenspannung ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Das Signal auf der Leitung 92 bildet ein Eingangssignal eines Vergleichers 94, dessen anderes Eingangssignal ein Referenzsignal auf einer Leitung 95 ist. Dieses Referenzsignal wird so eingestellt, daß es zu der an jedem der Gleichrichter der Wechselrichterbrücke zuläs­ sigen Maximalspannung proportional ist. Die genaue Art und Weise, auf die dieses Referenzsignal erreicht wird, ist für die Erfindung unwichtig; zu Erläuterungszwecken ist aber gezeigt, daß es von dem Schleiferarm 96 eines geeig­ neten Potentiometers 98 abgenommen wird, das zwischen eine Spannungsquelle +V und Masse geschaltet ist. In seiner ein­ fachsten Implementierung ist das Potentiometer durch eine Bedienungsperson auf den Spannungsnennwert der in dem Sy­ stem benutzten Thyristoren einstellbar.

Vorstehende Darlegungen zeigen, daß das Ausgangsignal des Vergleichers 94, das auf einer Leitung 100 erscheint, ein Signal ist, das durch richtige Auswahl der Komponenten und Polungen ein positives Signal sein wird, welches anzeigt, daß ein Überspannungszustand entweder vorhanden ist oder bevorsteht. Das heißt, der Wert des Signals V _m +KI _m auf der Leitung 92 übersteigt den Referenzwert auf der Leitung 95. Dieses Ausgangssignal des Vergleichers 94, das an ei­ nem Verbindungspunkt 102 erscheint, dient bei der Erfindung zwei Zwecken. Erstens wird dieses Ausgangssignal über eine Leitung 104 als ein Sperrsignal an die weiter oben erwähn­ ten Gatter 62 angelegt. Die Gatter 62 können einfach mehrere NAND-Gatter (oder UND-Gatter) sein, so daß, wenn das Signal auf der Leitung 104 einen geeigneten Wert hat, die Gatter 62 blockiert sind und somit das Weiterleiten von Steuersignalen über Leitungen 50′ und 50′′ aus der Wechsel­ richtersteuerschaltung 52 zu der Wechselrichterschaltung 12 blockiert wird. Der erste Vorgang, der auftritt, wenn das Ausgangsi­ gnal des Vergleichers 94 einen potentiell gefährlichen Zu­ stand anzeigt, besteht daher darin, das Zünden der Thyri­ storen der Wechselrichterschaltung 12 zu stoppen.

Zweitens wird das Ausgangssignal des Vergleichers 94 über den Verbindungspunkt 102 und eine Leitung 106 als Eingangs­ signal an einen Funktionsgenerator 108 angelegt, der in der Ausführungsform von Fig. 3 eine negative Säge­ zahnschwingung liefert. Das heißt, auf das Eingangssignal auf der Leitung 106 hin fällt das Ausgangssignal des Funk­ tionsgenerators 108 plötzlich von seinem Ruhewert aus ab und beginnt dann langsam wieder auf seinen Ruhewert anzu­ steigen. Dieses Signal wird über eine Leitung 110 an ein Minimalwertgatter 112 angelegt, an welches außerdem das normale Steuersignal (Leitung 26) für die eine variable Spannung liefernde Gleichstromquelle angelegt wird. Das Minimalwertgatter 112 kann irgendeine geeignete Form haben, beispielsweise aus zwei parallel geschalteten Dioden be­ stehen, die jeweils einen der Signale auf den Leitungen 26 bzw. 110 empfangen, und deren Anoden über einen Widerstand mit einer positiven Potentialquelle verbunden sind, so daß das Ausgangssignal des Minimalwertgatters 112, das auf der Leitung 114 erscheint, das negative oder im Wert kleinere Signal der beiden angelegten Eingangssignale ist. Da die Gleichstromquellensteuerschaltung 24 in dieser Aus­ führungsform auf den Wert ihres Eingangssignals auf der Leitung 114 anspricht, und da diese Steuerschaltung 24 auf ein negativeres Signal hin bewirkt, daß von der Gleich­ stromquelle 10 eine kleinere Ausgangsspannung abgegeben wird, ist zu erkennen, daß durch richtiges Verstärken der Werte der Signale auf den Leitungen 26 und 110, wenn ein Ausgangssignal des Vergleichers 94 das Vorliegen einer potentiell schädlichen Spannung anzeigt, das Minimalwert­ gatter 112 die Kontrolle auf das Signal auf der Leitung 110 überträgt, um so die von der Gleichstromquelle 10 ab­ gegebene Spannung zu verringern und dem System zu gestat­ ten, sich zu erholen, ohne daß es erforderlich ist, das System abzuschalten. Das ist dann der zweite Vorgang, der bei dem Schutz der Gleichrichter des Wechselrichters 12 auftritt.

Anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann, kurz zusammengefaßt, festgestellt werden, daß die Regelung des hier beschriebenen Systems den Augenblickswert der Spannung, einschließlich Stoßspannungen, die an den Thyristoren des Wechsel­ richters anliegen könnten, feststellt und die­ sen Wert mit einem Referenzsignal vergleicht, das den zu­ lässigen maximalen Sicherheitswert darstellt. Wenn der Augenblicks­ wert den Sicherheitswert übersteigt, werden zwei Maßnahmen ergriffen. Die erste Maßnahme besteht darin, vorübergehend das Anlegen eines Steuersignals an die Thyristoren zu sper­ ren, wodurch selbstverständlich das Auftreten von weiteren Kommutierungsstößen oder -spitzen verhindert wird. Die zwei­ te Maßnahme besteht darin, sofort die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle 10 zu verringern. Aufgrund dieser Maß­ nahmen fällt der Wert des Signals V _m + KI _m unter den Wert des Referenzsignals auf der Leitung 95 ab, das Ausgangs­ signal des Vergleichers 94 geht herunter und der normale Systembetrieb wird wiederaufgenommen.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Modifizierung der in Fig. 3 ge­ zeigten Schaltungskonfiguration. In dieser Modifizierung ist der Funktionsgenerator 108 von Fig. 3 durch einen linearen Verstärker 124 ersetzt. Fig. 4 zeigt, daß das Sperr­ signal in derselben Weise wie zuvor erzeugt wird, d. h. als Ausgangssignal des Vergleichers 94. In diesem Fall ist jedoch das an das Minimalwertgatter 112 angelegte Fehler­ signal das Ausgangssignal eines linearen Operationsverstär­ kers 124, das dieser über eine Leitung 130 abgibt. Der Ver­ stärker 124 kann ein Operationsverstärker mit einem Rück­ kopplungskreis sein, welcher die Reihenschaltung eines Kondensators 126 und eines Widerstands 128 enthält, die zwischen seinen Ausgang und seinen invertierenden Eingang geschaltet sind. Das Signal V _m +KI _m (Leitung 92) bildet außerdem ein Eingangsignal an dem invertierenden Eingang des Verstärkers 124 über eine Leitung 120 und einen Ein­ gangswiderstand 122. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 124 ist über eine Leitung 136 mit einer geeig­ neten Referenzquelle verbunden, die in Fig. 4 als ein Po­ tentiometer 132 dargestellt ist, das zwischen eine Quelle positiven Potentials (+V) und Masse geschaltet ist. Die tatsächliche Referenzspannung wird in dem Schleiferarm 134 des Potentiometers 132 abgenommen. Dadurch, daß der Wert der von dem Potentiometer 132 abgenommenen Referenzspannung so gewählt wird, daß der Verstärker 124 wirksam wird, bevor der Vergleicher 94 das Sperrsignal abgibt, d. h. das Signal auf der Leitung 136 einen kleineren Wert als das auf der Leitung 95 hat, unter der Voraussetzung, daß gleiche Bau­ elemente benutzt werden, wirkt das über das Minimalwert­ gatter wirkende Ausgangssignal des Verstärkers 124 als ein Stromsteller zum Einstellen des Stroms in dem Gleichstrom­ zwischenkreis auf den zugelassenen Maximalwert, bei dem die maximale(n) Gleichrichterspannung(en) nicht über­ schritten wird (werden).

Die Fig. 5a und 5b zeigen anhand von Diagrammen die Vor­ teile der Erfindung. Im Stand der Technik, der in Fig. 5a gezeigt ist, werden die Bauelemente so bemessen, daß zu keiner Zeit die maximal zulässige Spannung V _max überschrit­ ten wird. In Fig. 5a, in der die Spannung über der Motordreh­ zahl aufgetragen ist, ist daher, wenn die Motorspannung in Abhängigkeit einer Drehzahlzunahme ansteigt, die gesamte zugelassene Spannung einfach der Wert der Motorspannung plus einem konstanten Inkrement für die Überschwingspitzen. Das ist in Fig. 5a durch die schraffierte Fläche K′I _m ge­ zeigt. Bei der Erfindung ist jedoch die Gesamtspannung zu allen Zeiten der maßgebende Faktor. Wenn die Motordrehzahl und damit die Motorspannung niedrig ist, z. B. bei S ₁, ist daher die zulässige Spitzenspannung viel höher als dann, wenn die Motorspannung hoch ist, z. B. bei S ₂. Das wird durch den sich ändernden Wert von KI _m (schraffierte Fläche) in Fig. 5b deutlich. Die zulässige Ausgangsspannung des Wechselrichters nach der Erfindung übersteigt daher die im Stand der Technik bei weitem, und es wird dadurch ein viel wirksameres und weniger teueres System geschaffen.

Claims (5)

1. Gesteuertes Wechselrichtersystem
mit einer Wechselrichterschaltung (12) mit gesteuerten Halb­ leiterelementen zum Steuern der Ausgangsspannung, des Ausgangs­ stroms und der Frequenz der Wechselrichterschaltung;
mit einer Einrichtung (66) zur Er­ zeugung eines ersten Signals (V _m ) das der Größe der Aus­ gangsspannung der Wechselrichterschaltung (12) und proportional ist;
mit einer Einrichtung (70-82) zur Erzeugung der Größe des Ausgangsstroms der Wechselrichterschaltung (12) eines zweiten Signals (I _m ) das zur Erzeugung proportional ist;
mit einer von dem ersten Signal (V _m ) gesteuerten Anordnung (94) die zum Schutz der Halbleiterelemente vor eine vorgegebene Größe übersteigenden Spannung ein Korrektursignal erzeugt;
und einer Einrichtung (62), die auf das Korrektursignal hin eine Verringerung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms der Wechselrichterschaltung bewirkt; gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (84), die zur Erzeugung eines dritten Signals (KI _m ) den Wert des zweiten Signals (I _m ) mittels eines konstanten Faktors (K) einstellt, der den Impedanzwerten der durch die Wechsel­ richterschaltung (12) gespeisten Belastung (60) entspricht;
eine Einrichtung (90), die das erste Signal (V _m ) und das dritte Signal (KI _m ) zu einem Grenzsignal (V _n + KI _m ) summiert;
eine Einrichtung (98) zum Erzeugen eines Referenzsignals, das einer maximal zulässigen Spannung an den schützenden Halbleiterelementen entspricht;
und eine Vergleichseinrichtung (94), die das Grenzsignal (V _m +KI _m ) mit dem Referenzsignal vergleicht und auf eine vorgegebene Beziehung zwischen diesen hin das Korrektursignal erzeugt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (84) zum Einstellen des Wertes des zweiten Si­ gnals einen Verstärker enthält, dessen Verstärkungsfaktor (K) ungefähr ist, wobei

• L die effektive Induktivität der Belastung (60) und
• C die effektive Kommutierungskapazität des Wech­ selrichters ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Korrektursignal ansprechende Einrichtung (62) Gatter aufweist, die verhindern, daß die gesteuer­ ten Halbleiterelemente der Wechselrichterschaltung (12) überhaupt leitend gemacht werden.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer steuerbaren Gleichstromquelle (10), die eine gesteuerte Ausgangsspannung für die die Belastung (60) speisende mehrphasige Wechselrichterschaltung (12) erzeugt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Korrektursignal die an die Wechselrichterschaltung (12) angelegte Gleichspannung verringert.

5. Verwendung des Systems nach einem der vorangehenden Ansprüche für einen Wechselstrommotor.