DE3217306A1

DE3217306A1 - Digitaler pulswechselrichter-steuersatz

Info

Publication number: DE3217306A1
Application number: DE19823217306
Authority: DE
Inventors: Gunnar Dipl Ing Buesch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-05-06
Filing date: 1982-05-06
Publication date: 1983-11-10
Also published as: JPS58204774A; DE3217306C2; FI831519A0; IT8320959A0; FI831519L; IT8320959A1; IT1163312B

Description

Digitaler Pulswechselrichter-Steuersatz
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Durchführung einer optimalen Spannungssteuerung von dreiphasigen Pulswechselrichtern gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs.
Die von einem Pulswechselrichter abgegebenen Spannungen sind als Folge des Pulsens mit Verzerrungen behaftet. Um die Auswirkungen solcher Verzerrungen minimal zu ges als ten, ist man bestrebt, den Pulsmustern, mit denen der Pulswechselrichter angesteuert wird, optimale Eigenschaften zu geben. Es zeigt sich, daß im Bereich mittlerer und hoher Betriebsfrequenzen periodische Pulsvorgänge zu bevorzugen sind. Die Optimierung solcher,periodischen Schaltvorgänge führt in - teilweise aufwendigen 2 Berechnungen zur Ermittlung aussteuerungsabhängiger Schaltwinkel, bezogen auf den winkelbehafteten Spannungssollwert.
Zweck der Einrichtung gemäß der Erfindung ist die Nutzung solcher vorberechneten synchronen Pulsmuster.
Grundsätzlich wäre eine Lösung des aufgezeigten Problems mit Hilfe derartiger synchroner Pulsmuster ausschließlich durch die Abspeicherung der Pulsmuster und anschließenden Abruf möglich. Eine derartige Lösung wäre jedoch mit einem unwirtschaftlich großen Speicheraufwand verbunden.
Es sind durch die DE-AS 23 23 826 und DE-OS 28 29 793 speicherbehaftete digitale Realisierungen bekanntgeworden, bei denen jedoch ein Drehrichtungswechsel nicht ohne spezielle Drehrichtungserfassung möglich ist; ferner erfolgt die Vorgabe der Stellinformation als Amplitude und Frequenz, was in hochdynamischen Regel antrieben nachteilig ist (z.B. gehört zu Winkelsprüngen die Fre- quenz unendlich).
Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun'de, eine Einrichtung zur Verarbeitung von Pulswechselrichter-Spannungsstellgrößen, die in Form eines digitel codierten zeitveränderlichen Dreiphasen-Spannungssystems vorliegen, unter Benutzung optimaler Pulsmuster anzugeben, bei der der genannte unwirtschaftlich große Speicheraufwand vermieden wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Maßnahmen gemäß der Erfindung bestehen also einerseits in der Reduzierung der Eingangsinformation entsprechend den Symmetrie- und Redundanzeigenschaften der abzurufenden Pulsmuster, andererseits in einer speziellen Speicherorganisation, für die eine besondere Datenabrufmethode angewendet wird.
Abgesehen von der wesentlichen Verminderung des Speicheraufwandes weist die Einrichtung folgende Vorteile auf: Universelle Verwendbarkeit an beliebigen dreiphasigen PWR-Schaltungen, keine Einstell- oder Abgleicharbeiten, problemlose Verarbeitung beider Drehrichtungen, flexible Gestaltung von Pulsmustern ohne Änderung der Schaltung} unmittelbare Verwendung dreiphasiger Stellinformation, wie sie in dynamischen Maschinenregelungen vielfach gebildet wird.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand. der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung.
Es zeigen die Fig, 2a bis 2f die Bildung von zwei Spannungs-Zwischengrößen UE.und UF, die aus einer Dreiphasen-Eingangsspannung gewonnen werden, die Fig. 3a bis 3f gespeicherte Schaltkurven in einem Schaltkurvenspeicher, die Fig. 4a bis 4f die im Zustandsspeicher hinterlegten Binärwerte in der Darstellung entsprechend Fig. 3a bis 3f.
In der Fig. 1 werden an die Eingänge a, b, c die Absolutwerte dreier digital codierter periodischer Spannungswerte UA, UB, Uc, die der Bedingung genügen, daß ihre Summe gleich Null ist, angelegt. Jeder Eingang hat dabei n Leitungen, gemäß der digitalen Darstellung durch nBits (plusl Vorzeichertit).Diese drëi Eingangswerte werden sowohl einem Wahlschalter 5 als auch einem Wahlschalter 6 zugeführt. Der Ausgang des Wahlschalters 5 führt auf einen steuerbaren Inverter 7, der Ausgang des Wahlschalters 6 auf einen steuerbaren Inverter 8. Die Ausgangsspannung des Inverters 7 ist mit UE, die des Inverters 8 mit UF bezeichnet.
Die Werte der Eingangsspannungen UA, UB, Uc werden ohne ihre Vorzeichen in Komparatoren 1, 2, 3 paarweise miteinander verglichen und als Ergebnis des Vergleichs ein Signal +1, -1 an ein Steuerwerk 4 gegeben. Ferner werden die momentanen Vorzeichen der drei Eingangs,-spannungen über die Klemmen d, e, f an das Steuerwerk 4 geleitet Das Steuerwerk 4 erzeugt hieraus einen Satz Ausgangssignale mit jeweils konstanten Zuständen für je 300 der Periode der Eingangswerte.
Bestimmte Signale davon werden dem Wahlschalter 5, ande-.re dem WahlSchalter 6 zugeführt und zwar so, daß jeweils der Eingangswertmit dem bezüglich der anderen Eingangswerte betragsmäßig größten Wert nicht durchgeschaltet wird. Ein weiteres Ausgangssignal des Steuerwerkes 4 wird gemeinsam den Invertern 7 und 8 zugeführt, derart daß diese die durchgeschalteten Eingangswerte bitweise invertieren, wenn ihnen ein negatives Vorzeichen zugeordnet ist.
Diese Zuordnung geschieht so, daß am Ausgang der Inverter (Leitungspunkte g und h, wobei wägen der digitalen Darstellung g und h aus jeweils n Leitungen besteht) zwei Spannungszwischengrößen'UE und UF auftreten, die bei konstanter Amplitude der Eingangswerte mit 600 periodisch und in 300-Intervallen spiegelsymmetrisch sind.
Zur besseren Veranschaulichung mögen die Figuren 2a bis 2f dienen. In diesen Figuren sind an Stelle der Spannungen UA, UB, Uc, UE, UF nur die Bezeichnungen A,B,C, E, zur besseren Übersicht eingetrageni In der Fig. 2a sind die drei Eingangss'pannungen als A,B,C .über oJt dargestellt. Nach der vorhergehenden Vorschrift werden nur die stark gezeichneten Abschnitte, bezogen auf jeweils ein 300' Intervall, von den Wahlschaltern 5,6 durchgeschaltet.
bie oben beschriebenen Eigenschaften der Zwischengrößen UE, UF gemäß Fig. 2b, Fig. 2c ergeben sich aus den Eingangsspannungen UA, UB, UC gemäß Fig. 2d; die Umkehrung dazu, nämlich die Verwendung der Eingangsgrößen als Zwischengrößen in den einzelnen Intervallen zeigt die Fig. 2e.
Das an den Invertern anzulegende Vorzeichen ergibt sich aus den beiden zuletzt genannten Figuren und ist in Fig.2f dargestellt.
In einem Schaltkurvenspeicher 9 wird eine digitale Speicherung von Schaltkurven gemäß den Strukturen gewünschter Pulsmuster für die Steuerung des Pulswechselrichters, beschränkt auf ein einziges 30°-Winkelintervall als Bezugsintervall, vorgenommen. Dabei wird unter jeder Adresse des Speichers ein Wert aus einer der Schaltkurven gespeichert und immer nur eine Schaltkurve zur weiteren Verarbeitung durch eine Pulsmusterauswahlschaltung 10 und einen Kurvenzähler 12 ausgewählt.
Die erste Zwischengröße UE wird nun als Teiladresse dem Schaltkurvenspeicher 9 zugeführt und damit ein Schaltkurvenwert UF (Ug) aus dem Speicher herausgeloPen.
K In den Fig. 3a bis 3d sind verschiedene Schaltkurven als Inhalt des Schaltkurvenspeichers zusammengestellt; für UF und UE sind wieder nur die abgekürzten Bezeichnungen FK und E benutzt. Die Schaltkurve in Fig. 3a entspricht dem in der Steuertechnik von Pulswechselrichtern gebräuchlichen "3er-Seitentakt", die Schaltkurve in Fig. 3b entspricht dem "3er-Mittentakt", die Schaltkurve in Fig. 3c entspidit einem "Ser-Takt" und die Schaltkurve in Fig. 3d einem "7er-Takt".
Der aus dem Schaltkurvenspeicher her ausgelesene Wert UF (U) wird in einem Komparator 11 mit der zweiten ZwfschengröBe UF verglichen. Das Ausgangssignal des Kom- parators 11, das je nach Vergleichsergebnis +1 oder -1 lautet, wird dem richtungssteuerbaren Kurvenzähler 12 und einem Zustandsspeicher 13 zur Teiladreßbildung zugeleitet. Dabei kann der Zählerstand des Kurvenzählers durch ein von den Eingangsbedingungen (Adressierung) des Zustandsspeichers 13 abhängiges Ausgangssignal auch auf einem bestimmten Wert festgehalten werden.
Dem Zustandsspeicher 13 wird die'Information der Pulsmusterauswahlschaltung 10 und om Steuerwerk 4 eine Information über das aktuelle 30° -Intervall, zugeführt. Aus diesen Informationen wird zusammen mit den Informationen des Komparators und des Kurvenzählers eine Adresse für den Zustandsspeither gebildet. Unter dieser Adresse wird ein den Eingangsbedingungen entsprechender Binärwert als Pulswechselrichter-Potentialzustand gespeichert.
In rig. 4a bis 4d sind zu den Bereichen zwischen den Schaltkurven entsprechend Fig. 3a bis 3d die im Zustands-Speicher hinterlegten Binärwerte bezogen auf das 30° -Bezugsintervall aufgeführt. Die möglichen Adreßkombinationen zur Auswahl eines Pulsmusters, einer Schaltkurve aus diesem Muster' (durch Kurvenzähler) und einer der beiden Seiten der Kurve (durch Komparator) sind durch Pfeile gekennzeichnet. Es treten 3 verschledene Zustände auf; die nachstehende Tabelle zeigt die für die übrigen elf 300-I,ntervalle zuzuordnenden Zustände.

Bezugsintervall:

Intervall Zustand
1 000 100 110
2 111 110 100
3 111 110 010
4 000 0t0 110
5 000 010 011
6 111 011 010
7 111 011 001
8 000 001 011
9 000 001 101
10 111 101 00t
11 111 101 100
12 000 100 101

Jeder Binärwert bestimmt nach seiner Auslesung, welcher Thyristor eines Zweiges des Wechselrichters (bezogen auf einen bestimmten Strang) zünden soll und damit die (zu diesem Strang gehörende) Ausgangsklemme des Wechselrichters entweder mit der +Seite oder der -Seite der Gleichspannung verbunden wird.

Leerseite

Claims

Patentanspruch Einrichtung zur Durchführung. einer optimalen Spannungssteuerung von dreiphasigen Pulswechselrichtern, denen eine konstante Gleichspannung, insbesondere durch einen Zwischenkreis, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von drei digital codierten periodischen Spannungs-Eingangswerten (UA, UB, Uc), deren Summe Null ist, jeweils zwei Werte bis auf ihre Vorzeichen in Eingangskomparatqren (1,2,3) verglichen werden, wobei diese je nach Ergebnis ein Ausgangssignal +1, -1 liefern, daß die Ausgangssignale der Eingangs-Komparatoren (1,2,3) zusammen mit den jeweiligen Vorzeichen der Eingangswerte einem Steuerwerk (4) zugeführt werden, welches hieraus je einen unterschiedlichen Satz von Ausgangssignalwerten für je 30° der Periode der Eingangswerte erzeugt, daß die Ausgangssignale zwei Wahlschalter (5,6), deren Eingängen die Eingangswerte zugeführt werden, und zwei steuerbare Inverter (7,8), die den Wahlschaltern nachgeschaltet sind, beaufschlagen und zwar so, daß durch die Wahlschalter (5,6) von den drei Eingangswerten der je- weils betragsgrößte Wert nicht durchgeschaltet wird und in den Invertern (7,8) die ausgewählten Eingangswerte dann bitweise invertiert werden, wenn ihnen ein negatives Vorzeichen zugeordnet ist, so daß schließlich am Ausgang der Inverter zwei digitale Zwischengrößen (UE, UF) auftreten, die mit 600 periodisch und in 300-Intervallen spiegelsymmetrisch sind, daß in einem Schaltkurvenspeicher (9) eine digitale Speicherung von Schaltkurven gemäß den Strukturen gewünschter Pulsmuster für die Steuerung des Pulswechselrichters, beschränkt auf ein einziges 30° -Winkelinteryall als Bezugsintervall, vorgenommen wird,'.wobei unter jeder Adresse des Speichers ein Wert aus einer der Schaltkurven gespeichert ist und immer nur eine Schaltkurve zur weiteren Verarbeitung durch eine' Pul.smusterauswahlschaltung (10) und einen Kurvenzähler (12) ausgewählt werden kann, daß die erste Zwischengröße (UE) als Teiladresse dem Schaltkurvenspeicher (9) zugeführt und der herausgelesene Schaltkurvenwert (UF (UE)) mit der zweiten Zwischengrö-Be (UF) in einem Komparator (11) verglichen wird, daß das Ausgangssignal des Komparators (11), das je nach Vergleichsergebnis +1 oder -1 lautet, dem richtungssteuerbaren Kurvenzähler (12) und einem Zustandsspeicher (13) zur Teil-Adreßbildung zugeleitet wird, daß der Kurvenzähler (12) seinen Zählwert an den S'chaltkurvenspeicher (9) zur Kurvenadressierung und an den Zustandsspeicher (13) zur Teil-Adreßbildung zugeleitet, wobei der Zählerstånd des Kurvenzählers durch ein von den Eingangsbedingungen (Adressierung)' des Zuständsspeichers (13) abhängiges Ausgangssignal auch auf einem bestimmten Wert festgehalten werden kann, daß dem Zustandsspeicher die Information der Pulsmusterauswahlschaltung (10) und vom Steuerwerk (4) eine Information über das aktuelle 300-Intervall zugeführt werden und aus diesen Informationen zusammen mit den Informa- tionen des'Komparators und des Kurvenzählers eine Adresse für den Zustandsspeicher gebildet wird, unter der ein den Eingangsbedingungen entsprechender Binärwert als Pulswechselrichter-Potentialzustand gespeichert ist und der nach Auslesung bestimmt, welcher Thyristor oder Transistor eines Zweiges des Wechselrichters (bezogen auf einen bestimmten Strang) leiten soll und damit die (zu diesem Strang gehörende) Ausgangsklemme des Wechsel richters entweder mit der +Seite oder der -Seite der Gleichspannung verbunden wird.