DE4023207C1 - Driving branches of inverter - sing common DC source for parallel branches formed by semiconductor switches controlled in same direction and supplying load via choke - Google Patents

Driving branches of inverter - sing common DC source for parallel branches formed by semiconductor switches controlled in same direction and supplying load via choke

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Abstract

The parallel current regulator circuit uses a number of parallel current regulator paths between a DC source and a common load. The current in each regulator path is detected to provide a mean current value, at least two current values compared with the latter to provide difference values used to adjust the phases of the ignition pulses for the different thyristors, to maintain the symmetry between the currents obtained from each current regulator path. The current regulator paths are coupled galvanically via the throttle coils supplying the load and the ignition pulses for the thyristors in the paths with current values outside the mean value band are adjusted while the pulses for the thyristors in the remaining paths also delayed or advanced. ADVANTAGE - Ensures current symmetry.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solches Verfahren ist durch die DE 36 02 496 C2 bekannt.The invention relates to a method according to the preamble of Claim. Such a method is described in DE 36 02 496 C2 known.

Durch die verschiedenen Schaltzeiten der steuerbaren Halbleiterventile ent­ stehen bei der Parallelschaltung von Wechselrichterzweigpaaren zusätzliche Belastungen durch Ausgleichsströme, die die speisende Gleichspannungsquelle durch die gleichsinnig gesteuerten Wechselrichterzweige treibt. Diese Ausgleichsströme müssen durch Zusatzmaßnahmen begrenzt bzw. vermieden werden.Due to the different switching times of the controllable semiconductor valves ent are additional when connecting inverter branch pairs in parallel Loads caused by equalizing currents that the feeding DC voltage source drives the same-controlled inverter branches. These equalizing currents must be limited or avoided by additional measures.

Die unterschiedlichen Schaltzeiten der Halbleiterschalter lassen sich z. B. dadurch aneinander angleichen, daß aus einer ausreichend großen Anzahl von Halbleiterschaltern diejenigen ausgewählt werden, die etwa gleiche Eigenschaf­ ten aufweisen. Ein derartiges Selektieren ist jedoch unwirtschaftlich und des­ halb in der Regel in der Praxis nicht realisierbar.The different switching times of the semiconductor switches can, for. B. adjust to each other in that from a sufficiently large number of Semiconductor switches are selected those that have approximately the same property have ten. Such selection is uneconomical and half usually not feasible in practice.

In einfachster Weise bietet es sich aber statt dessen an, am Ausgang der Wechselrichter Drosselspulen anzuordnen (vgl. K. Heumann und C. Stumpe "Thyristoren", B. G. Teubner, Stuttgart, 1969, insbesondere Seiten 301 und 302). Da die unterschiedlichen Schaltzeichen der Halbleiterschalter jedoch eine mitt­ lere Spannung, die ungleich Null ist, an den Drosselspulen bewirken können, muß für eine geeignete Gegenspannung gesorgt werden. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß ohmsche Widerstände in Reihe zu den Drosseln angeordnet werden. Bei großen Leistungen und hohen Wirkungsgraden eines Wechselrichters ist diese Lösung jedoch wegen der Verlustleistung der Wider­ stände unwirtschaftlich.In the simplest way, however, it offers itself instead, at the exit of the To arrange the inverter choke coils (see K. Heumann and C. Stumpe "Thyristors", B.G. Teubner, Stuttgart, 1969, especially pages 301 and 302). However, since the different circuit symbols of the semiconductor switches have a mean non-zero voltage across the choke coils, A suitable counter voltage must be provided. This can e.g. B. can be achieved in that ohmic resistors in series with the chokes to be ordered. With high performance and high efficiency one However, this solution is the inverter because of the power dissipation would be uneconomical.

Das in der eingangs genannten DE 36 02 492 C2 beschriebene Verfahren legt parallel arbeitende Wechselrichterzweige zugrunde, die galvanisch an ihrem Ausgang nicht miteinander verbunden sind. Vielmehr arbeiten die einzelnen Wechselrichter über Drosselspulen auf getrennte Primärwicklungen eines Trans­ formators, der eine einzige Sekundärwicklung aufweist. Die Ströme durch die Primärwicklungen werden zur Bildung eines Mittelwerts herangezogen.The method described in the aforementioned DE 36 02 492 C2 is based on parallel inverter branches that apply galvanically  their output are not connected. Rather, the individual work Inverters via choke coils on separate primary windings of a trans formators, which has a single secondary winding. The currents through the primary windings are used to form an average.

Bei diesem bekannten Verfahren werden n-1 der n die Wechselrichterströme mit dem Mittelwert verglichen und die Regelabweichungen jeweils einem Stromregler zugeführt. Die Ausregelung der Regelabweichungen läßt eine schnelle Stellung des Stromes durch eine Verschiebung der Zündimpulse für die Halbleiterschalter zwecks Symmetrierung der Ströme nicht zu. Auch kann es Schwierigkeiten geben, einen zur Symmetrierung ausreichenden Stellbereich für die Zündimpulse, insbesondere bei einer zeitlichen Vorverlegung der Zünd­ impulse, sicherzustellen.In this known method, n-1 of the n are the inverter currents compared with the mean and the control deviations in each case fed to a current regulator. The regulation of the deviations leaves one rapid setting of the current by shifting the ignition pulses for the semiconductor switches for the purpose of balancing the currents. Can too there are difficulties, an adjustment range sufficient for symmetrization for the ignition pulses, especially when the ignition is brought forward impulses to ensure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß beim Einsatz von nicht selektierten Halbleiter­ schaltern in den Wechselrichterzweigen der parallel arbeitenden Wechselrichter ohne zusätzlichen Aufwand an Leistungsbauteilen insbesondere ohmschen Widerständen eine ausreichende Gegen­ spannung zur Symmetrierung der Ströme durch die Wechselrichterzweige erzeugt wird, wobei eine sehr schnelle Stellung des zu symmetrierenden Stromes über einen Steuersatz erfolgt und ein ausreichender zeitlicher Stellbereich für die Zündimpulse zur Verfügung gestellt wird.The invention has for its object the method of the aforementioned Type in such a way that when using unselected semiconductors switches in the inverter branches of the inverters working in parallel an adequate counter without additional expenditure on power components, in particular ohmic resistances voltage for symmetrizing the currents generated by the inverter branches is, with a very fast position of the current to be balanced over there is a tax rate and a sufficient time range for the Ignition pulses are made available.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.This object is characterized according to the invention by the in claim features resolved.

Jeder Strom kann, sobald die eingestellte Bandbreite überschritten wird, durch Ver­ schiebung des Einsatz- und/oder des Endzeitpunkts der Zündimpulse unmittelbar (d. h. nicht erst durch Einregelung) symmetriert werden, wodurch sich auch der notwendige Aufwand für die Drosselspulen verringert. Eine zeitliche Verschiebung der Zündimpulse ist dabei vorteilhafter stets durch die grundsätzliche Verzögerung der Einsatzpunkte bzw. Vorverlegung der Endzeit­ punkte der Zündimpulse möglich.Everyone As soon as the set bandwidth is exceeded, electricity can be shift of the start and / or the end time of the ignition pulses immediately  (i.e. not only by adjustment), which also the effort required for the choke coils is reduced. A temporal Shift of the ignition pulses is always more advantageous by the fundamental delay of the deployment points or advance of the end time points of the ignition pulses possible.

Das Verfahren nach der Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung für ein Anwendungsbeispiel erläutert werden. Es zeigtThe method according to the invention is described below with reference to the drawing be explained for an application example. It shows

Fig. 1 die Bildung eines Mittelwerts aus einzelnen Wechselrichterzweig­ strömen, Fig. 1, the formation flow of a mean value of each inverter branch,

Fig. 2 den Vergleich des in Fig. 1 gebildeten Mittelwerts mit einem der Zweigströme und FIG. 2 shows the comparison of the mean value formed in FIG. 1 with one of the branch flows and

Fig. 3 den Zeitverlauf von Steuersignalen für die Halbleiterschalter eines Wechselrichterzweiges. Fig. 3 shows the timing of control signals for the semiconductor switch of an inverter branch.

Den weiteren Erläuterungen zugrundegelegt und hier nicht gezeigt werden n parallel betriebene Wechselrichterzweige, die aus einer gemeinsamen Gleich­ spannungsquelle gespeist werden und jeweils über eine Drosselspule auf eine gemeinsame Last arbeiten. Dabei sind die n Wechselrichterzweige aus unter­ schiedliche Schaltzeiten aufweisenden Halbleiterschaltern gebildet. Deren Ströme sollen gemäß dem Verfahren nach der Erfindung symmetriert werden: In Fig. 1 ist dazu ein Summierglied A gezeigt, dem in üblicher Weise (z. B. über Wandler) erfaßte Stromwerte izw1, izw2,... izwl,... izwn von durch die n parallel betriebenen Wechselrichterzweige fließenden Strömen zugeführt sind. Das Summierglied A summiert die ihm zugeführten Stromwerte zum Wert des Laststromes I auf. Ein dem Summierglied A nachgeschalteter Dividierer T teilt den Laststrom I durch die Anzahl n der beteiligten Wechselrichterzweige und bildet somit einen Mittelwert izw aller Zweigströme.The further explanations are based and not shown here, n parallel inverter branches that are fed from a common DC voltage source and each work via a choke coil on a common load. The n inverter branches are formed from semiconductor switches with different switching times. Their currents are to be symmetrized in accordance with the method according to the invention: FIG. 1 shows a summing element A to which current values i zw1 , i zw2 , ... i zwl,. .. i are supplied by currents flowing through the n parallel inverter branches . The summing element A sums up the current values supplied to it to the value of the load current I. A divider T connected downstream of the summing element A divides the load current I by the number n of the inverter branches involved and thus forms an average i between all branch currents.

Dieser Mittelwert izw wird jeweils mit den tatsächlichen Stromwerten izw1... izwn verglichen. Fig. 2 zeigt als Beispiel den Vergleich des Mittelwertes izw mit dem Stromwert izwl eines beliebigen Wechselrichterzweiges durch ein Vergleichsglied D. Am Ausgang des Vergleichsgliedes D liegt ein Signal, das der Abweichung der beiden dem Vergleichsglied D zugeführten Werte izw und izwl voneinander entspricht.This mean value i zw is compared with the actual current values i zw1 ... i zwn . Fig. 2 shows as an example i zw with the current value i ZWL any inverter branch by a comparison element D. At the output of the comparing section D the comparison of the average value is a signal i to the deviation of both the comparator D values supplied zw and i ZWL each other corresponds.

Diese Abweichung ist zwei Komparatoren K1 und K2 zugeführt, die Signale K1l=0 bzw. K2l=0 abgeben, wenn die Abweichung innerhalb einer Bandbreite ±Δil bleibt.This deviation is fed to two comparators K 1 and K 2 , which emit signals K 1l = 0 and K 2l = 0 if the deviation remains within a bandwidth ± Δi l .

Überschreitet die Abweichung die Bandbreite nach oben, d. h. ist izw<Δ1l springt das Ausgangssignal K1l des Komparators K1 auf den Pegel 1 (K1l=1). Unterschreitet die Abweichung die Bandbreite nach unten, d. h. ist izwl-izw<-Δi2l wechselt am Komparator K2 das Ausgangssignal zu K2l=1.If the deviation exceeds the bandwidth upwards, ie if i zw <Δ 1l , the output signal K 1l of the comparator K 1 jumps to level 1 (K 1l = 1). If the deviation falls below the bandwidth downwards, ie if i zwl -i zw <-Δi 2l , the output signal on comparator K 2 changes to K 2l = 1.

Die Ausgänge der jeweiligen Komparatoren K1, K2 zeigen also an, ob der Zweigstrom izwl innerhalb, oberhalb oder unterhalb des Toleranzbandes izw±Δil liegt, wie die folgende Tabelle zeigt:The outputs of the respective comparators K 1 , K 2 thus indicate whether the branch current i zwl lies within, above or below the tolerance band i zw ± Δi l , as the following table shows:

Die beiden Signale K1l, K2l werden nun weiterhin verwendet, um ein Steuer­ signal S für die Halbleiter in den parallelgeschalteten Wechselrichterzweigen so zu verändern, daß die Querströme zwischen den Wechselrichterzweigen begrenzt bleiben. Dabei genügt es, entweder den Einschaltbefehl (S von 0 auf 1) oder den Ausschaltbefehl (S von 1 auf 0) für die Halbleiterschalter des je­ weiligen Wechselrichterzweiges zu beeinflussen. Prinzipiell können beide Be­ fehle auch gleichzeitig verändert werden.The two signals K 1l , K 2l are now used to change a control signal S for the semiconductors in the parallel-connected inverter branches so that the cross currents between the inverter branches remain limited. It is sufficient to influence either the switch-on command (S from 0 to 1) or the switch-off command (S from 1 to 0) for the semiconductor switches of the respective inverter branch. In principle, both commands can also be changed simultaneously.

In Fig. 3 ist das beschriebene Verfahren nur für die Beeinflussung des Ein­ schaltbefehls dargestellt:In Fig. 3 the described method is shown only for influencing the switch command:

Der Einschaltbefehl für das Steuersignal S (Zeitverlauf a) wird für den belie­ bigen Wechselrichterzweig l grundsätzlich um die Zeit t0l verzögert (Zeitverlauf b), um einen ausreichenden Zeitraum bei einer eventuellen Vorverlegung des Zündeinsatz­ punktes der Halbleiterschalter zur Verfügung zu haben (Zeitverlauf c). Das so für den Wechselrichterzweig gewonnene Steuersignal Sl steuert nun die Halbleiterschalter dieses Zweiges l, wenn die Ausgangssignale der beiden in Fig. 2 mit K1, K2 bezeichneten Komparatoren K1l=0 und K2l=0 sind, d. h. der Zweigstrom innerhalb des Toleranzbandes liegt.The switch-on command for the control signal S (time profile a) is generally delayed by the time t 0l (time profile b) for the desired inverter branch l (time profile b) in order to have a sufficient period of time if the ignition point of the semiconductor switch is brought forward (time profile c) . The control signal S l thus obtained for the inverter branch now controls the semiconductor switches of this branch l if the output signals of the two comparators K 1 , K 2 in FIG. 2 are K 1l = 0 and K 2l = 0, ie the branch current within the Tolerance band lies.

Ist der Zweigstromwert izwl unterhalb des Toleranzbandes, d. h. wird das Ausgangssignal K1l=0 und K2l=1, so wird der Einschaltbefehl des Signals Sl um die Zeit t2lt0l vorverlegt (Zeitverlauf c).If the branch current value i is below the tolerance band , ie if the output signal K 1l = 0 and K 2l = 1, the switch-on command of the signal S l is brought forward by the time t 2l t 0l (time curve c).

Ist der Zweigstrom größer als izw +Δi1l, d. h. ist das vom Komparator K1 gelieferte Ausgangssignal K1l=1 und K2l=0, so wird der Einschaltbefehl Sl für die Halbleiterschalter des Wechselrichterzweiges l um t1l weiter verzögert (Zeit­ verlauf d). Durch geeignete Wahl der zeitlichen Verschiebungen t0l, t1l, t2l werden die jeweiligen Zweigströme mit Sicherheit begrenzt.If the branch current is greater than i zw + Δi 1l , ie if the output signal K 1l = 1 and K 2l = 0 supplied by the comparator K 1 , the switch-on command S l for the semiconductor switches of the inverter branch l is further delayed by t 1l (time elapses d). By a suitable choice of the time shifts t 0l , t 1l , t 2l , the respective branch flows are definitely limited.

Statt bei einem Wechselrichter ist die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung z. B. auch bei parallelgeschalteten Choppern mit Vorteil einsetzbar.Instead of using an inverter, the method is applied according to Invention z. B. can also be used with advantage in parallel choppers.

Claims (2)

Verfahren zum Betrieb von an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle an­ geschlossenen, mit ihren aus Halbleiterschaltern gebildeten Zweigen im Par­ allelbetrieb arbeitenden Wechselrichtern, die jeweils über eine Drosselspule eine gemeinsame Last speisen, bei dem
  • - die Ströme durch die jeweils im Parallelbetrieb arbeitenden Wechselrichter­ zweige erfaßt werden, aus diesen Strömen der Mittelwert gebildet wird und
  • - mindestens zwei Stromwerte jeweils mit dem Mittelwert verglichen werden und
  • - entsprechend der Abweichung des jeweiligen Stromwerts vom Mittelwert der durch den Wechselrichterzweig fließende Strom durch zeitliche Verschiebung des Zündimpulses für die Halbleiterschalter im Wechselrichterzweig jeweils so weit phasenverschoben wird, daß eine Symmetrierung aller durch die einzelnen Wechselrichterzweige fließenden Ströme erfolgt,
Method for operating a common DC voltage source on closed inverters working with their branches formed from semiconductor switches in parallel operation, each feeding a common load via a choke coil, in which
  • - The currents are detected by the inverters operating in parallel, the mean value is formed from these currents and
  • - at least two current values are compared with the mean value and
  • - In accordance with the deviation of the respective current value from the mean value, the current flowing through the inverter branch is phase-shifted by shifting the ignition pulse for the semiconductor switches in the inverter branch to such an extent that all currents flowing through the individual inverter branches are balanced,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß bei im Parallelbetrieb arbeitenden Wechselrichtern mit galvanisch über die Drosselspulen verbundenen Wechselrichterzweigen entsprechend der Abweichung des jeweiligen Stromwerts vom Mittel­ wert über eine vorgegebene Bandbreite hinaus die Einsatzzeitpunkte und/ oder die Endzeitpunkte der Zündimpulse die Halbleiterschalter der ein­ zelnen Wechselrichterzweige vorverlegt oder verzögert werden,
  • - und daß grundsätzlich für alle Halbleiterschalter in den Wechselrichter­ zweigen, deren Stromwerte innerhalb der um den Mittelwert vorge­ gebenen Bandbreite liegen, auch der Einsatzzeitpunkt der Zündimpulse um eine vorgegebene Zeit verzögert wird und/oder auch der Endzeitpunkt der Zündimpulse um eine vorgegebene Zeit vorverlegt wird.
 characterized by
  • - that in the case of inverters working in parallel operation with inverter branches galvanically connected via the choke coils, according to the deviation of the respective current value from the mean value beyond a predetermined bandwidth, the times of use and / or the end times of the ignition pulses advance or delay the semiconductor switches of the individual inverter branches,
  • - And that in principle branch for all semiconductor switches in the inverter, the current values of which are within the range specified by the mean value, the time of use of the ignition pulses is also delayed by a predetermined time and / or the end time of the ignition pulses is brought forward by a predetermined time.
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