DE4206263A1 - Steuergeraet fuer stern- oder nullpunkt-angeklammerten leistungs- oder stromumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein(e) Steuergerät oder -schal­ tung eines Stern- oder Nullpunkt-angeklammerten Strom- bzw. Leistungsumformers, der ausgelegt ist zum Genesie­ ren einer Dreipegel-Ausgangsspannung und der auf eine Pulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerstromrichtervorrich­ tung (Gleichrichter) zum Umformen von Wechselstrom in Gleichstrom, einen PWM-Steuerumformer (Wechselrichter) zum Umformen von Gleichstrom in Wechselstrom und dgl. anwendbar ist.

Im Hauptstromkreis eines herkömmlichen Stern- oder Nullpunkt-angeklammerten Leistungsumformers, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, stehen die Bezugssymbole Vd1 und Vd2 für Gleichstromversorgungen, S1-S4 für selbst­ löschende Elemente, D1-D4 für Freilaufdioden, D5 und D6 für Anklammerdioden und LOAD für eine Last. Eine Ausgangsspannung Vu von dieser Umformervorrichtung än­ dert sich mit den EIN/AUS-Operationen der vier Elemen­ te S1-S4 auf die im folgenden beschriebene Weise. Da­ bei ist zu beachten, daß eine Gesamt-Gleichspannung Vd durch folgende Gleichung bestimmt ist:

Vd1 = Vd2 = Vd/².

Wenn die Elemente S1 und S2 EIN sind, gilt Vu = +Vd/2.

Wenn die Elemente S2 und S3 EIN sind, gilt Vu = 0.

Wenn die Elemente S3 und S4 EIN sind, gilt Vu = -Vd/2.

In diesem Fall müssen die selbst(ver)löschenden Elemen­ te paarweise eingeschaltet werden. Wenn drei der Ele­ mente auf einmal eingeschaltet sind, wird eine entspre­ chende Gleichstromversorgung kurzgeschlossen, und die Elemente werden durch einen Überstrom zerstört (distracted).

Wenn z. B. EIN- bzw. Einschaltsignale den jeweiligen Elementen S1-S3 eingespeist werden, wird die Gleich­ stromversorgung Vd1 über die Elemente S1, S2 und S3 so­ wie die Diode D6 kurzgeschlossen. Infolgedessen fließt ein übermäßiger Kurzschlußstrom zu den Elementen, wo­ durch diese zerstört werden.

Zur Vermeidung eines solchen Gleichstromkurzschlusses werden die Elemente S1 und S3 sowie die Elemente S2 und S4 jeweils invers betrieben. Wenn nämlich das Element S1 eingeschaltet ist, ist das Element S3 abgeschaltet, und umgekehrt. Da hierbei die Elemente S1 und S3 bei Empfang von AUS-Torsteuer- oder -Gatesignalen nicht un­ mittelbar abgeschaltet (gesperrt) werden, wird ein AUS- oder Abschaltsignal einem dieser Elemente weiter Zuge­ speist, bis das andere Element vollständig abgeschal­ tet ist. Die entsprechende Zeitspanne wird als Verlust- oder Leerzeit bezeichnet, die als unabdingbarer Faktor berücksichtigt werden muß. Wenn ebenso das Element S2 eingeschaltet wird, wird das Element S4 mit einer Leer­ zeit abgeschaltet, und umgekehrt.

Die bisherige Nullpunkt-angeklammerte Leistungs- oder Stromumformervorrichtung wird daher nach einer durch ein Zeitsteuerdiagramm in Fig. 2 veranschaulichten Pulsbreitenmodulationsmethode (PWM-Methode) betrieben.

In Fig. 2 sind mit X und Y Trägersignale der PWM-Steue­ rung bezeichnet. Das Signal X ist eine Dreieckswelle, deren Pegel (Größe) sich zwischen +EMAX und -EMAX än­ dert. Das Signal Y besitzt die gegenüber dem Signal X invertierte Größe (bzw. eine Dreieckswelle, die von der des Signals X um einen elektrischen Winkel von 180° verschoben oder versetzt ist). Das Bezugssymbol ei steht weiter für ein PWM-Steuereingangssignal.

Torsteuer- oder Gatesignale g1 und g2 für die Elemente S1-S4 werden durch Vergleichen des Eingangssignals ei mit den Dreieckswellen X und Y gebildet. Insbesondere gilt:

Wenn ei < X und ei < Y, ergibt sich g1 = 1, so daß das Element S1 ein- und das Element S3 abgeschal­ tet wird.
Wenn ei ≦ X oder ei ≦ Y, ergibt sich g1 = 0, so daß das Element S1 ab- und das Element S3 einge­ schaltet wird.
Wenn ei < X und ei < Y, ergibt sich g2 = 1, so daß das Element S4 ein- und das Element S2 abgeschal­ tet wird.
Wenn ei ≧ X oder ei ≧ Y, ergibt sich g2 = 0, so daß das Element S4 ab- und das Element S2 einge­ schaltet wird.

Als Ergebnis besitzt die Ausgangsspannung Vu die im un­ tersten Teil von Fig. 2 dargestellte Wellenform. In diesem Fall kann bei der genannten Umformer- oder auch Wechselrichtervorrichtung eine Spannung einer dreipege­ ligen (+Vd/2, 0 und -Vd/2) Spannungswellenform mit einem kleinen Anteil an Hochfrequenzkomponenten als Ausgangsspannung Vu erhalten bzw. gebildet werden. Wenn eine solche Spannung an eine Motorlast angelegt wird, können eine Strompulsierung reduziert und eine Vermin­ derung in der Drehmomentwelligkeit erzielt werden.

Bei der oben beschriebenen bisherigen Nullpunkt-ange­ klammerten Stromumformervorrichtung ergeben sich jedoch die folgenden Probleme:

Wenn der Pegel des Eingangssignals ei sehr niedrig ist, wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Impulsbreite jedes der Torsteuer- oder Gatesignale g1 und g2 verkleinert. Wenn diese Impulsbreite kürzer wird als eine Mindest-EIN- oder -Einschaltzeit Δt der die Umformervorrichtung (oder -anordnung) bildenden Elemente S1-S4, ergibt sich das im folgenden geschilderte Problem.

Bei einer Umformervorrichtung einer großen Kapazität wird ein Abschalt- oder GTO-Thyristor als selbstlö­ schendes Element verwendet, wobei ein Schaltkreis (snubber circuit) zum Begrenzen einer Überspannung in einer Abschalt- bzw. Sperrperiode mit dem GTO-Thyristor verbunden ist. Wenn letzterer ein- oder durchgeschal­ tet ist, um die Spannung eines Kondensators im genann­ ten Schaltkreis zu initialisieren (zu entladen), muß der Einschaltzustand des GTO-Thyristors für eine vor­ bestimmte Zeit (die Mindest-Einschaltzeit Δt: z. B. etwa 100 µs) erhalten bleiben.

In dem in Fig. 3 gezeigten Fall verringert sich das Eingangssignal ei im Pegel, so daß das Intervall, in welchem das Gatesignal g1 den Pegel "1" aufweist, d. h. das Intervall, in welchem das Element S1 EIN (das Ele­ ment S3 AUS) ist, kürzer wird als die Mindest-Ein­ schaltzeit Δt. Zur Sicherstellung der Mindestein­ schaltzeit des Elements wird daher das Gatesignal (gate signal) g1 zur Bildung eines Signals g1′ einer Impuls- oder Pulsbreite entsprechend der Mindesteinschaltzeit Δt korrigiert. Auf ähnliche Weise wird das Gatesignal g2 zur Bildung eines Signals g2′ korrigiert. Als Ergeb­ nis erhält die Ausgangsspannung Vu die im untersten Teil von Fig. 3 gezeigte Wellenform. Infolgedessen ist der Mittelwert Vu von Ausgangsspannungen eine konstante positive oder negative Größe, unabhängig von der Größe des Eingangssignals ei, wie dies durch die gestrichel­ ten Linien in Fig. 3 angegeben ist.

Wenn nämlich beim Steuergerät der herkömmlichen Null­ punkt-angeklammerten Stromumformervorrichtung der Pegel des Eingangssignals ei abnimmt oder verkleinert wird, wird die Ausgangsspannung Vu unabhängig von der Größe des Eingangssignals ei zu einer konstanten Größe. Hier­ durch wird es unmöglich, einen Laststrom Iu zu regeln oder zu steuern. Insbesondere dann, wenn eine Ausgangs­ frequenz niedrig ist, häufen sich Spannungsfehler unter Vergrößerung des Laststroms Iu auf. Im schlimmsten Fall wird das betreffende Element zerstört.

Wenn außerdem eine plötzliche Änderung im Pegel des Eingangssignals ei auftritt, vergrößert sich die Puls­ breite des Gatesignals g1 zur Sicherung der Mindestein­ schaltzeit Δt des Elements S1. Da das Gatesignal g1 mit vergrößerter Pulsbreite das Gatesignal g2 teilweise überlappt, werden infolgedessen das Element S1 einge­ schaltet und das Element S2 abgeschaltet, das Element S3 abgeschaltet und das Element S4 eingeschaltet. Folg­ lich wird die Gesamtgleichspannung Vd = Vd1 + Vd2 an das Element S2 oder S4 angelegt und damit das betreffen­ de Element S2 oder S4 zerstört.

Die oben geschilderten Probleme beim Stand der Technik lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• a) Wenn der Pegel des Eingangssignals ei niedrig ist, ist eine Steuerung der selbstlöschenden Elemente un­ möglich.
• b) Zur Vermeidung eines Gleichstromkurzschlusses ist eine Leerzeit (oder Leerlaufzeit) für das Steuern jedes selbstlöschenden Elements erforderlich.
• c) Beim Auftreten einer plötzlichen Pegeländerung des Eingangssignals ei wird eine Überspannung an das be­ treffende selbstlöschende Element angelegt und die­ ses dadurch zerstört.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Steuergeräts einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung, welches die Mindestein­ schaltzeit jedes Elements zu sichern bzw. zu gewährlei­ sten vermag und eine einem Eingangssignal ei proportio­ nale Ausgangsspannung erzeugt (generiert), wenn der Pe­ gel des Eingangssignals niedrig ist, um damit unsteuer­ bare bzw. unkontrollierbare Bereiche auszuschließen.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Steuer­ geräts einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung, das bei der Steuerung jedes selbstlöschenden Elements keine unnötige Abschaltzeit benötigt.

Dieses Steuergerät soll auch eine Zerstörung jedes Ele­ ments durch eine plötzliche Pegeländerung eines Ein­ gangssignals verhindern können.

Gegenstand der Erfindung ist ein Leistungs- oder Strom­ umformer-Steuergerät zum Steuern einer Nullpunkt-ange­ klammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung mit ersten bis vierten selbstlöschenden Elementen, die auf­ einanderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenanschluß aufweisenden Stromversorgung geschaltet sind, vier Freilaufdioden, die parallel zu den selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihenschaltung aus ersten und zweiten An­ klammerdioden, die parallel zu einer Reihenschaltung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromver­ sorgung verbundenen Knotenpunkt aufweisen. Dieses Steu­ ergerät umfaßt eine Schaltung zum Erzeugen oder Gene­ rieren eines ursprünglichen oder Original-PWM-Steuer­ signals einer Pulsbreite entsprechend einem Eingangs­ signalpegel und eine PWM-Steuersignalerzeugungseinheit zum Umwandeln des Original-PWM-Steuersignals in ein PWM-Steuersignal einer Pulsbreite, die der Summe aus der Pulsbreite des Original-PWM-Steuersignals und einer Breite entsprechend einer der Einschalt- und Abschalt­ perioden jedes der selbstlöschenden Elemente äquivalent ist, und zum Zuspeisen des umgewandelten PWM-Steuersi­ gnals zu den ersten bis vierten selbstlöschenden Ele­ menten.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Leistungs- oder Stromumformer-Steuergerät zum Steuern einer Nullpunkt- angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtlung mit ersten bis vierten selbstlöschenden Elementen, die aufeinanderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenanschluß aufweisenden Stromversorgung geschaltet sind, vier Freilaufdioden, die parallel zu den selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihenschaltung aus ersten und zweiten An­ klammerdioden, die parallel zu einer Reihenschaltung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromver­ sorgung verbundenen Knotenpunkt aufweisen. Dieses Steu­ ergerät umfaßt eine Dreieckswellensignalerzeugungs­ schaltung zum Erzeugen eines ersten Dreieckswellensi­ gnals, dessen Pegel sich an einer positiven Seite än­ dert, und eines zweiten Dreieckswellensignals, das mit dem ersten Dreieckswellensignal in Phase ist und dessen Pegel sich an einer negativen Seite ändert, und eine Schaltung zum Vergleichen eines Eingangssignals mit den ersten und zweiten Dreieckswellensignalen von der Drei­ eckswellensignalerzeugungsschaltung zwecks Erzeugung von Pulsbreitenmodulations- oder PWM-Steuersignalen je­ weils einer Pulsbreite entsprechend einem Pegel (einer Größe) des Eingangssignals und zum Zuspeisen der Steu­ ersignale zu den selbstlöschenden Elementen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Leistungs- oder Stromumformer-Steuergerät zum Steuern einer Nullpunkt- angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung mit ersten bis vierten selbstlöschenden Elementen, die aufeinanderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenanschluß aufweisenden Stromversorgung geschaltet sind, vier Freilaufdioden, die parallel zu den selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihenschaltung aus ersten und zweiten An­ klammerdioden, die parallel zu einer Reihenschaltung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromver­ sorgung verbundenen Knotenpunkt aufweisen. Dieses Steu­ ergerät umfaßt eine Schaltung zum Zuspeisen von Tor­ steuer- oder Gatesignalen zu den selbstlöschenden Ele­ menten zum Schalten eines positiven Ausgangsmodus, in welchem die ersten und zweiten selbstlöschenden Elemen­ te eingeschaltet (EIN) sind, eines Nullausgangsmodus, in welchem die zweiten und dritten selbstlöschenden Elemente eingeschaltet sind, und eines negativen Aus­ gangsmodus, in welchem die dritten und vierten selbst­ löschenden Elemente eingeschaltet sind, in der Weise, daß das Umschalten vom positiven Modus auf den negati­ ven Modus oder vom negativen Modus auf den positiven Modus stets über den Nullausgangsmodus erfolgt.

Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus ein Lei­ stungs- oder Stromumformer-Steuergerät zum Steuern einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromum­ formervorrichtung mit ersten bis vierten selbstlöschen­ den Elementen, die aufeinanderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenan­ schluß aufweisenden Stromversorgung geschaltet sind, vier Freilaufdioden, die parallel zu den selbstlöschen­ den Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihenschaltung aus ersten und zweiten Anklammerdioden, die parallel zu einer Reihenschaltung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromversorgung verbundenen Kno­ tenpunkt aufweisen, das gekennzeichnet ist durch eine Stromrichtungsdetektionseinheit zum Erfassen einer Richtung eines Ausgangsstroms von der Stromumformervor­ richtung und zum Ausgeben erster bzw. zweiter Detek­ tions- oder Meßsignale, die jeweils einer ersten Rich­ tung bzw. einer zweiten, zur ersten Richtung entgegen­ gesetzten Richtung entsprechen, und eine Einrichtung zum Abschalten der ersten und zweiten selbstlöschenden Elemente in Abhängigkeit vom ersten Meßsignal und zum Abschalten der dritten und vierten selbstlöschenden Elemente in Abhängigkeit vom zweiten Meßsignal.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild des Aufbaus des Hauptschal­ tungsteils einer bisherigen Nullpunkt-ange­ klammerten Leistungs- oder Stromumformer­ vorrichtung,

Fig. 2 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung einer Operation (des Betriebs) der durch ein her­ kömmliches Steuergerät (an)gesteuerten Vor­ richtung,

Fig. 3 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung von sich beim herkömmlichen Steuergerät ergeben­ den Problemen,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung in Verbindung mit dem Aufbau des Hauptschaltungsteils (main circuit) der Vorrichtung,

Fig. 5 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung einer Operation der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts der Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit dem Aufbau des Hauptschaltungsteils der Vorrichtung,

Fig. 7 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung einer Operation des Steuergeräts nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung einer Operation der Ausführungsform nach Fig. 6,

Fig. 9 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teil­ darstellung des Zeitsteuerdiagramms von Fig. 8,

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts der Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit dem Aufbau des Hauptschal­ tungsteils der Vorrichtung,

Fig. 11 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung einer Operation des Geräts nach Fig. 10 und

Fig. 12 ein Schaltbild einer Nullpunkt-angeklammer­ ten Leistungs- oder Stromumformervorrich­ tung, auf welche die Erfindung angewandt ist.

Die Fig. 1 bis 3 sind eingangs bereits erläutert wor­ den.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Steuergeräts einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformer­ vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit dem Aufbau des Hauptschaltungsteils der Vorrichtung. Obgleich in Fig. 4 ein Steuergerät für eine Einzelphase (U-Phase) dargestellt ist, sind Steu­ ergeräte für die beiden restlichen Phasen (V- und W- Phasen) ähnlich aufgebaut wie das Steuergerät für die U-Phase.

Die Ausgangsklemme eines Stromdetektors CTu ist mit einer Eingangsklemme eines in einer Steuerschaltung angeordneten Komparators Cu verbunden. An die andere Eingangsklemme des Komparators Cu wird ein Strombezeichnungswert Iu* angelegt. Die Ausgangsklemme des Komparators Cu ist über einen Stromsteuerkompensationskreis Gu(s) an die Eingangsklemmen von Begrenzerkreisen LIM1 und LIM2 angeschlossen. Die Ausgangsklemme jedes Be­ grenzerkreises LIM1 und LIM2 ist mit einer Eingangs­ klemme einer entsprechenden Addierstufe A1 bzw. A2 ver­ bunden. An die andere Eingangsklemme jeder Addierstufe A1 und A2 ist bzw. wird eine Vorspannung Δe angelegt. Die Ausgangsklemme jeder Addierstufe A1 und A2 ist mit einer Eingangsklemme eines entsprechenden (zugeordne­ ten) Komparators C1 bzw. C2 verbunden. Die anderen Ein­ gangsklemmen der Komparatoren C1 und C2 sind jeweils an die X- bzw. Y-Ausgangsklemmen eines Dreieckswellengene­ rators TRG angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der Kom­ paratoren C1 und C2 sind jeweils an die Eingangsklemmen von Schmitt-(Trigger-)Kreisen SH1 bzw. SH2 angeschlos­ sen.

Bei der beschriebenen Schaltung wird ein U-Phasenlast­ strom Iu durch den Stromdetektor CTu erfaßt und dem Komparator Cu des Stromsteuerkreises eingespeist. Der Komparator Cu vergleicht den Strombezeichnungswert Iu* mit dem Stromdetektions- bzw. -meßwert Iu zwecks Ableitung einer Abweichung εu=Iu*-Iu. Die Abweichung εu wird durch den Stromsteuerkompensationskreis Gu(s) verstärkt. Die verstärkte Abweichung wird dann als Ein­ gangssignal ei den Begrenzerkreisen LIM1 und LIM einge­ speist.

Das Eingangssignal ei wird durch die Begrenzerkreise LIM1 und LIM2 in ein positives Signal ei(+) und ein ne­ gatives Signal ei(-) geteilt. Genauer gesagt: der Be­ grenzerkreis LIM1 gibt ei(+) = ei aus, wenn das Ein­ gangssignal ei < 0. Der Begrenzerkreis LIM2 gibt ei(-) = ei aus, wenn das Eingangssignal ei < 0.

Die Ausgangssignale ei(+) und ei(-) von den Begrenzer­ kreisen LIM1 und LIM2 werden jeweils den Addierstufen A1 bzw. A2 eingespeist. Als Ergebnis werden Vorspannun­ gen ±Δe jeweils wie folgt zu den Ausgangssignalen hin­ zuaddiert:

ei(+)* = ei(+) + Δe
ei(-)* = ei(-) - Δe

Der Dreieckswellengenerator TRG generiert zwei Dreieckswellensignale X und Y und speist diese den Komparatoren C1 bzw. C2 zu. Der Komparator C1 vergleicht die Dreieckswelle X mit dem Eingangssignal ei(+)* zur Bildung eines Torsteuer- oder Gatesignals g1 für die Elemente S1 und S3 über den Schmitt-Kreis SH1. Der Komparator C2 vergleicht das Dreieckswellensignal Y mit dem Eingangssignal ei(-)* zur Bildung eines Torsteuer- oder Gatesignals g2 für die Elemente S2 und S4 über den Schmitt-Kreis SH2.

Fig. 5 ist ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung einer Operation bzw. Arbeitsweise der Erfindung.

Ein Trägerwellensignal X für PWM-Steuerung ist ein Dreieckswellensignal, das eine konstante Frequenz be­ sitzt und sich im Pegel bzw. in der Größe zwischen 0 und +EMAX ändert. Ein Trägerwellensignal Y ist ein Dreieckswellensignal, das eine konstante Frequenz be­ sitzt, sich im Pegel zwischen 0 und -EMAX ändert und mit dem Trägerwellensignal X in Phase liegt. Genauer gesagt:

wenn X = +EMAX, Y = 0, und
wenn X = 0, Y = -EMAX.

Das Signal ei ist ein Ausgangssignal vom Stromsteuerkompensationskreis Gu(s); die Signale ei(+)* und ei(-)* sind neue PWM-Steuereingangssignale, die über die Begrenzerkreise LIM1 und LIM2 sowie die Addierstufen A1 und A2 erhalten bzw. gebildet werden.

Die Torsteuer- oder Gatesignale g1 und g2 werden durch Vergleichen der neuen PWM-Steuereingangssignale ei(+)* und ei(-)* mit den erwähnten Dreieckswellensignalen X und Y wie folgt gebildet:

Wenn ei(+)* < X, wird g1=1 gebildet, um das Element S1 einzuschalten (das Element S3 abzuschalten).
Wenn ei(+)* X, wird g1=0 gebildet, um das Element S1 abzuschalten (das Element S3 einzuschalten).
Im Fall von ei(-)* < X, wird g2=1 gebildet, um das Element S4 einzuschalten (das Element S2 abzuschalten.).
Im Fall von ei(-)* Y, wird g2=0 gebildet, um das Element S4 abzuschalten (das Element S3 einzuschalten).

Da in diesem Fall das Dreieckswellensignal Y mit dem Dreieckswellensignal X in Phase ist, wird g2 = 1 nicht gebildet, wenn g1 = 1 gebildet wird.

Wenn die (im folgenden einfach als Gatesignale bezeich­ neten) Torsteuer- oder Gatesignale g1 und g2 durch Ver­ gleichen des ursprünglichen Eingangssignals ei mit dem Dreieckswellensignal X gewonnen bzw. gebildet werden, besitzen die Signale g1 bzw. g2 jeweils die in Fig. 5 in gestrichelten Linien eingezeichneten Wellenformen. Das tatsächliche Zeitintervall jedes der Signale g1 = 1 und g2 = 1 ist in einer durch eine gestrichelte Linie in Fig. 5 angegebenen Wellenform stets um Δt verlängert. Insbesondere werden erfindungsgemäß die Pulsbreiten der EIN- bzw. Einschalt- und AUS- bzw. Abschaltsignale für jedes Element unabhängig von der Größe des ursprüngli­ chen Eingangssignals ei nicht unter die Größe Δt ver­ kleinert, so daß stets die Mindesteinschaltzeit und die Mindestabschaltzeit jedes Elements gewährleistet ist.

Eine Ausgangsspannung Vu von der Umformervorrichtung ändert sich bei den EIN/AUS-Operationen, der Elemente S1, S2, S3 und S4 auf die im folgenden angegebene Wei­ se. Es ist anzumerken, daß die Gesamtgleichspannung mit Vd bezeichnet ist und Vd1 = Vd2 = Vd/2 gilt.

Wenn die Elemente S1 und S2 eingeschaltet sind, gilt Vu = +Vd/2.
Wenn die Elemente S2 und S3 eingeschaltet sind, gilt Vu = 0.
Wenn die Elemente S3 und S4 eingeschaltet sind, gilt Vu = -Vd/2.

Als Ergebnis kann eine dreipegelige Ausgangsspannung (d. h. Ausgangsspannung mit drei Größenwerten) erhalten werden.

Das Intervall, in welchem die Ausgangsspannung Vu = +Vd/2 gesetzt oder gegeben ist, bestimmt sich durch die Einschaltperiode des Elements S1 (das Inter­ vall, in welchem g1 = 1 gilt). Der Mittelwert der posi­ tiven Spannungskomponenten Vu(+) der Ausgangsspannung Vu ist dem Wert bzw. der Größe des neuen PWM-Eingangssignals ei(+)* proportional. Auf ähnliche Weise wird das Intervall, in welchem die Ausgangsspannung Vu=-Vd/2 gegeben ist, durch die Einschaltperiode des Elements S4 (das Intervall, in welchem g2=1) bestimmt. Der Mittelwert der negativen Spannungskomponenten der Ausgangsspannung Vu ist der Größe des neuen PWM-Eingangssignals ei(-)* proportional.

Obgleich der Vorspannung Δe proportionale Spannungen zu den positiven und negativen Spannung addiert bzw. hinzugefügt werden, heben diese Spannungen im Hinblick auf die Gesamtausgangsspannung Vu einander auf, weshalb der Mittelwert Vu dem ursprünglichen Eingangssignal ei proportional ist.

Wenn nämlich das ursprüngliche oder Original-Eingangs­ signal ei positiv ist, sind die Pulsbreiten aller posi­ tiven Spannungskomponenten Vu(+) jeweils um die Größen Δt vergrößert, und der Mittelwert ist erhöht. Zwischen den jeweiligen Impulsen werden jedoch unter Aufhebung der Erhöhung negative Impulse jeweils einer Pulsbreite Δt ausgegeben. Wenn das Eingangssignal ei negativ ist, sind die Pulsbreiten aller negativen Spannungskomponen­ ten Vu(-) unter Erhöhung des Mittelwerts jeweils um die Werte bzw. Größen Δt vergrößert. Zwischen den je­ weiligen negativen Vorspannungen bzw. Impulsen werden jedoch unter Aufhebung der Vergrößerung positive Impul­ se jeweils der Pulsbreite Δt ausgegeben. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung Vu von der Umformervor­ richtung zu einer dem ursprünglichen Eingangssignal ei proportionalen Größe. Auch wenn der Pegel des ursprüng­ lichen Eingangssignal ei verkleinert wird oder ist, kann die vorstehend beschriebene Wirkung erzielt wer­ den. Erfindungsgemäß kann eine dem Eingangssignal ei proportionale Ausgangsspannung stets erzielt werden, und zwar unabhängig von der Größe des Eingangssignals ei, wodurch unkontrollierbare Bereiche, die eines der Probleme beim Stand der Technik aufwerfen, vermieden werden.

Obgleich die Frequenzen der Trägerwellensignale X und Y gemäß obiger Beschreibung konstant sind, ist die Erfin­ dung gleichermaßen auf einen Fall anwendbar, in welchem die Trägerwellensignale X und Y variable bzw. veränder­ liche Frequenzen besitzen, solange die Phasen der Wel­ len miteinander übereinstimmen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Addier­ stufen A1 und A2 jeweils zwischen den Begrenzerkreis LIM1 und den Komparator C1 bzw. zwischen den Begrenzer­ kreis LIM2 und den Komparator C2 geschaltet. Die Addier­ stufen A1 und A2 können jedoch auch jeweils zwischen die Komparatoren C1 bzw. C2 und die Ausgangsklemme des Dreieckswellengenerators TRG geschaltet sein. Dies be­ deutet, daß die Vorspannung Δe zu den Dreieckswellen­ signalen in entgegengesetzten Richtungen addiert bzw. hinzugefügt werden kann, anstatt die Vorspannung zu den PWM-Steuereingangssignalen ei(+) und ei(-) hinzuzufü­ gen. In diesem Fall wird das ursprüngliche Eingangssi­ gnal ei in das positive Signal ei(+) und das negative ei(-) geteilt, wobei das Signal ei(+) und eine Recht­ eckwelle X′ miteinander verglichen werden, um das Gate­ signal g1 für die Elemente S1 und S3 zu bilden. Als Dreieckswelle X′ wird ein Wert bzw. eine Größe benutzt, der bzw. die durch Addieren oder Hinzufügen der Vor­ spannnung -Δe zum Signal X vom Dreieckswellengenerator TRG erhalten wird.

Genauer gesagt: X′ = X - Δe.

Im Fall von ei(+) < X′ wird g1 = 1 gebildet, uni das Element S1 einzuschalten (das Element S3 abzu­ schalten).
Im Fall von ei(+) X′ wird g1 = 0 gebildet, um das Element S1 abzuschalten (das Element S3 einzu­ schalten).

Außerdem werden das Signal ei(-) und ein Dreieckswel­ lensignal Y′ zur Bildung des Gatesignals g2 für die Elemente S2 und S4 miteinander verglichen. Dabei gilt:
Y′ = Y + Δe.

Im Fall von ei(-) < Y′ wird g2 = 1 gebildet, um das Element S4 einzuschalten (das Element S2 abzu­ schalten).
Im Fall von ei(-) Y′ wird g2 = 0 gebildet, um das Element S4 abzuschalten (das Element S2 einzu­ schalten).

Ähnlich wie im Fall der in Fig. 5 gezeigten Gatesignale weist jedes der auf diese Weise geformten oder gebilde­ ten Gatesignale g1 und g2 eine Pulsbreite auf, die stets länger bleibt als die Mindesteinschaltzeit (oder die Mindestabschaltzeit) Δt. Auch wenn der Pegel des ursprünglichen Eingangssignals ei verkleinert wird, kann daher die Ausgangsspannung Vu erhalten werden, welche dem Wert bzw. der Größe des Eingangssignals ei proportional ist. Dies bedeutet, daß die Pulsbreitenmo­ dulations- bzw. PWM-Steuerung fortlaufend in allen Be­ reichen durchgeführt werden kann, wodurch das betref­ fende Problem beim Stand der Technik gelöst wird.

Wenn die PWM-Steuerung durchgeführt wird, während die Vorspannung Δe zum Eingangssignal ei(+) oder ei(-) hinzugefügt ist oder wird, ist der Steuerbereich der PWM-Steuerung um eine Größe entsprechend der Vorspan­ nung Δe verschmälert, wodurch der Nutzwirkungsgrad der Umformervorrichtung herabgesetzt wird. Letztere wirft ein Problem insbesondere in einem Fall auf, in welchem die Absolutgröße des Eingangssignals ei ver­ größert ist oder wird. Eine solche Verringerung des Nutzwirkungsgrads der Umformervorrichtung kann dadurch verhindert werden, daß die Vorspannung Δe zum Ein­ gangssignal ei nur dann hinzugefügt wird, wenn die Ab­ solutgröße des Eingangssignals ei klein ist, und die Vorspannung Δe auf Null gesetzt wird, wenn die Absolutgröße des Eingangsignals ei erhöht ist.

Wenn die Absolutgröße des Eingangssignals ei zum Ein­ stellen der Vorspannung Δe auf Null erhöht ist oder wird, kann ein entsprechender Operations- oder Betriebs­ fehler dadurch vermieden werden, daß die PWM-Steuerung mittels des ursprünglichen Eingangssignals ei durchge­ führt wird, ohne dieses durch die Begrenzerkreise LIM1 und LIM2 hindurchlaufen zu lassen. Die Drift eines Be­ grenzerkreises oder einer Addierstufe wirft insbesonde­ re dann ein Problem auf, wenn die Umformervorrichtung durch eine Analogschaltung gebildet ist. Da in diesem Fall jedoch das ursprüngliche Eingangssignal für PWM- Steuerung unmittelbar eingegeben wird, ergibt sich kein Problem bezüglich einer Drift.

Im allgemeinen erhöhen sich in einer Motorlast oder dgl. die Ausgangsspannung und die Amplitude (Spitzen­ wert) des Eingangssignals ei für PWM-Steuerung prak­ tisch proportional zur Ausgangsfrequenz der Umformer­ vorrichtung. Im Fall einer Wechselstromlast kreuzt das Eingangssignal ei den Nullpunkt jede 1/2 Periode (cycle), wobei in der Nähe oder im Bereich des Null­ punkts ein unkontrollierbarer Zustand auftreten kann. Da jedoch die Ausgangsfrequenz erhöht ist, wird die entsprechende unkontrollierbare Periode verkürzt, wo­ durch der Einfluß unkontrollierbarer Zustände insgesamt praktisch ausgeschaltet wird.

Der Nutzwirkungsgrad der Umformervorrichtung kann daher durch Ausschaltung unkontrollierbarer Bereich vergrö­ ßert sein, indem die Vorspannung Δe zum Eingangssi­ gnal ei nur dann hinzugefügt wird, wenn die Ausgangs­ frequenz niedrig ist, und Δe = 0 gesetzt oder einge­ stellt wird, wenn die Ausgangsfrequenz erhöht ist bzw. sich erhöht.

Auch wenn sich beim beschriebenen Steuergerät der Null­ punkt-angeklammerten Stromumformervorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform der Pegel des Eingangssignals ei für PWM-Steuerung verringert, kann der unkontrollierba­ re Zustand durch die Mindesteinschalt- oder -abschalt­ zeit Δt für jedes Element verhindert werden, und es kann die dem Eingangssignal ei proportionale Ausgangs­ spannung Vu erzielt werden. Darüber hinaus kann eine Minderung des Nutzwirkungsgrads der Umformervorrich­ tung dadurch verhindert werden, daß die Vorspannung Δe entsprechend der Größe des Eingangssignals ei oder der Ausgangsfrequenz von einem Wert (einer Größe) auf einen anderen Wert (bzw. eine andere Größe) umgeschal­ tet wird.

Mit der Erfindung wird daher ein Steuergerät der ange­ gebenen Art geschaffen, bei dem die Mindestein- und -abschaltzeiten für jedes Element der Umformervorrich­ tung gesichert sein können und eine dem Eingangssignal ei proportionale Ausgangsspannung auch dann erzeugt werden kann, wenn der Pegel des Eingangssignals niedrig ist, wodurch unkontrollierbare Bereiche vermieden oder ausgeschaltet werden.

Im folgenden ist eine andere Ausführungsform des Stell­ ergeräts der Nullpunkt-angeklammerten Stromumformer­ vorrichtung anhand von Fig. 6 erläutert.

Da der Hauptschaltungsaufbau dieser Umformervorrich­ tung demjenigen von Fig. 4 entspricht, wird auf eine nähere Beschreibung des Schaltungsaufbaus verzichtet.

Ein Steuergerät zum Steuern der Umformervorrichtung um­ faßt einen Komparator Cu zum Vergleichen eines Meßsi­ gnals von einem Stromdetektor CTu mit einem Strombezeichnungswert Iu*, einen Stromsteuerkompensationskreis Gu(S) mit einer an die Ausgangsklemme des Komparators Cu angeschlossenen Eingangsklemme, Komparatoren C1 und C2, die an die Ausgangsklemme des Stromsteuerkompensa­ tionskreises Gu(S) bzw. die X- und Y-Ausgangsklemmen eines Dreieckswellengenerators TRG angeschlossen sind, Schmitt-Kreise SH1 und SH2, die mit den Ausgangsklemmen der Komparatoren C1 bzw. C2 verbunden sind, monostabile Multivibratoren MM1 und MM2, die an die Ausgangsklemmen der Schmitt-Kreise SH1 bzw. SH2 angeschaltet sind, so­ wie UND-Glieder AND1 und AND2, welche jeweils mit den Ausgangsklemmen der Schmitt-Kreise SH1 und SH2 sowie den Ausgangsklemmen der monostabilen Multivibratoren MM1 und MM2 verbunden sind.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ein U-Phasen-Laststrom Iu durch den Stromdetektor CTu detektiert bzw. gemessen und dem Komparator Cu eines Stromsteuerkreises eingespeist. Der Komparator Cu vergleicht den Strombezeichnungswert Iu* mit dem Strommeßwert Iu zur Ableitung einer Abweichung εu=Iu*-Iu. Die Abweichung εu wird durch den Stromsteuerkompensationskreis Gu(S) verstärkt. Die verstärk­ te Abweichung wird sodann als Eingangssignal ei den Kom­ paratoren C1 und C2 eingespeist.

Der Dreieckswellengenerator TRG generiert Dreieckswel­ lensignale X und Y und speist diese den Komparatoren C1 und C2 zu. Der Komparator C1 vergleicht das Dreiecks­ wellensignal X mit dem Eingangssignal ei zur Bildung eines Gatesignals g1 für Elemente S1 und S3 über den Schmitt-Kreis SH1. Der Komparator C2 vergleicht das Dreieckswellensignal Y mit dem Eingangssignal ei zur Bildung eines Gatesignals g2 für Elemente S2 und S4 über den Schmitt-Kreis SH2.

Fig. 7 ist ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung einer Operation dieser Ausführungsform.

Ein Trägerwellensignal X für PWM-Steuerung ist ein Dreieckswellensignal, das eine konstante Frequenz be­ sitzt und sich im Pegel zwischen 0 und +EMAX ändert. Ein Trägerwellensignal Y ist ein Dreieckswellensignal, das eine konstante Frequenz besitzt, sich im Pegel zwi­ schen 0 und -EMAX ändert und mit dem Trägerwellensignal X in Phase liegt.

Genauer gesagt:

Im Fall von X = +EMAX gilt Y = 0 und
im Fall von X = 0 gilt Y = -EMAX.

Die Spannungsdifferenz zwischen einem Punkt b1 (X = 0) und einem Punkt b2 (Y = -EMAX) entspricht daher EMAX.

Die Gatesignale g1 und g2 werden durch Vergleichen des PWM-Steuereingangssignals ei mit den Dreieckswellen­ signalen X und Y wie folgt gebildet:

Im Fall von ei < X wird g1 = 1 gebildet, um das Element S1 einzuschalten (das Element S3 abzu­ schalten).
Im Fall von ei X wird g1 = 0 gebildet, um das Element S1 abzuschalten (das Element S3 einzu­ schalten).
Im Fall von ei < Y wird g2 = 1 gebildet, um das Element S4 einzuschalten (das Element S2 abzu­ schalten).
Im Fall von ei Y wird g2 = 0 gebildet, um das Element S4 abzuschalten (das Element S2 einzu­ schalten).

In diesem Fall ändert sich die Ausgangsspannung Vu von der Umformervorrichtung auf die im folgenden angegebene Weise. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Gesamtgleich­ spannung mit Vd bezeichnet ist und Vd1 = Vd2 = Vd/2 gilt.

Wenn die Elemente S1 und S2 eingeschaltet sind, gilt Vu = +Vd/2.
Wenn die Elemente S2 und S3 eingeschaltet sind, gilt Vu = 0.
Wenn die Elemente S3 und S4 eingeschaltet sind, gilt Vu = -Vd/2.

Dies bedeutet, daß damit eine Dreipegel-Ausgangsspan­ nung erhalten oder erzielt wird. Der Mittelwert Vu ist dem Eingangssignal ei proportional.

Es sei angenommen, daß sich der Pegel des Eingangssi­ gnals ei an einem Punkt a plötzlich ändert. Da in die­ sem Fall die Pulsbreite des Gatesignals g1 kürzer wird als die Mindesteinschaltzeit Δt des Elements S1, wird das Signal g1 in ein durch eine gestrichelte Linie in Fig. 7 angegebenes Signal g1′ umgesetzt, um die Min­ desteinschaltzeit Δt sicherzustellen (to secure). Falls jedoch die Pegeländerung des Eingangssignals ei kleiner ist als die Größe EMAX, kreuzt das Signal ei die Dreieckswelle Y nicht am Punkt a, und das Gatesi­ gnal g2 bleibt auf "0". Die Zeitspannen bzw. Inter­ valle g1′ = 1 und g2 = 1 überlappen daher einander nicht, wobei das Element S2 stets eingeschaltet (EIN) ist, während das Element S1 eingeschaltet ist. Während das Element S4 eingeschaltet ist, bleibt auf ähnliche Weise das Element S3 stets in einem Einschaltzustand.

Mit anderen Worten: während das Element S2 abgeschaltet (AUS) ist, ist (auch) das Element S1 abgeschaltet. Wenn in diesem Fall der Ausgangsstrom Iu gemäß Fig. 6 in der durch den Pfeil angegebenen Richtung fließt, werden die Dioden D3 und D4 leitend gemacht bzw. durchgeschal­ tet, so daß die Gesamtspannung Vd an die Reihenschal­ tung aus den Elementen S1 und S2 angelegt wird. Da je­ doch diese beiden Elemente abgeschaltet sind, wird an jedes Element eine Spannung Vd/2 angelegt. Wenn das Element S3 abgeschaltet ist, ist auf ähnliche Weise das Element S4 abgeschaltet, so daß eine Vd/2 übersteigende Spannung an keines dieser Elemente angelegt wird.

Wenn bei einem herkömmlichen PWM-Steuergerät das Ein­ gangssignal ei nahe dem Nullpunkt variiert, kann ein Fehler dahingehend vorliegen, daß die Gesamtgleichspan­ nung Vd in den Zwischenpositionen an eines der Elemen­ te S2 und S3 angelegt wird. Erfindungsgemäß kann jedoch ein derartiger Fehler vermieden werden.

Wenn mehrere Nullpunkt-angeklammerte Stromumformervor­ richtungen bereitgestellt werden und eine Multiplex- Pulsbreitenmodulation der Umformervorrichtungen durch Einstellung zweckmäßiger Phasendifferenzen zwischen den Trägerwellensignalen für PWM-Steuerung durchgeführt werden soll, werden Trägerwellensignale, welche die Phasenbeziehung zwischen den beiden Dreieckswellen­ signalen X und Y gemäß Fig. 7 erhalten, den betreffen­ den Umformervorrichtungen zugespeist, um eine Beschä­ digung aufgrund einer Überspannung zu vermeiden, die bei einer plötzlichen Änderung in der Last hervorge­ rufen wird.

Beim Steuergerät gemäß der oben beschriebenen Ausfüh­ rungsform kann auch bei einer plötzlichen Änderung des Pegels eines Eingangssignals die Steuerung durchge­ führt werden, um eine Betriebsart zu vermeiden, in wel­ cher eine gesamte Gleichspannung an ein Element ange­ legt wird, um damit die Möglichkeit für eine Beschädi­ gung des Elements auszuschließen, solange die Pegelän­ derung eine zulässige Größe nicht übersteigt.

Maßnahmen gegen plötzliche Pegeländerungen des Eingangs­ signals ei in einem weiteren Bereich sind im folgenden beschrieben.

Bei der Steuerschaltung (dem Steuergerät) gemäß Fig. 6 wird der monostabile Multivibrator MM1 an der Hinter­ flanke des Gatesignals g1 als Triggerzeittakt (trigger timing) betrieben. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der mo­ nostabile Multivibrator MM1 ein Ausgangssignal, das, wie im Zeitsteuerdiagramm von Fig. 8 angegeben, für ein Intervall ΔtM auf "0" gesetzt ist. Auf ähnliche Weise wird der monostabile Multivibrator MM2 an der Hinter­ flanke des Gatesignals g2 als Triggerzeittakt betrie­ ben. Aufgrund dieser Operation erzeugt der monostabile Multivibrator MM2 ein Signal, das für das Intervall ΔtM auf "0" gesetzt ist.

Das Gatesignal g1 und das Ausgangssignal des monostabi­ len Multivibrators MM2 werden für eine UND-Verknüpfung dem UND-Glied AND1 zugespeist, wodurch ein neues Gate­ signal g11 erzeugt wird. Das Gatesignal g11 wird auf "0" gesetzt oder eingestellt, während sich das Aus­ gangssignal des monostabilen Multivibrators MM2 auf "0" befindet, und es wird während der anderen Intervalle auf den gleichen Pegel wie das Gatesignal g1 gesetzt.

Auf ähnliche Weise bewirkt das UND-Glied AND2 eine UND- Operation oder -Verknüpfung am Gatesignal g2 und am Ausgangsignal des monostabilen Multivibrators MM1 zwecks Bildung eines neuen Gatesignals g22. Das Gate­ signal g22 ist oder wird auf "0" gesetzt, während das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators MM1 auf "0" liegt, und es wird in den anderen Intervallen auf den gleichen Pegel wie das Gatesignal g2 gesetzt.

Es sei angenommen, daß in der Steuerschaltung mit den beschriebenen monostabilen Multivibratoren das PWM- Steuerträgerwellensignal X ein Dreieckswellensignal ist, das sich im Pegel zwischen 0 und +EMAX ändert und eine konstante Frequenz aufweist, und das Trägerwel­ lensignal Y ein Dreieckswellensignal ist, das mit dem Trägerwellensignal X in Phase liegt, seinen Pegel zwi­ schen 0 und -EMAX ändert und eine konstante Frequenz besitzt, wobei diese Signale jeweils den Komparatoren C1 bzw. C2 zugespeist werden und sich das PWM-Steuer­ eingangssignal ei ab dem Punkt a stufenweise ändert.

In diesem Fall vergleichen die Komparatoren C1 und C2 jeweils das PWM-Steuereingangssignal ei mit den Drei­ eckswellensignalen X bzw. Y zwecks Bildung der Gate­ signale g1 bzw. g2 auf folgende Weise:

Für ei < X, g1 = 1.
Für ei X, g1 = 0.
Für ei Y, g2 = 0.
Für ei < Y, g2 = 1.

Der monostabile Multivibrator MM1 wird an der Hinter­ flanke des Gatesignals g1 betrieben und gibt ein "0"- Pegelsignal für das bzw. während des Intervalls ΔtM aus. Auf ähnliche Weise wird der monostabile Multivi­ brator MM2 an der Hinterflanke des Gatesignals g2 be­ trieben, und er gibt ein "0"-Pegelsignal für das In­ tervall ΔtM aus.

Das UND-Glied AND1 berechnet die logische UND-Ver­ knüpfung (logical AND) zwischen dem Gatesignal g1 und einem Ausgangssignal m2 des monostabilen Multivibrators MM2 und gibt das neue Gatesignal g11 aus. Das UND-Glied AND2 berechnet die logische UND-Verknüpfung zwischen dem Gatesignal g2 und einem Ausgangssignal m1 vom mono­ stabilen Multivibrator MM1 und gibt das neue Gatesi­ gnal g22 aus. Dies bedeutet, daß die UND-Glieder AND1 und AND2 Signale ausgeben oder liefern, die durch fol­ gende Gleichungen darstellbar sind:

g11 = g1 · m2; g22 = g2 · m1.

Die die Umformervorrichtung bildenden Elemente S1, 52, S3 und S4 werden durch die bzw. mittels der neuen Gate­ signale g11 und g22 wie folgt EIN/AUS-gesteuert:

Im Fall von g11 = wird das Element S1 einge­ schaltet (das Element S3 abgeschaltet).
Im Fall von g11 = 0 wird das Element S3 einge­ schaltet (das Element S1 abgeschaltet).
Im Fall von g22 = 0 wird das Element S2 einge­ schaltet (das Element S4 abgeschaltet).
Im Fall von g22 = 1 wird das Element S4 einge­ schaltet (das Element S2 abgeschaltet).

Die Ausgangsspannung Vu von der Umformervorrichtung än­ dert sich bei den EIN/AUS-Operationen der Elemente S1 bis S4 auf die im folgenden angegebene Weise. Dabei ist die Gesamtgleichspannung mit Vd bezeichnet, und es gilt Vd1 = Vd2 = Vd/2.

Wenn die Elemente S1 und S2 eingeschaltet sind, gilt Vu = +Vd/2.
Wenn die Elemente S2 und S3 eingeschaltet sind, gilt Vu = 0.
Wenn die Elemente S3 und S4 eingeschaltet sind, gilt Vu = -Vd/2.

Dies bedeutet, daß eine Dreipegel-Ausgangsspannung er­ halten wird. Der Mittelwert Vu ist dem Eingangssignal ei proportional.

Es sei angenommen, daß sich der Pegel des Eingangssi­ gnals ei am Punkt a plötzlich (bzw. schlagartig) än­ dert. Da in diesem Fall die Pulsbreite des Gatesignals g1 kürzer wird als die Mindesteinschaltzeit Δt des Elements S1, wird das Signal g1 in das durch eine ge­ strichelte Linie in Fig. 8 angegebene neue Gatesignal g11 umgesetzt oder umgewandelt, um die Mindestein­ schaltzeit Δt sicherzustellen.

Obgleich sich das Gatesignal g2 zum Zeitpunkt a auf "1" ändert, wird deshalb, weil das Ausgangssignal m1 des monostabilen Multivibrators MM1 auf "0" gesetzt ist, das neue Gatesignal g22 für die Einstellzeit (set time) ΔtM des monostabilen Multivibrators MM1 auf "0" gehal­ ten.

Gemäß Fig. 9, die einen Teil der Wellenform nahe dem Punkt a in vergrößertem Maßstab zeigt, wird auch dann, wenn der monostabile Multivibrator MM1 am Punkt a so betrieben wird, daß er das Signal ml = 0 während des Intervalls ΔtM ausgibt und sich der Pegel des Gatesi­ gnals g2 am Punkt a von "0" auf "1" ändert, das neue Gatesignal g22 auf "0" gehalten. Obgleich die Pulsbrei­ te des anderen neuen Gatesignals g11 um eine Größe ent­ sprechend der Element-Mindesteinschaltzeit Δt vergrö­ ßert wird, kann das Auftreten einer Situation, in wel­ cher eines der Probleme beim Stand der Technik auf­ tritt, durch Einstellen oder Vorgeben von ΔtM < Δt verhindert werden.

Obgleich das Element S1 im Fall von g11 = 1 eingeschal­ tet wird oder ist, wird jedesmal dann, wenn g11 = 1, g22 = 0 gilt und das Element S1 eingeschaltet ist, das Element S2 auf die in Fig. 9 angegebene Weise einge­ schaltet, wodurch das Anlegen der gesamten oder vollen Gleichspannung an das Element S2 verhindert wird. Auf ähnliche Weise gilt, g11 = 0, wenn g22 = 1, und das be­ treffende Element wird beim jedesmaligen Einschalten des Elements S3 eingeschaltet, so daß die Anlegung der gesamten Gleichspannung an das Element S3 verhindert wird.

Das Element S1 ist - genauer gesagt - abgeschaltet, während das Element S2 abgeschaltet ist. Wenn dabei der Ausgangsstrom Iu von der Umformervorrichtung gemäß Fig. 6 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung fließt, werden die Dioden D3 und D4 leitend bzw. durchgeschal­ tet, so daß die gesamte Spannung Vd an die Reihenschal­ tung aus den Elementen S1 und S2 angelegt wird. Da je­ doch diese beiden Elemente abgeschaltet (AUS) sind, wird jedem Element eine Spannung Vd/2 aufgeprägt. Wenn das Element S3 abgeschaltet ist, ist auf ähnliche Weise (auch) das Element S4 abgeschaltet, so daß an keines dieser Elemente eine Vd/2 übersteigende Spannung ange­ legt wird.

Wenn sich bei einem herkömmlichen PWM-Steuergerät das Eingangssignal ei plötzlich ändert, kann ein Fehler da­ hingehend vorliegen oder auftreten, daß die Gesamt- Gleichspannung Vd an eines der Elemente S2 und S3 un­ ter den Elementen S1 bis S4, die in den Zwischenposi­ tionen angeordnet sind, angelegt wird. Erfindungsgemäß kann dagegen ein derartiger Fehler vermieden werden.

Beim Steuergerät der Nullpunkt-angeklammerten Umformer­ vorrichtung gemäß der beschriebenen Ausführungsform kann auch dann, wenn sich der Pegel eines PWM-Steuer­ eingangssignals plötzlich ändert, die Steuerung so er­ folgen, daß eine Situation vermieden wird, in welcher eine Gesamt-Gleichspannung an ein Element angelegt wird, wodurch die Möglichkeit für eine Beschädigung des betreffenden Elements ausgeschaltet wird.

Noch eine andere Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anhand von Fig. 10 erläutert. Da die Um­ formervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform den gleichen Schaltungsaufbau wie die vorher beschriebene Ausführungsform aufweist, sind beiden Ausführungsformen gemeinsame Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen erläu­ tert.

Bei einer Steuerschaltung gemäß dieser Ausführungsform ist die Ausgangsklemme eines Komparators Cu zum Ver­ gleichen eines Laststroms Iu mit einem Strombezeichnungswert Iu* mit jeweils einer Eingangsklemme je eines Komparators C1 und C2 über einen Stromsteuerkompensa­ tionskreis Gu(s) verbunden. Die andere Eingangsklemme jedes der Komparatoren C1 und C2 ist mit einer entspre­ chenden X- bzw. Y-Ausgangsklemme eines Dreieckswellen­ generators TRG verbunden. Die Ausgangsklemmen der Kom­ paratoren C1 und C2 sind an die betreffenden Eingangs­ klemmen von Schmitt-Kreisen SH1 und SH2 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des Schmitt-Kreises SH1 ist mit der einen Eingangsklemme eines UND-Glieds AND1 und der Ein­ gangsklemme eines Inverters IV1 verbunden, während die Ausgangsklemme des Schmitt-Kreises SH2 an die eine Ein­ gangsklemme eines UND-Glieds AND4 und die Eingangsklem­ me eines Inverters IV2 angeschlossen ist. Die Ausgangs­ klemme jedes Inverters IV1 und IV2 ist mit einer Ein­ gangsklemme eines zugeordneten UND-Glieds AND3 bzw. AND2 verbunden.

Die Ausgangsklemme eines Hysteresekreises HS, welchen der Laststrom Iu zugespeist wird, ist mit der anderen Eingangsklemme jedes der UND-Glieder AND1 und AND2 und auch mit der anderen Eingangsklemme jedes der UND-Glie­ der AND3 und AND4 über einen Inverter IV3 verbunden.

Wenn bei der Schaltung gemäß Fig. 10 der U-Phasen-Last­ strom Iu durch den Stromdetektor CTu erfaßt oder gemes­ sen und dem Eingang des Komparators Cu des Stromsteuer­ kreises eingespeist wird, vergleicht der Komparator Cu den Strombezeichnungswert Iu* mit dem Strommeßwert Iu zur Ermittlung einer Abweichung εu=Iu*-Iu. Die Abweichung εu wird durch den Stromsteuerkompensations­ kreis Gu(s) verstärkt. Die verstärkte Abweichung wird sodann als Eingangssignal ei für PWM-Steuerung den Kom­ paratoren C1 und C2 eingegeben.

Der Komparator C1 vergleicht ein Dreieckswellensignal X vom Dreieckswellengenerator TRG mit dem Eingangssignal ei und liefert das Vergleichsergebnis zum Schmitt-Kreis SH1. Bei dieser Operation wird ein Gatesignal g1 für die Elemente S1 und S2 vom Schmitt-Kreis SH1 ausgegq­ ben. Auf ähnliche Weise vergleicht der Komparator C2 ein Dreieckswellensignal Y vom Dreieckswellengenerator TRG mit dem Eingangssignal ei und liefert das Ver­ gleichsergebnis zum Schmitt-Kreis SH2. Mittels dieser Operation wird ein Gatesignal g2 für Elemente S2 und S4 gebildet.

Der Hysteresekreis HS dient zur Erfassung oder Bestim­ mung der Richtung des Ausgangsstroms Iu und der Umfor­ mervorrichtung und gibt ein Signal sig wie folgt aus:

Für Iu 0, sig = 1.
Für Iu < 0, sig = 0.

Die Signale g1, g2 und sig werden durch die Inverter IV1 bis IV3 sowie die UND-Glieder AND1 bis AND4 auf die im folgenden angegebene Weise logisch verarbeitet bzw. verknüpft, um Gatesignal gs1 bis gs4 für die Elemente S1 bis S4 zu bilden:

gs1 = g1 · sig
gs2 = · sig
gs3 = ·
gs4 = g2 · .

Die Operation oder Arbeitsweise der in Fig. 10 darge­ stellten Vorrichtung bzw. Schaltung ist nachstehend an­ hand des Zeitsteuerdiagramms von Fig. 11 beschrieben.

Das PWM-Steuerträgerwellensignal X als Dreieckswellen­ signal, dessen Pegel sich zwischen 0 und +EMAX ändert und das eine konstante Frequenz aufweist, sowie das Trägerwellensignal Y als Dreieckswellensignal, das mit dem Trägerwellensignal X in Phase ist, sich im Pegel zwischen 0 und -EMAX ändert und eine konstante Frequenz aufweist, werden jeweils den Komparatoren C1 bzw. C2 zugespeist. Mit dieser Operation werden das PWM-Steuer­ eingangssignal ei und die Dreieckswellensignale X urd Y miteinander verglichen, um die folgenden Signale g1 und g2 zu bilden:

Für ei < X, g1 = 1.
Für ei X, g1 = 0.
Für ei < Y, g2 = 1.
Für ei Y, g2 = 0.

Wenn sich der Ausgangsstrom Iu von der Umformervorrich­ tung auf die durch die gestrichelte Linie in Fig. 11. angegebene Weise ändert, ändert sich der Pegel des Aus­ gangssignals sig des Hysteresekreises HS an einem Punkt a von "0" auf "1" und an einem Punkt b von "1" auf "0". In diesem Fall ändert sich das Gatesignal gs1 für das Element S1 wie folgt:

Wenn sig = 1 (Iu 0) gilt, wird gs1 = g1 gesetzt, um das Element S1 ein- und auszuschalten.
Wenn sig = 0 (Iu < 0) gilt, wird gs1 = 0 gesetzt, um das Element S1 abzuschalten.

Das Gatesignal gs2 für das Element S2 ändert sich wie folgt:

Im Fall von sig = 1 (Iu 0), wird gs2 = 2 ge­ setzt, um das Element S2 ein- und abzuschalten.

Im Fall von sig = 0 (Iu < 0), wird gs2 = 0 ge­ setzt, um das Element S2 abzuschalten.

Das Gatesignal gs3 für das Element S3 ändert sich wie folgt:

Im Fall von sig = 0 (Iu < 0), wird gs3 = g1 ge­ setzt, um das Element S3 ein- und abzuschalten.
Im Fall von sig = 1 (Iu 0), wird gs3 = 0 ge­ setzt, um das Element S3 abzuschalten.

Das Gatesignal gs4 für das Element S4 ändert sich wie folgt:

Im Fall von sig = 0 (Iu < 0), wird gs4 = g2 ge­ setzt, um das Element S4 ein- und abzuschalten.
Im Fall von sig = 1 (Iu 0), wird gs4 = 0 ge­ setzt, um das Element S4 abzuschalten.

Wenn Iu 0 gilt, werden die Elemente S3 und S4 an der unteren Seite abgeschaltet, während die Elemente S1 und S4 an der oberen (höheren) Seite in Übereinstimmung mit den ursprünglichen Signalen g1 und g2 EIN/AUS-betätigt werden, um damit die PWM-Steuerung durchzuführen.

Im Fall von Iu < 0 werden die Elemente S1 und S2 an der oberen Seite abgeschaltet, während die Elemente S3 und S4 an der unteren Seite entsprechend den ursprünglichen Signalen g1 und g2 EIN/AUS-betätigt (oder -gesteuert) werden, um damit die PWM-Steuerung durchzuführen.

Aufgrund dieser Operation ist die üblicherweise nötige Leerzeit ΔtD nicht erforderlich; die Ausgangsspannung Vu von der Umformervorrichtung besitzt die Wellenform auf der Grundlage der ursprünglichen Signale g1 und g2, erzielt oder gebildet durch Vergleich der PWM-Steuer- Dreieckswellensignale X und Y mit dem Eingangssignal ei. Der Mittelwert der Ausgangsspannung Vu ist dem Ein­ gangssignal ei proportional.

Die Vorrichtung bzw. das Gerät gemäß Fig. 10 ist zur Bestimmung der Richtung eines Ausgangsstroms durch Er­ fassung oder Messung des tatsächlichen oder Ist-Stroms Iu ausgelegt. Wenn in diesem Fall der Ausgangsstrom Welligkeitsanteile enthält, wird der Strom in der Nähe des Nullpunkts häufig auf positive und negative Pegel geschaltet. Infolgedessen wird die Bestimmung schwie­ rig.

Wenn ein Ausgangsstrom von der Umformervorrichtung ge­ steuert oder geregelt werden soll, wird aus diesem Grund bevorzugt, daß die Richtung des Ausgangsstrom anhand eines Strombezugssignals Iu* bestimmt wird. Da das Strombezugssignal Iu* keine Welligkeitskomponenten oder -anteile enthält, läßt sich die Bestimmung des Nullpunkts einfach durchführen. Insbesondere unter Berücksichtigung, daß durch die Stromsteuerung Iu=Iu* gesetzt oder vorgegeben ist, beinhaltet die Bestimmung einer Richtung nur eine kleine Fehlergröße. Auch wenn eine geringfügige Phasenverschiebung auftritt, wird die Stromsteuerwellenform (nur) geringfügig verzerrt, so daß keine Möglichkeit für eine Beschädigung von Elemen­ ten gegeben ist.

Beim beschriebenen erfindungsgemäßen Steuergerät für eine Nullpunkt-angeklammerte Stromumformervorrichtung wird die Möglichkeit für ein Kurzschließen einer Gleich­ stromversorgung dadurch ausgeschaltet, daß eines vor zwei selbstlöschenden Elementen an der oberen Seite oder von zwei selbstlöschenden Elementen an der unteren Seite entsprechend der Richtung eines Ausgangsstroms vom Umformer abgeschaltet wird. Infolgedessen braucht die bei der herkömmlichen Vorrichtung oder Anordnung erforderliche Leerzeit nicht berücksichtigt zu werden. Mit der Erfindung wird somit ein entsprechendes Steuer­ gerät geschaffen, durch welches der Nutzungswirkungs­ grad der Umformervorrichtung verbessert wird, eine Grö­ ßenverkleinerung und eine Gewichtssenkung oder eine Kostensenkung für die Vorrichtung erzielt werden kann und äußere Störung des Stromsteuersystems aufgrund der Leerzeit (oder Leerlaufzeit) verhindert werden kann, so daß ein von Verzerrung freier Sinuswellenstrom einer Last zugespeist werden kann.

Anhand der obigen Ausführungsformen ist die Steuerung des U-Phasen-Inverters oder -Umformers beispielhaft er­ läutert. Die Erfindung ist jedoch auch auf die V- und W-Phasen-Inverter bzw. -Umformer anwendbar. Darüber hin­ aus ist die Erfindung auch auf eine in Fig. 12 darge­ stellte Dreiphasen-NPC-Umformervorrichtung für Stromzu­ speisung zu einer Dreiphasen-Dreileitungs-Last übertrag­ bar.

Bei der in Fig. 12 dargestellten Dreiphasen-NPC-Umfor­ mervorrichtung sind U-, V- und W-Phasen-Umformerkreise INVu, INVv bzw. INVw zu einer Reihenschaltung aus Gleichstromversorgungen Vd1 und Vd2 parallelgeschaltet. Jeder dieser Umformerkreise (inverter circuits) INVu, INVv und INVw besitzt den gleichen Schaltungsaufbau, wie er für den U-Phasen-Umformerkreis gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben worden ist. Die Ausgangsklemmen der Umformerkreise sind jeweils mit den Klemmen bzw. Anschlüssen einer Dreiphasen-Last LOAD verbunden.

Jeder Umformerkreis der Dreiphasen-NPC-Umformervorrich­ tung wird durch eines der Steuergeräte gesteuert, wie sie in Verbindung mit den obigen Ausführungsformen be­ schrieben worden sind.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen besitzen die Trägerwellensignale X und Y konstante Frequenzen. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung auch auf einen Fall anwendbar ist, in welchem die Trägerwellen­ signale X und Y variable Frequenzen besitzen, solange die Trägerwellensignale miteinander in Phase sind.

Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Erfindung in Form von Steuerhardware-Blockschaltbildern darge­ stellt. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung auch mittels arithmetischer Operationen durch Software unter Verwendung eines Mikrorechners oder dgl. reali­ sierbar ist.

Gemäß den beschriebenen Ausführungsformen ist die Er­ findung auf eine Umformer- bzw. Wechselrichtervorrich­ tung zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom an­ gewandt. Die Erfindung ist jedoch auch auf eine Gleich­ richtervorrichtung zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom anwendbar.

Claims (10)

1. Leistungs- oder Stromumformer-Steuergerät zum Steu­ ern einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung mit ersten bis vierten selbstlöschenden Elementen (S1-S4), die aufein­ anderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenanschluß aufwei­ senden Stromversorgung (Vd1, Vd2) geschaltet sind, vier Freilaufdioden (D1-D4), die parallel zu den selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihenschaltung aus ersten und zweiten Anklammer­ dioden (D5, D6), die parallel zu einer Reihenschal­ tung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (S2, S3) (und) in einer Richtung entge­ gengesetzt dazu geschaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromversorgung verbundenen Knotenpunkt aufweisen, gekennzeichnet durch

• - eine erste Pulsbreitenmodulations- oder PWM- Steuersignalerzeugungseinrichtung (Cu, Gu(s)) zum Erzeugen eines ersten PWM-Steuersignals (ei) einer Pulsbreite entsprechend einem Stromdetek­ tions- oder -meßwert (Iu) und
• - eine zweite PWM-Steuersignalerzeugungseinrich­ tung (LIM1, LIM2, A1, A2, C1, C2, SH1, SH2, TRG) zum Umwandeln des ersten PWM-Steuersignals in zweite PWM-Steuersignale (g1, g2) jeweils einer Pulsbreite, welche der Summe aus der Pulsbreite des ersten PWM-Steuersignals und einer Breite entsprechend einer der Einschalt- und Abschalt­ perioden der selbstlöschenden Elemente propor­ tional ist, und zum Zuspeisen der zweiten PWM- Steuersignale zu den ersten bis vierten selbst­ löschenden Elementen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das erste PWM-Steuersignal erzeugende Einrich­ tung eine Detektions- oder Meßeinheit (CTu) zum Er­ fassen bzw. Messen eines von der Umformervorrich­ tung einer Last (LOAD) zugespeisten Stroms als Strommeßwert (Zu) und eine Abweich(ungs)signalaus­ gabeeinheit (Cu) zum Ausgeben eines Abweichungs­ signals als erstes PWM-Steuersignal, welches einer Differenz zwischen einem extern oder von außen zugespeisten Strombezeichnungswertsignal (Iu*) und dem Strommeßwert (Iu) entspricht, umfaßt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite PWM-Steuersignal erzeugende Einrich­ tung Begrenzereinheiten (LIM1, LIM2) zum Teilen des ersten PWM-Steuersignals (ei) in positive und nega­ tive Signale, Vorspann(ungs)einheiten (A1, A2) zum Addieren oder Hinzufügen einer vorbestimmten Vor­ spannung zu den von den Begrenzereinheiten ausgege­ benen positiven und negativen Signalen und zum Aus­ geben der vorgespannten (biased) positiven und ne­ gativen Signale, eine Dreieckswellenerzeugungsein­ heit (TRG) zum Erzeugen eines ersten Dreieckswellen­ signals, dessen Pegel sich an einer positiven Seite ändert, und eines zweiten Dreieckswellensignals, welches die gleiche Frequenz und Phase wie das er­ ste Dreieckswellensignal aufweist und dessen Pegel sich an einer negativen Seite ändert, und Steuer­ einheiten (C1, C2) zum Vergleichen der positiven und negativen Signale mit den ersten und zweiten Dreieckswellensignalen zwecks Bildung jeweiliger Differenzen sowie zum EIN/AUS-Steuern der ersten und dritten selbstlöschenden Elemente und der zwei­ ten und vierten selbstlöschenden Elemente unter Verwendung der beiden PWM-Steuersignale entspre­ chend der Differenz umfaßt.

4. Leistungs- oder Stromumformer-Steuergerät zum Steu­ ern einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung mit ersten bis vierten selbstlöschenden Elementen (S1-S4), die aufein­ anderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenanschluß aufwei­ senden Stromversorgung (Vd1, Vd2) geschaltet sind, vier Freilaufdioden (D1-D4), die parallel zu den selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihenschaltung aus ersten und zweiten Anklammer­ dioden (D5, D6), die parallel zu einer Reihenschal­ tung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (S2, S3) (und) in einer Richtung entge­ gengesetzt dazu geschaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromversorgung verbundenen Knotenpunkt aufweisen, gekennzeichnet durch

• - eine Dreieckswellensignalerzeugungseinheit (TRG) zum Erzeugen eines ersten Dreieckswellensignals (X), das seinen Pegel an einer positiven Seite ändert, und eines zweiten Dreieckswellensignals (Y), das mit dem ersten Dreieckswellensignal in Phase ist und seinen Pegel an einer negativen Seite ändert, und
• - eine Steuereinrichtung (C1, C2) zum Vergleichen eines Pulsbreitenmodulations- oder PWM-Steuer­ signals (ei) mit den ersten und zweiten Dreiecks­ wellensignalen von der Dreieckswellensignalerzeu­ gungseinheit zwecks Erzeugung mindestens erster und zweiter Torsteuer- oder Gatesignale (g1, g2) jeweils einer Pulsbreite, die einem Pegel des PWM-Steuersignals (ei) entspricht und zum EIN/AUS- Steuern der selbstlöschenden Elemente mittels der Steuersignale.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Detektions- oder Meßein­ heit (CTu) zum Erfassen oder Messen eines von der Umformereinrichtung einer Last (LOAD) zugespeisten Stroms als Strommeßwert (Iu), eine Abweich(ungs)­ signalausgabeeinheit (Cu) zum Ausgeben eines Ab­ weichungssignals entsprechend einer Differenz zwi­ schen einem extern oder von außen zugespeisten Strombezeichnungswertsignal (Iu*) und dem Strommeßwert (Iu) und eine Steuersignalausgabeeinrichtung (C1, C2) zum Vergleichen des Abweichungssignals mit den ersten und zweiten Dreieckswellensignalen und zum Ausgeben der ersten und zweiten Torsteuer- oder Gatesignale (g1, g2) umfaßt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ferner erste und zweite mono­ stabile Multivibratoren (MM1, MM2) zum Erzeugen er­ ster bzw. zweiter Impulssignale (m1, m2) mit je­ weils einer Pulsbreite, die länger ist als eine Mindesteinschaltzeit, in Abhängigkeit von den Hin­ terflanken der ersten bzw. zweiten Gatesignale (g1, g2) und eine Einrichtung zum UND-Verknüpfen des er­ sten Gatesignals (g1) und des zweiten Impulssignals (m2) zwecks Erzeugung eines ersten UND-Signals so­ wie zum UND-Verknüpfen des zweiten Gatesignals (g2) und des ersten Impulssignals (m1) zwecks Erzeugung eines zweiten UND-Signals umfaßt und die Steuerein­ richtung die selbstlöschenden Elemente mittels der ersten und zweiten UND-Signale steuert.

7. Leistungs- oder Stromumformer-Steuergerät zum Steu­ ern einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung mit ersten bis vierten selbstlöschenden Elementen (S1-S4), die aufein­ anderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenanschluß aufwei­ senden Stromversorgung (Vd1, Vd2) geschaltet sind, vier Freilaufdioden (D1-D4), die parallel zu den selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihenschaltung aus ersten und zweiten Anklammer­ dioden (D5, D6), die parallel zu einer Reihenschal­ tung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (S2, S3) (und) in einer Richtung entge­ gengesetzt dazu geschaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromversorgung verbundenen Knotenpunkt aufweisen, gekennzeichnet durch

• - eine Gatesignalspeiseeinrichtung (Cu, TRG, SH1, SH2, MM1, MM2, AND1, AND2) zum Zuspeisen von Tor­ steuer- oder Gatesignalen zu den selbstlöschenden Elementen zum Schalten eines positiven Ausgangs­ modus, in welchem die ersten und zweiten selbst­ löschenden Elemente eingeschaltet (EIN) sind, eines Nullausgangsmodus, in welchem die zweiten und dritten selbstlöschenden Elemente eingeschal­ tet (EIN) sind, und eines negativen Ausgangsmo­ dus, in welchem die dritten und vierten selbst­ löschenden Elemente eingeschaltet (EIN) sind, in der Weise, daß das Umschalten vom positiven Modus auf den negativen Modus oder vom negativen Modus auf den positiven Modus stets über den Nullaus­ gangsmodus erfolgt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatesignalspeiseeinrichtung eine Einrichtung (AND1, AND2) aufweist, welche nur eines der PWM- Steuersignale durchläßt, wenn erste und zweite Gate­ signale (g1, g2) einander überlappen.

9. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatesignalspeiseeinrichtung eine Einrichtung zum Ausgeben des Steuersignals mit mindestens einer Pulsbreite entsprechend einer der Einschalt- und Abschaltperioden jedes der selbstlöschenden Elemen­ te aufweist.

10. Leistungs- oder Stromumformer-Steuergerät zum Steu­ ern einer Nullpunkt-angeklammerten Leistungs- oder Stromumformervorrichtung mit ersten bis vierten selbstlöschenden Elementen (S1-S4), die aufein­ anderfolgend in Reihe zwischen zwei Endanschlüsse einer einen Mittel- oder Zwischenanschluß aufwei­ senden Stromversorgung geschaltet sind, vier Frei­ laufdioden (D1-D4), die parallel zu den selbstlö­ schenden Elementen (und) in einer Richtung entgegen­ gesetzt dazu geschaltet sind, sowie einer Reihen­ schaltung aus ersten und zweiten Anklammerdioden (D5, D6), die parallel zu einer Reihenschaltung aus den zweiten und dritten selbstlöschenden Elementen (und) in einer Richtung entgegengesetzt dazu ge­ schaltet sind und einen mit dem Zwischenanschluß der Stromversorgung verbundenen Knotenpunkt aufwei­ sen, gekennzeichnet durch

• - eine Stromrichtungsdetektionseinheit (HS) zum Er­ fassen einer Richtung eines Ausgangsstroms von der Stromumformervorrichtung und zum Ausgeben er­ ster bzw. zweiter Detektions- oder Meßsignale, die jeweils einer ersten Richtung bzw. einer zweiten, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung entsprechen, und
• - eine Einrichtung (C1, C2, IV1, IV2, AND1, AND2, AND3, AND4) zum Abschalten der ersten und zweiten selbstlöschenden Elemente in Abhängigkeit vom er­ sten Meßsignal und zum Abschalten der dritten und vierten selbstlöschenden Elemente in Abhängigkeit vom zweiten Meßsignal.