DE69310387T2 - Konstantspannung-Konstantfrequenzwechselrichter und Verfahren zu deren Steuerung - Google Patents

Konstantspannung-Konstantfrequenzwechselrichter und Verfahren zu deren Steuerung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen CVCF-(Konstantspannungs-Konstantfrequenz)-Wechseirichter und ein Verfahren zu dessen Steuerung bzw. Regelung, und insbesondere einen vorzugsweise bei der Durchführung einer Überlappungsschaltung mit einem rotierenden Stromgenerator eingesetzten Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter.
  • In der GB-2 175 155 A ist ein Umwandlungssystem mit einer Vielzahl an Umwandlungseinheiten beschrieben, das zur Zuführung von Wechselstrom-Ausgangssignalen über eine gemeinsame Sammelleitung an eine Last angeschlossen ist, wobei jede Umwandlungseinheit eine zur Erfassung eines simulierten Querstroms bzw. Ausgleichstroms zwischen den Umwandlungseinheiten angepaßte Simulations-Sammelleitungsschaltung enthält. Daher kann beruhend auf dem simulierten Querstrom vor der Parallelschaltung der Hauptschaltung die Überprüfung parallel betriebener Steuerschaltungen leicht ausgeführt werden.
  • Bei einem sich im Flug befindlichen großen Flugzeug erfolgt die elektrische Energieversorgung beispielsweise durch einen mittels einem Motor angetriebenen rotierenden Stromgenerator. Demgegenüber wird die Energieversorgung am Boden vom Stromgenerator im Flugzeug auf eine in einem Flughafen installierte Energieversorgung umgeschaltet. In diesem Fall ist aufgrund der im Flugzeug installierten Rechner eine unterbrechungsfreie Leistungsschaltung erforderlich. Als im Flugzeug installierte Energieversorgung wird in allgemeinen ein Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter verwendet.
  • Fig. 1 zeigt ein derartiges herkömmliches Energieversorgungssysten. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 30 einen rotierenden Stromgenerator (MG) im Flugzeug, 40 einen Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter (CVCF), 50 die Leistung auf zunehmende Vorrichtungen (Lasten) im Flugzeug, SW1 und SW2 Schalter, ΔI einen Querstrom und IL einen Laststrom. Der Schalter SW1 wird während des Fluges geschlossen, so daß die Lasten 50 Leistung aus dem Stromgenerator 30 aufnehmen. Nach der Landung wird eine unterbrechungsfreie Schaltung durchgeführt, indem zunächst der Schalter SW2 geschlossen wird, so daß beide Schalter SW1 und SW2 während einer kurzen Zeitdauer geschlossen sind, und dann der Schalter SW1 geöffnet wird, so daß die Lasten 50 über den Schalter SW2 die aus dem Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter 40 aufnehmen. Auf diese Weise wird die Überlappungsschaltung durchgeführt.
  • Durch den Überlappungsschaltungsvorgang wird jedoch manchmal aufgrund des Phasenunterschieds zwischen den aus dem Stromgenerator 30 und dem Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter 40 zugeführten Spannungen ein Querstrom ΔI hervorgerufen. Genauer fließt unter der Annahme, daß die Ausgangsspannung und die Ausgangsimpedanz des Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 gleich Asinωt und Z&sub1; und die des Stromgenerators 30 gleich Asin(ωt+θ) und Z&sub2; sind, ein durch Gleichung (1) ausgedrückter Querstrom vom Stromgenerator 30 zum Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter 40.
  • ΔI = A{sin(ωt+θ) - sinωt} / (Z&sub1; + Z&sub2;) = 2A cos(ωt+θ/2) sin(θ/2) / (Z&sub1; + Z&sub2;) (1)
  • Daher ist die Größe des Querstrons ΔI direkt proportional zum Phasenunterschied θ, solange θ vergleichsweise klein ist.
  • Obwohl der Querstrom nur ein kleines Problem darstellt, solange der Phasenunterschied θ klein ist, induziert ein großer Phasenunterschied einen vom Stromgenerator 30 zum Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter 40 oder vom Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter 40 zum Stromgenerator 30 fließenden großen Strom. Wenn beispielsweise die Phase des Stromgenerators 30 gegenüber der des Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 vorauseilt, fließt der Querstrom vom Stromgenerator 30 zum Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichter 40, so daß die Gleichspannung des Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 ansteigt, was im schlimmsten Fall eine Beschädigung der Einrichtungen des Wechselrichters verursachen könnte.
  • Wenn demgegenüber die Phase des Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 gegenüber der des Stromgenerators 30 vorauseilt, fließt der Querstrom vom Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichter 40 zum Stromgenerator 30. In diesem Fall wird bei Überschreiten eines Begrenzungspegels eines Überlaststroms durch den Ausgangsstrom des Konstantspannungs-Konstant frequenz-Wechselrichters 40 eine automatische Steuerung zur Begrenzung der Ausgangsspannung des Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 durchgeführt, um den Wechselrichter 40 vor einer Beschädigung zu schützen. Dies ruft als ande es Problem hervor, daß aufgrund des Spannungsabfalls an den Lasten keine ausreichende Energieversorgung erfolgt.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Konstantspannungs-Konstant frequenz-Wechselrichter und ein Verfahren zu dessen Regelung vor zusehen, wodurch der Schutz des Wechselrichters durch Verringerung des Querstroms und eine stabile und zuverlässige Energieversorgung ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Wechselrichters durch einen Wechseirichter mit den in Patentanspruch 1 genannten Merkmalen und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Patentanspruch 8 genannten Maßnahmen gelöst. Die Erfindung wird des weiteren durch die in den Unteransprüchen genannten Merkmale weiterentwickelt.
  • Erfindungsgemäß wird die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters gesenkt, wenn der Wechselrichter an eine externe Energieversorgung Leistung abgibt, und erhöht, wenn der Wechselrichter eine Leistung von der externen Energieversorgung aufnimmt. Dadurch kann der Querstrom zwischen dem Wechselrichter und der externen Energieversorgung verringert werden. Dies ermöglicht die Verhinderung von Beschädigungen der Komponenten des Wechselrichters und des Spannungsabfalls am Ausgang des Wechselrichters.
  • Zusätzlich wird, wenn die am Kondensator an der Gleichstromseite des Wechselrichters abfallende Gleichspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, die Ausgangsfreguenz des Wechselrichters derart erhöht, daß der Wechselrichter an die externe Energieversorgung Wirkleistung abgibt und folglich die Gleichspannung am Kondensator verringert wird. Dies ermöglicht auch den Schutz der Komponenten des Wechselrichters.
  • Weiterhin gewährleistet die Kombination der vorstehend genannten zwei Techniken eine zuverlässigeren und sicheren Betrieb.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Überlappungsschaltungsvorgangs gemäß einem herkömmlichen unterbrechungsfreien Spannungsschaltsystem.
  • Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm des erfindungsgemäßen Prinzips.
  • Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit Signalverläufen W2 und W2a eines Querstroms ΔI und der Gleichspannung eines erfindungsgemäßen Wechselrichters im Vergleich zu W1 und W1a eines herkömmlichen Wechselrichters.
  • Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters.
  • Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters.
  • Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters.
  • Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
  • Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nachstehend das Prinzip der vorliegenden- Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 erläutert.
  • Wenn die Phase der Ausgangsspannung des Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 gegenüber der des Stromgenerators (MG) 30 wie durch den Pfeil A1 in Fig. 2 angezeigtin einer in Fig. 4 gezeigten Anordnung vorauseilt, wird die Ausgangsfrequenz des Konstantspannungs-Konstantfreguenz-Wechselrichters 40 wie durch den Pfeil A2 in Fig. 2 angezeigt verringert. Wenn demgegenüber die Phase der Ausgangsspannung des Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 der des Stromgenerators 30 nacheilt, wie durch den Pfeil A3 in Fig. 2 angezeigt, wird die Ausgangsfrequenz des Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 wie durch den Pfeil A4 angezeigt derart erhöht, daß der Phasenunterschied vermindert wird. Durch diese Regelung durch Veränderung der Frequenz des Wechselrichters wird der zwischen dem Stromgenerator und dem Konstantspannungs-Konstantfrequenz- Wechselrichter 40 fließende Querstrom ΔI wie bei (b) in Fig. 3 gezeigt stufenweise verringert.
  • In Fig. 3 veranschaulicht (a) den Signalverlauf W1 des Querstroms ΔI, wenn diese Regelung nicht durchgeführt wird, das heißt wenn die Frequenz während des Überlappungsschaltungsvorgangs fest eingestellt bzw. konstant ist. In diesem Fall bleibt, da der Phasenunterschied θ aus Gleichung (1) konstant bleibt, die Größe des Querstrons ΔI ebenfalls konstant.
  • Demgegenüber variiert bei der vorstehend beschriebenen Regelung der Frequenz der Ausgangsspannung des Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters 40 die Größe des Querstroms ΔI wie bei (b) in Fig. 3 gezeigt, so daß der Querstrom ΔI verringert wird.
  • Die Größe des Querstroms ΔI kann mittels der Wirkleistung des Wechselrichters 40 erfaßt werden. Genauer gilt unter der Annahme, daß die Wirkleistung ΔP und der Phasenunterschied zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters 40 und dem Querstrom ΔI gleich φ ist, folgende Gleichung:
  • ΔP = K x ΔI x cosφ, (2)
  • wobei K ein fest eingestellter Koeffizient ist. Somit wird, indem die Wirkleistung auf Null eingestellt wird, der Querstrom ΔI ebenfalls Null, solange cosφ nicht Null ist, was normalerweise Gültigkeit hat.
  • Die Wirkleistung kann nicht nur durch deren direkte Erfassung an der Ausgangsseite des Wechselrichters, sondern auch durch deren indirekte Erfassung mittels der Gleichspannung an der Eingangsseite des Wechselrichters erfaßt werden. Wenn die wirkleistung aus dem Stromgenerator 30 an den Wechselrichter abgegeben wird, wird die Zunahme ΔV bei der Gleichspannung des Wechselrichters als Integral der Wirkleistung ausgedrückt. Somit erhält man folgende Gleichung:
  • ΔV = ΔPdt (3)
  • Entsprechend erhöht eine konstante Wirkleistung linear die Gleichspannung des Wechselrichters. In Fig. 3 veranschaulicht (c) die Signalverläufe der Gleichspannungen des Wechselrichters, wobei der Signalverlauf W1a der bei (a) in Fig. 3 gezeigten konstanten Frequenz und der Signalverlauf W2a der bei (b) in Fig. 3 gezeigten variablen Frequenz entspricht.
    • Ausführungsbeispiel 1
  • Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters.
  • In dieser Figur bezeichnet Bezugszeichen 1 die Hauptschaltung des Wechselrichters, 2 eine Wechselstromreaktanz, 3 einen Kondensator, 4 einen Transformator, 5 einen Stromtransformator (CT), 6 einen Potentialtransformator (PT), 7 einen Ausgangsschaltschütz, 8 eine Impulsverteilungseinrichtung, 9 eine Spannungseinstelleinrichtung, 9a einen Summationspunkt, 10 eine Spannungsstelleinheit, 11 und 16 Wechselstrom-/- Gleichstrom-Wandler, 12 einen V/F- (Spannungs-/Frequenz)- Oszillator, 13 eine V/F-Einstelleinrichtung, 13a einen Summationspunkt, 14 ein Filter, 15 eine Wirkleistungsberechnungseinheit, 17 einen Komparator, 18 eine Stromstelleinheit und 19 einen Schalter.
  • Die Hauptschaltung 1 wandelt eine Gleichspannung in eine Wechselspannung um, wobei deren Ausgangssignal durch ein die Wechselstromreaktanz 2 und den Kondensator 3 umfassenden Filter in einen sinusförmigen Signalverlauf geformt wird. Der Transformator 4 ist zur Anpassung der Ausgangsspannung vorgesehen. Der Stromtransformator 5 erfaßt den Ausgangsstrom des Wechselrichters und der Potentialtransformator 6 die Ausgangsspannung des Wechselrichters. Der Ausgangsschaltschütz 7 wird zu Beginn des Betriebs des Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters eingeschaltet.
  • Ein Spannungsregelkreis besteht aus dem Impulsverteiler 8, der Spannungseinstelleinrichtung 9, dem Summationspunkt 9a, der Spannungsstelleinheit 10 und dem Wechselstrom-/Gleichstrom-Wandler 11. Der Spannungsregelkreis funktioniert wie folgt: Zuerst wandelt der Wechselstrom-/Gleichstrom-Wandler 11 die Ausgangsspannung des Potentialtransformators (PT) 6 derart um, daß der der Ausgangsspannung des Wechselrichters entsprechend erfaßte Wert ausgegeben wird. Die Differenz zwischen dem erfaßten Wert und dem Ausgangssignal der Spannungsstelleinheit 10 wird aus dem Summationspunkt 9a in die Spannungseinstelleinrichtung 9 eingegeben. Die Spannungseinstelleinrichtung 9 führt eine auf der Differenz beruhende Berechnung durch und gibt eine Steuerspannung aus. Die Impulsverteilungseinrichtung 8 steuert die Aktivierung der Schaltvorrichtungen der Hauptschaltung 1 gemäß der Steuerspannung derart, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters bei der durch die Spannungsstelleinheit 10 eingestellten Spannung gehalten wird.
  • Demgegenüber wird die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters wie folgt geregelt. Zuerst erfaßt der Wechselstrom-/Gleichstrom-Wandler 16 den Ausgangsstrom des Wechselrichters und gibt einen dem Ausgangsstrom entsprechenden erfaßten Wert aus. Der Komparator 17 vergleicht den erfaßten Wert mit dem von der Stromstelleinheit 18 zugeführten eingestellten Wert des Ausgangsstroms. Wenn der erfaßte Wert den eingestellten Wert überschreitet, wird der Schalter 19 betätigt.
  • Die Wirkleistungsberechnungseinheit 15 berechnet die Wirkleistungskomponente der vom Wechselrichter an den Stromgenerator abgegebenen oder der vom Wechselrichter von dem Stromgenerator aufgenommenen Leistung auf der Grundlage der vom Stromtransformator 5 und dem Potentialtransformator 6 zugeführten der Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom des Wechselrichters zugehörigen Signale.
  • Ein Frequenzregelkreis besteht aus dem V/F-Oszillator 12, der V/F-Einstelleinrichtung 13 und dem Filter 14. Die V/F-Einstelleinrichtung 13 führt dem V/F-Oszillator 12 ein die Frequenz des V/F-Oszillators 12 auf eine derartige Weise steuerndes Signal zu, daß die Wirkleistung wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 beschrieben Null erreicht. Das Ausgangssignal der V/F-Einstelleinrichtung 13 wird dem Eingang des Filters 14 zugeführt, so daß es über das Filter 14 an den Eingang der V/F-Einstelleinrichtung 13 zurückgeführt wird. Dies dient zur Vermeidung instabilen Betriebs aufgrund eines Sprungs oder dergleichen.
  • Mit dieser Anordnung gibt der Wechselrichter 1 aufgrund der Regelung des Spannungsregelkreises eine konstante Spannung aus und arbeitet aufgrund der Regelung des Frequenzregelkreises mit einer konstanten Frequenz (einer Bezugsfrequenz), solange der Ausgangsstrom des Wechselrichters den eingestellten Wert nicht überschreitet.
  • Demgegenüber wird bei Überschreiten des eingestellten Werts durch den Ausgangsstrom des Wechselrichters der Schalter 19 durch den Komparator derart betätigt, daß die Wirkleistungskomponente über den Summationspunkt 13a der V/F-Einstelleinrichtung 13 zugeführt wird. Die V/F-Einstelleinrichtung 13 regelt die Bezugsfrequenz gemäß der Wirkleistungskomponente. Unter der Annahme, daß die Wirkleistungskomponente bei der Energieversorgung des Wechselrichters durch den Stromgenerator positiv und bei der Energieversorgung des Stromgenerators durch den Wechselrichter negativ ist, wird die Bezugsfrequenz, also die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters, bei positiver Wirkleistungskomponente erhöht, wohingegen sie bei negativer Wirkleistungskomponente gesenkt wird. Daher bleibt der Phasenunterschied zwischen dem Wechselrichter und dem Stromgenerator innerhalb eines festgelegten Werts derart erhalten, däß der Querstrom verringert wird.
    • Ausführungsbeispiel 2
  • Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters.
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungserfassungseinrichtung 21, eine Gleichspannungseinstelleinrichtung 22, ein Summationspunkt 22a und eine Gleichspannungsstelleinheit 23 zusätzlich zur Anordnung gemäß Fig. 4 vorgesehen sind und der Wechselstrom-/Gleichstrom-Wandler 16, der Komparator 17, die Stromstelleinheit 18 und der Schalter 19 daraus entfernt sind.
  • Die Erfassungseinrichtung 21 erfaßt den Gleichspannungsabfall am Kondensator 20. Die erfaßte Spannung wird in den Summationspunkt 22a eingegeben, der die Differenz zwischen der erfaßten Spannung VD und der eingestellten Gleichspannung VS aus der Spannungsstelleinheit 23 ausgibt. Das Ausgangssignal des Summationspunkts 22a wird der Gleichspannungseinstelleinrichtung 22 zugeführt, die eine zur Differenz VD-VS proportionale Spannung ausgibt. Das Ausgangssignal der Gleichspannungseinstelleinrichtung 22 oder der V/F-Einstelleinrichtung 13 wird gemäß der folgenden Regel dem V/F-Oszillator 12 zugeführt: Bei VD > VS wird das Ausgangssignal der Gleichspannungseinstelleinrichtung 22 dem V/F-Oszillator 12 zugeführt, und bei VD > VS wird das Ausgangssignal der V/F-Einstelleinrichtung 13 dem V/F-Oszillator 12 zugeführt.
  • Die normale Regelung dieses Ausführungsbeispiels wird derart durchgeführt, daß beispielsweise der Eingangspegel der V/F- Einstelleinrichtung 13 auf Null eingestellt und die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters auf 400 Hz geregelt wird.
  • Steigt der Gleichspannungsabfall des Wechselrichters am Kondensator 20 an und überschreitet die Spannung VD die Bezugsspannung VS, wird dem V/F-Oszillator 12 anstelle des Ausgangssignals der V/F-Einstelleinrichtung 13 das Ausgangssignal der Gleichspannungseinstelleinrichtung 22 zugeführt. Selbst wenn der Querstrom kleiner als ein festgelegter Wert ist, wird der Spannungsabfall am Kondensator 20 gemäß Gleichung (3) allmählich ansteigen. Wenn daher die Spannung des Kondensators 20 einen vorbestimmten Schwellwert überschrei tet, das heißt, wenn die Spannung VD die Spannung VS überschreitet, führt die Gleichspannungseinstelleinrichtung 22 dem V/F-Oszillator 12 das Ausgangssignal zu, so daß die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters entsprechend der Differenz VD-VS erhöht wird. Wenn die Gleichspannung des Wechselrich ters wieder fällt und die Spannung VD aufgrund des Anstiegs der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters kleiner als VS wird, verschiebt sich die Regelung des V/F-Oszillators 12 von der Gleichspannungseinstelleinrichtung 22 wieder zur V/F- Einstelleinrichtung 13, so daß die Ausgangsfrequenz des Wech selrichters bei 400 Hz beibehalten wird. Der andere Vorgang ist ähnlich zu dem gemäß Fig. 4.
  • Obwohl das dem aus Fig. 4 ähnliche Ausgangssignal der Wirkleistungsberechnungseinheit 15 auf das Eingangssignal des V/F-Oszillators 12 zur Stabilisierung des Systembetriebs angewandt wird, kann die Wirkleistungsberechnungseinheit 15 entfernt werden, wenn der stabile Betrieb ohne sie erreicht wird.
    • Ausführungsbeispiel 3
  • Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild gemäß einem dritten Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäßen Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters.
  • Wie aus dieser Figur ersichtlich, erfolgt die Anordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch Verbindung der in Fig. 4 und 5 gezeigten Anordnungen. Entsprechend ist die Betriebsweise gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Kombination dieser Anordnungen. Insbesondere wird durch den Komparator 17 der Schalter 19 geschlossen, wenn der Ausgangsstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei die Wirkleistungskomponente folglich der V/F-Einstelleinrichtung 13 zugeführt wird. Die V/F-Einstelleinrichtung 13 erhöht oder senkt die Bezugsfrequenz entsprechend der Wirkleistungskomponente derart, daß der Phasenunterschied zwischen dem Wechselrichter und dem Stromgenerator innerhalb eines vorbestimmten Bereichs beibehalten wird. Auf diese Weise wird der Querstrom verringert. Wenn der Spannungsabfall am Kondensator 20 den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, veranlaßt zusätzlich die Gleichspannungseinstelleinrichtung 22 den V/F-Oszillator 12, die Ausgangsfrequenz zu erhöhen. Dadurch wird ein stabilerer und sicherer Betrieb erreicht.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß aufgebauten Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichters und Verfahren zu dessen Regelung offenbart wurden, ist keine Einschränkung der Erfindung auf entweder die hier offenbarten besonderen Anordnungen oder Verwendungen beabsichtigt. Es können auf eine für den Fachmann offensichtliche Weise Modifikationen vorgenommen werden. Entsprechend ist beabsichtigt, die Erfindung lediglich durch den Umfang der beigefügten Patentansprüche zu begrenzen.
  • Wie vorstehend beschrieben, weist ein Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter eine Hauptschaltung (1), einen Spannungsregelkreis (8 - 11) und einen Frequenzregelkreis (12 - 14) auf. In einer normalen Betriebsart wird die Regelung einer konstanten Spannung und konstanten Frequenz mittels dieser Kreise durchgeführt. In einem Überlappungsschaltvorgang wird, wenn ein Komparator (17) das Überschreiten eines vorbestimmten Pegels durch den Ausgangsstrom des Wechselrichters erfaßt, ein Schalter (19) derart geschlossen, daß die von einer Wirkleistungsberechnungseinheit (15) berechnete Wirkleistungskomponente dem Frequenzregelkreis zugeführt wird. Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters wird durch Anderung einer Bezugsfrequenz im Ansprechen auf die Wirkleistung gesteuert. Dies verringert den Phasenunterschied zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters und einer externen Energieversorgung, wodurch ein Querstrom vermindert wird. Dies ermöglicht den Schutz der Komponenten des Wechselrichters und eine zuverlässige Energieversorgung.

Claims (13)

1. Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter mit
a) einer Hauptschaltung (1) zur Umwandlung einer Eingangs- Gleichspannung in eine Ausgangs-Wechselspannung,
b) Spannungssteuereinrichtungen (8 bis 11) zur Steuerung der Ausgangsspannung aus der Hauptschaltung (1),
c) Frequenzsteuereinrichtungen (12 bis 14) zur derartigen Steuerung einer Frequenz der Ausgangsspannung aus der Hauptschaltung (1), daß die Frequenz auf einer Bezugsfrequenz gehalten wird,
d) Erfassungseinrichtungen mit
d1) einer Einrichtung (6) zur Erfassung einer Ausgangsspannung aus der Hauptschaltung (1),
d2) einer Einrichtung (5) zur Erfassung eines Ausgangsstroms aus der Hauptschaltung (1) und
d3) einer Wirkleistungsberechnungseinrichtung (15) zur Berechnung der aus der Hauptschaltung (1) ausgegebenen oder dieser zugeführten Wirkleistung beruhend auf der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom der Hauptschaltung (1),
e) einer Einstelleinrichtung zur Einstellung der Bezugsfrequenz gemäß einem erfaßten Ergebnis der Erfassungseinrichtung,
f) wobei die Einstelleinrichtung die Bezugsfrequenz erhöht, wenn die Hauptschaltung (1) Wirkleistung aufnimmt, und die Bezugsfrequenz senkt, wenn die Hauptschaltung Wirkleistung abgibt,
g) wobei die Einstelleinrichtung eine gemäß der Wirkleistung eine Spannung erzeugende V/F-Einstelleinrichtung (13) enthält und die Frequenzsteuereinrichtung einen dessen Oszillationsfrequenz im Ansprechen auf die von der V/F-Einstelleinrichtung (13) ausgegebene Spannung verändernden V/F-Oszillator (12) enthält und
h) wobei die Einstelleinrichtung weiterhin einen Filter (14) zum Filtern des Ausgangssignals aus der V/F-Einstelleinrichtung (13) sowie einen Summationspunkt (13a) zur Erzeugung einer Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Filters (14) und der Wirkleistung und zur Zufuhr der Differenz zu der V/F- Einstelleinrichtung (13) enthält.
2. Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung weiterhin eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Ausgangsstroms aus der Hauptschaltung mit einem vorbestimmten Wert enthält und die Bezugsfrequenz entsprechend dem Betrag der Wirkleistung ändert, wenn der Ausgangsstrom aus der Hauptschaltung den vorbestimmten Wert übersteigt.
3. Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechsel richter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung der in die Hauptschaltung eingegebenen Gleichspannung und die Einstelleinrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der erfaßten Gleichspannung mit einem vorbestimmten Wert sowie eine die Frequenzsteuereinrichtung steuernde Spannungs- Einstelleinrichtung enthält, so daß die Bezugsfrequenz um einen der Differenz zwischen der erfaßten Gleichspannung und dem vorbestimmten Wert entsprechenden Wert erhöht wird, wenn die erfaßte Gleichspannung den vorbestimmten Wert übersteigt.
4. Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung die Bezugsfrequenz einstellt, wenn die erfaßte Gleichspannung den vorbestimmten Wert unterschreitet.
5. Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung weiterhin eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Ausgangsstroms aus der Hauptschaltung mit einem vorbestimmten Wert enthält und die Frequenzsteuereinrichtung derart steuert, daß die Bezugsfrequenz entsprechend dem Betrag der Wirkleistung verändert wird, wenn der Ausgangsstrom aus der Hauptschaltung den vorbestimmten Wert übersteigt.
6. Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine gemäß der Wirkleistung eine Spannung erzeugende V/F-Einstelleinrichtung enthält und die Frequenzsteuereinrichtung einen dessen Oszillationsfrequenz im Ansprechen auf die von der V/F-Einstelleinrichtung ausgegebene Spannung verändernden V/F-Oszillator enthält.
7. Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Wechselrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung weiterhin einen Filter zum Filtern des Ausgangssignals aus der V/F-Einstelleinrichtung sowie einen Summationspunkt zur Erzeugung einer Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Filters und der Wirkleistung und zur Zufuhr der Differenz zu der V/F-Einstelleinrichtung enthält.
8. Verfahren zur Steuerung eines Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters mit einer Hauptschaltung zur Umwandlung einer Eingangs-Gleichspannung in eine Ausgangs- Wechselspannung mit den Schritten:
a) Steuern einer Frequenz der Ausgangsspannung aus der Hauptschaltung derart, daß die Frequenz auf einer Bezugsfrequenz gehalten wird,
b) Erfassen der Ausgangsspannung aus der Hauptschaltung,
c) Erfassen eines Ausgangsstroms aus der Hauptschaltung,
d) Berechnen der von der Hauptschaltung abgegebenen oder von dieser aufgenommenen Wirkleistung beruhend auf der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom aus der Hauptschaltung und
e) Einstellen der Bezugsfrequenz gemäß einem erfaßten Ergebnis,
f) wobei der Einstellschritt die Schritte Erhöhen der Bezugsfrequenz, wenn die Wirkleistung von der Hauptschaltung aufgenommen wird, und Senken der Bezugsfrequenz aufweist, wenn die Wirkleistung von der Hauptschaltung abgegeben wird, und der Einstellschritt den Schritt Erzeugen einer Spannung gemäß der Wirkleistung aufweist, und der Steuerschritt den Schritt Verändern der Frequenz der Ausgangsspannung aus der Hauptschaltung im Ansprechen auf die Spannung aufweist.
9. Verfahren zur Steuerung eines Konstantspannungs Konstantfrequenz-Wechselrichters nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellschritt die Schritte Vergleichen des Ausgangsstroms aus der Hauptschaltung mit einem vorbestimmten Wert und Einstellen der Bezugsfrequenz entsprechend dem Betrag der Wirkleistung aufweist, wenn der Ausgangsstrom aus der Hauptschaltung den vorbestimmten Wert übersteigt.
10. Verfahren zur Steuerung eines Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungsschritt den Schritt Erfassen der in die Hauptschaltung eingegebenen Gleichspannung aufweist, und der Einstellschritt die Schritte Vergleichen der erfaßten Gleichspannung mit einem vorbestimmten Wert sowie Erhöhen der Bezugsfrequenz um einen der Differenz zwischen der erfaßten Gleichspannung und dem vorbestimmten Wert entsprechenden Wert aufweist, wenn die erfaßte Gleichspannung den vorbestimmten Wert übersteigt.
11. Verfahren zur Steuerung eines Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellschritt den Schritt Einstellen der Bezugsfrequenz aufweist, wenn die erfaßte Gleichspannung den vorbestimmten Wert unterschreitet.
12. Verfahren zur Steuerung eines Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellschritt die Schritte Vergleichen des Ausgangsstroms aus der Hauptschaltung mit einem vorbestimmten Wert und Steuern der Bezugsfrequenz entsprechend dem Betrag der Wirkleistung aufweist, wenn der Ausgangsstrom aus der Hauptschaltung den vorbestimmten Wert übersteigt.
13. Verfahren zur Steuerung eines Konstantspannungs- Konstantfrequenz-Wechselrichters nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellschritt den Schritt Erzeugen einer Spannung gemäß der Wirkleistung aufweist, und der Steuerschritt den Schritt Verändern der Frequenz der Ausgangsspannung aus der Hauptschaltung im Ansprechen auf die Spannung aufweist.
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