DE2423601B2 - Verfahren und schaltungsanordnung zur ansteuerung der steuerbaren hauptventile zweier wechselrichter - Google Patents
Verfahren und schaltungsanordnung zur ansteuerung der steuerbaren hauptventile zweier wechselrichterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier
Wechselrichter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf
eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Für die Steuerung der Gesamtausgangsspannung zweier einphasiger Wechselrichter, die an eine gemeinsame
Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, ist ein Verfahren bekannt, das nach dem ΡΗήΐφ ---deselektronischen
Drehtransformators arbeitet (Siemens-Zeitschrift, Oktober 1964, Heft 10, Seiten 775-781,
insbesondere Bild 7 auf Seite 779). Bei diesem Verfahren, das auch als Schwenkverfahren bezeichnet
wird, ergibt die Zusammensetzung der Ausgangsspannungen beider Wechselrichter über zwei sekundär in
Reihe geschaltete Transformatoren eine Gesamtausgangsspannung, die dem Betrag nach durch zeitliche
Verschiebung der Steuerimpulse für den ersten Wechselrichter gegenüber den Steuerimpulsen für den
zweiten Wechselrichter veränderbar ist. Die Ausgangsspannungen beider Wechselrichter besitzen gleiche
Amplitude und Frequenz. Sie zeigen einen rechteckigen Zeitverlauf mit einem positiven und einem negativen
Spannungsimpuls der Breite 180" pro Periode. Eine Verschiebung der Steuerimpulse für den ersten
Wechselrichter bewirkt eine Phasenverschiebung zwischen beiden Ausgangsspannungen. Die rechteckförmige
Gesamtausgangsspannung ist der Sinusform angenähert. Sie besitzt aber eine Anzahl von Oberschwingungen
niederer Ordnungszahl. Für viele Anwendungsfälle, z. B. bei der unterbrechungsfreien Stromversorgung,
insbesondere bei der Speisung einer Datenverarbeitungsanlage, ist dies unerwünscht. Weiterhin ist die
Steuergeschwindigkeit begrenzt. Sie entspricht ungefähr einer Halbperiodendauer.
Die Steuerung eines einzelnen Wechselrichters kann nach dem Prinzip der Impulsbreitenmodulation durchgeführt
werden (Siemens-Zeitschrift, 45 [1971], Heft 3, Seiten 154 bis 161). Nach diesem Prinzip erzeugt ein
dreiphasiger Pulswechselrichter zwischen seinen Ausgangsklemmen ein dreiphasiges symmetrisches Wechselspannungssystem,
dessen Grundschwingung eine vorgegebene Frequenz und eine steuerbare Amplitude
hat. Die drei Ausgangsspannungen zeigen jeweils einen rechteckförmigen Zeitverlauf mit einer Anzahl positiver
und negativer Spannungsimpulse pro Periode. |ecle Ausgangsspannung kann weitgehend der Sinusform
angenähert werden; sie besitzt außer einem Grundschwingungsanteil jedoch noch zwangsläufig Oberschwingungen
verschiedener Frequenzen. Solche Spannungsoberschwingungen sind z. B. bei Betrieb einer
Drehstrommaschine unerwünscht, da sie Strpmoberschwingungen zur Folge haben, die die Drehstrommaschine
zusätzlich belasten. Die Wahl der Anzahl und Lage der einzelnen Spannungsimpulse und die Modulation
ihrer Breite wird daher so durchgeführt, daß der Oberschwingungsgehalt der Ausgangsspannung möglichst
gering ist. Verbleibende Oberschwingungen sollten hohe Frequenzen haben, damit die Oberschwingungsströme
durch die in der Drehstrommaschine vorhandenen Streureaktanzen klein gehalten werden.
Ein hoher Grundschwingungsgehalt der Ausgangsspannung läßt sich erreichen, wenn man z. B. die Impulsbreiten
proportional zu den Augenblickswerten der Grundschwingungen variiert. Bei diesem Modulationsverfahren
werden Oberschwingungen niederer Ordnungszahl im allgemeinen nicht völlig vermieden, wenn
die einzelnen Ausgangsspannungen steuerbar sein sollen.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter bekannt,
deren Eingänge an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen sind (DT-OS 17 63 530). Die
Ausgangsspannungen der beiden Wechselrichter sind transformatorisch zu einer Gesamtausgangsspannung
zusammengesetzt. Die Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile wird so vorgenommen, daß die beiden
Ausgangsspannungen einen rechteckförmigen Verlauf besitzen. Die erste Ausgangsspannung besteht pro
Periode aus einem positiven und einem negativen Spannungsabschnitt, die beide die gleiche symmetrische
Form besitzen und kleiner als 180° el. sind. Dabei enthält jeder Spannungsabschnitt einen Grundimpuls, der im
wesentlichen die gesamte Amplituden-Zeit-Fläche der Phasenspannung einnimmt, und mindestens zwei zeitlich
aufeinanderfolgende und symmetrisch zum Grundimpuls angeordnete Zusatzimpulse mit gleicher Amplitude,
die wesentlich kleiner ist als diejenige des Grundimpulses. Bei diesem bekannten Verfahren
werden Oberschwingungen der dritten Ordnungszahl und ihre Vielfachen eliminiert. Mit Hilfe der Zusatzimpulse
können auch Oberschwingungen der fünften und siebten Ordnungszahl eliminiert werden, sowie Oberschwingungen
der 17„ 19, 29., 31 Ordnungszahl. Bei
einer Betragsänderung der Grundschwingung verändert sich jedoch das Oberschwingungsspektrum, da die
vollständige Eliminierung der Oberwellen mit den Ordnungszahlen 5, 7, 17, 19, 29, 31 ... nur bei einem
bestimmten Verhältnis der Amplitude des Grundimpulses zur Amplitude der Zusatzimpulse möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem im Oberbegriff des Anspruchs 1
genannten Verfahren dafür zu sorgen, daß das Oberschwingungsspektrum der Gesamtausgangsspannung
hinsichtlich Zahl und Art der Ordnungszahlen der Oberschwingungen bei einer Betragsänderung der
Grundschwingung konstant gehalten wird. Die steuerbare Gesamtausgangsspannung soll nur Oberschwingungen
ab einer bestimmten hohen Ordnungszahl aufweisen; die Ordnungszahlen dieser Oberschwingungen
sollen sich aber im Steuerbereich nicht ändern,
insbesondere sollen beim Durchfahren des Steuerbereichs keine Oberschwingungen mit neuer Ordnungszahl hinzutreten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht in der Schaffung einer hierfür geeigneten Schaltungsanordnung.
,ο Die erstgenannte Aufgabe wird durch die im
Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Gesamtausgangsspannung unabhängig von der Geis
samtbreite der Lücken immer zwölfpulsig. In der Gesamtausgangsspannung sind neben der Grundschwingung
nur Oberschwingungen der Ordnungszahl η = (12 ρ ± 1) mit ρ = 1, 2, 3 .... also nur Oberschwingungen
der Ordnungszahlen n- 11, 13, 23, 25 ...
vorhanden. Beim Steuern der Gesamtausgangsspannung durch eine Änderung der Gesamtbreite der
Lücken ändert sich zwar die Form der Gesamtausgangsspannung, nicht aber die Anzahl und die
Ordnungszahlen der Oberschwingungen.
Falls die Gesamtausgangsspannung noch weiter sinusförmig anzunähern ist, wird ein Filter zwischen die
Wechselrichteranordnung und die Last geschaltet. Das Filter muß für die Oberschwingung mit der niedrigsten
Ordnungszahl ausgelegt werden. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren Oberschwingungen unterhalb der
Ordnungszahl /J=Il nicht auftreten, kann dieses Filter
klein gehalten und kostengünstig aufgebaut werden. Auch das dynamische Verhalten des Filters wird günstig
beeinflußt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt so durchgeführt, daß die Lücken in den Spannungsabschnitten
der ersten Ausgangsspannung dieselbe einstellbare Gesamtbreite besitzen wie die Lücken in den
Spannungsabschnitten der zweiten Ausgangsspannung.
Die Höhe der Spannungsabschnitte der ersten Ausgangsspannung ist um den Faktor (2 + j/3) größer als
die Höhe der Spannungsabschnitte der zweiten Ausgangsspannung. Um diese unterschiedlichen Amplituden
zu erzeugen, könnten prinzipiell getrennte Gleichspannungsquellen mit um diesen Faktor unterschiedlicher
Gleichspannung zur Speisung der beiden Wechselrichter herangezogen werden.
Es ist jedoch vorteilhafter, die Eingänge beider Wechselrichter an dieselbe Gleichspannungsquelle, die
z. B. eine Batterie sein kann, anzuschließen und die unterschiedlichen Amplituden durch unterschiedliche
Übersetzungsverhältnisse bei der transformatorischen Zusammensetzung der beiden Ausgangsspannungen
herzustellen.
Die Gesamtbreite der einzelnen Lücken kann Stellgröße in einem Regelkreis sein, der zur Regelung
der Gesamtausgangsspannung vorgesehen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, bei der Herstellung der Steuerimpulse für beide
do Wechselrichter mit einem einzigen Synchronisiersignal
auszukommen. Eine Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich demgemäß dadurch aus, daß die
Schnittpunkte einer periodischen Synchronisierspannung mit einer einstellbaren Steuergleichspannung
(15 bestimmt werden und daß die Steuersignale für die
Hauptventile beider Wechselrichter in Abhängigkeit von diesen Schnittpunkten gebildet werden. Als
Synchronisierspannung kann vorzugsweise eine sym-
metrische Sägezahnspannung vorgesehen sein.
Eine mögliche Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß für beide Wechselrichter ein gemeinsames Steuergerät vorgesehen ist, das ein
Spannungsvergleichsglied zum Vergleich einer einstellbaren Steuergleichspannung mit einer periodischen
Synchronisierspannung und zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei Spannungsgleichheit enthält, das ein
Schieberegister zur Bildung von gegeneinander versetzten Schaltimpulsen enthält, und das eine logische
Verknüpfungsschaltung enthält, die durch logische Verknüpfung der Ausgangssignale mit den Schaltimpulsen
die Zündsignale für die Hauptventile der beiden Wechselrichter bildet.
Insbesondere sollte hierbei zur Erzeugung des periodischen Synchronisiersignals ein symmetrischer
Sägezahngenerator vorgesehen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Wechelsrichteranordnung mit zwei einphasigen Wechselrichtern zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
F i g. 2 verschiedene Zeitdiagramme für die Wechselrichteranordnung
nach F i g, 1,
Fig.3 eine Wechselrichteranordnung mit zwei dreiphasigen Wechselrichtern zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
F i g. 4 verschiedene Zeitdiagramme für die Wechselrichteranordnung
nach F i g. 3,
Fig.5 weitere Zeitdiagramme für die Wechselrichteranordnung
nach F i g. 3,
Fig.6 den Verlauf von Grundschwingung und Oberschwingungen sowie des Klirrfaktors der Gesamtausgangsspannung
der Wechselrichteranordnung nach F i g. 3 als Funktion des Steuerwinkels,
Fig.7 eine Schaltungsanordnung für die Wechselrichtersteuerung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Blockdarstellung,
Fig.8 den zeitlichen Verlauf von Signalen der
Schaltungsanordnung nach F i g. 7 und
Fig.9 den zeitlichen Verlauf weiterer Signale der Schaltungsanordnung nach F i g. 7.
In Fig. 1 ist eine Wechselrichteranordnung dargestellt,
bei der ein erster und ein zweiter einphasiger Wechselrichter w 1 bzw. vv2 eingangsseitig an eine
gemeinsame Gleichspannungsquelle b angeschlossen sind. Die Gleichspannungsquelle b liefert eine eingeprägte
Gleichspannung u<t, die auch veränderlich sein
kann. Als Gleichspannungsquelle b kann außer einer Batterie auch ein steuerbarer Gleichrichter mit einer
Drosselspule und einem Glättungskondensator, gegebenenfalls auch mit einer Pufferbatterie im Ausgangskreis,
vorgesehen sein. Die Gleichspannungsquelle b ist durch
einen fiktiven Mittelpunkt N in zwei Teilspannungsquellen b 1 und b 2 gleicher Teilspannung Ud/2 unterteilt.
Jeder Wechselrichter w\ und tv2 umfaßt hier in
bekannter Welse vier steuerbare Hauptventile nil,
η 12, /ι 14, η 15 bzw. π 21, η 22, η 24, η 25 mit
gegenparallel geschalteter Rücklaufdlodo d 1 bzw. t/2 in
Brückenschaltung, Als Hauptventite η 1 bzw. η 2 können
insbesondere Thyristoren eingesetzt werden. Mittel zur Zwangskommutierung (Selbstführung) der beiden
Wechselrichter wi, w2 sind vorhanden, jedoch nicht
eingezeichnet. Die Ausgänge beider Wechselrichter w 1
und w 2 sind an die Primärwicklungen von Ausgangstransformatoren M bzw. ti von unterschiedlichem
Übersetzungsverhältnis angeschlossen, Die Sekundärwicklungen beider Ausgangstransformatoren 11 und 12
sind an einem Verbindungspunkt B miteinander in Reihe geschaltet. Die beiden Ausgangstransformatoren 11
und i2 bilden zusammen eine Übertragerschaltung, in der die Ausgangsspannungen U(A, B)und U(B1 Qbeider
Wechselrichter wi bzw. w2zu einer Gesamtausgangsspannung
U(A, C) zusammengesetzt werden, die zwischen den Ausgangsklemmen A und Cabgegriffen wird.
Die Gesamtausgangsspannung U(A, CJversorgt z. B. ein
ίο Wechselstromnetz oder einen Verbraucher L, der einen
induktiven und einen ohmschen Lastanteil besitzt. Als Verbraucher L kann z. B. auch eine Datenverarbeitungsanlage
oder eine Anzahl von Drehstrommotoren vorgesehen sein.
is Fig.2 zeigt untereinander eine Winkel- oder
Zeitachse ωί, die sich über eine volle Periode der
Gesamtausgangsspannung U(A, C), also von 0° bis 360° erstreckt, die Ausgangsspannung U(A1B) des ersten
Wechselrichters wi, die Ausgangswechselspannung U(B, C)des zweiten Wechselrichters w2 und schließlich
die daraus transformatorisch zusammengesetzte Gesamtausgangsspannung U(A, C).
Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß die erste Ausgangsspannung
U(A, B) pro Periode aus einem positiven Spannungsimpuls, der von 30° bis 150° el. reicht, und aus
einem negativen Spannungsimpuls, der von 210° bis 330° el. reicht, besteht. Der positive Spannungsimpuls
besitzt vier Lücken gleicher einstellbarer Gesamtbreite α. Er wird dadurch in fünf rechteckförmige Teilimpiilse
von einstellbarer Breite unterteilt. Die vier Lücken liegen an den Stellen 45°, 75°, 105° und 135° el. Sie sind
an diesen Stellen symmetrisch angeordnet. Der negative Spannungsimpuls weist ebenfalls vier Lücken auf. Diese
sind bei 225°, 255°, 285° und 315° el. symmetrisch angeordnet. Auch der negative Spannungsimpuls ist
also in fünf Teilimpulse unterteilt. Die Lücken weisen alle dieselbe einstellbare Gesamtbreite α auf. Die Höhe
aller zehn Teilimpulse pro Periode ist gleich groß.
Die Gesamtbreite <x läßt sich beim positiven und negativen Spannungsimpuls im Bereich zwischen 0° und
30° el. einstellen. Die Gesamtbreite α bezeichnet somit das Doppelte des Steuerwinkels a/2. Im Fall λ - 0°
erhält man zwei nicht unterteilte Spannungsimpulse, im Fall κ - 30° zehn einzelne Nadelimpulsc verschwin-
dender Breite. Durch eine Veränderung der Gesamtbreite ix in den angegebenen Grenzen läßt sich der
Mittelwert der Grundschwingung der Ausgangsspannung U(A, Beerendem.
Es soll noch einmal hervorgehoben werden, daß die Hauptventile η 11, η 12, η 14, η 15 des ersten Wechselrichters w 1 in der Weise gezündet werden, daß sich die in F i g. 2 dargestellte Ausgangsspannung U(A, £^crgibt Das ist nach verschiedenen Zündimpulsmustern möglich. Bevorzugte Zündimpulsmuster für den Wechselns richter w\ sind in Fig.4 in Diagrammen 2 und 3 dargestellt. Um eine lastunabhängige Ausgangsspun· nung U(A, B) zu erhalten, muß dabei nachoinandei durch gleichzeitige Zündung und Löschung dei Hauptventile nil bzw. π 14 sowie η 12 bzw. η 15 da;
Es soll noch einmal hervorgehoben werden, daß die Hauptventile η 11, η 12, η 14, η 15 des ersten Wechselrichters w 1 in der Weise gezündet werden, daß sich die in F i g. 2 dargestellte Ausgangsspannung U(A, £^crgibt Das ist nach verschiedenen Zündimpulsmustern möglich. Bevorzugte Zündimpulsmuster für den Wechselns richter w\ sind in Fig.4 in Diagrammen 2 und 3 dargestellt. Um eine lastunabhängige Ausgangsspun· nung U(A, B) zu erhalten, muß dabei nachoinandei durch gleichzeitige Zündung und Löschung dei Hauptventile nil bzw. π 14 sowie η 12 bzw. η 15 da;
do Potential an den beiden prlmärseitlgen Anschlußklem
men des Transformators < 1 stets definiert sein.
Die vier steuerbaren Hauptventile η 21, η 22, π 24
Λ 25 des zweiten Wechselrichters tv 2 werden se
angesteuert, daß sich der In FI g. 2 dargestellte zeitlich«
ds Verlauf der zweiten Ausgangsspannung U(B1 C) ergibt
Diese zweite Ausgangsspannung U(B, C) besteht prc Periode aus vier positiven und vier negativen Span
nungslmpulsen. Alle diese Spannungsimpulse habet
dieselbe Breite von 30° el. und sind rechteckig. Die vier positiven Spannungsimpulse liegen symmetrisch bei 15°,
165°, 225° und 315° el. Die vier negativen Spannungsimpulse liegen symmetrisch bei 45°, 135°, 195° und 345° el.
Sie besitzen an diesen Stellen also mittig angeordnet, symmetrische Lücken der bereits erwähnten Gesamtbreite
α. Diese Gesamtbreite « ist bei den Lücken ebenfalls gemeinsam einstellbar, vorzugsweise zusammen
mit der Gesamtbreite der Lücken der ersten Ausgangsspannung U(A, B).
Die Hauptventile π 21, π 22, π 24, π 25 des zweiten
Wechselrichters w 2 werden also in der Weise gezündet, daß sich die in Fig.2 dargestellte Ausgangsspannung
U(B1 C) ergibt. Das ist wiederum nach verschiedenen
Zündimpulsmustern möglich. Bevorzugte Zündimpulsmuster für den Wechselrichter w 2 sind in F i g. 5 in den
Diagrammen 7 und 8 dargestellt. Um eine lastunabhängige Ausgangsspannung U(B, C) zu erhalten, muß dabei
nacheinander durch gleichzeitige Zündung und Löschung der Hauptventile η 21 bzw. η 24 sowie η 22 bzw.
η 25 das Potential an den beiden primärseitigen Anschlußklemmen des Transformators / 2 stets definiert
sein.
Beim Vergleich der beiden Ausgangsspannungen U(A, B) und U(B, C) ist in F i g. 2 festzustellen, daß die
Höhe der zehn Einzelimpulse der ersten Ausgangsspannung U(A, B) größer ist als die Höhe der sechszehn
Einzelimpulse der zweiten Ausgangsspannung U(B, C). Der Vergrößerungsfaktor beträgt (2 + j/3). Dies wird
im vorliegenden Fall dadurch erreicht, daß das Übersetzungsverhältnis Eingangsspannung zu Ausgangsspannung
des Ausgangstranformators 12 um den
genannten Faktor (2 + i/3). größer ist als das Übersetzungsverhältnis
des Transformators /1.
Das Ergebnis der transformatorischen Zusammensetzung der beiden Ausgangsspannungen U(A, B) und U(B,
C) ist im letzten Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Die sich ergebende Gesamtausgangsspannung U(A, C) ist
weitgehend der Sinusform angenähert. Sie besteht aus vierzehn einzelnen Teilimpulsen von rechteckförmigem,
zumeist treppenförmigem Verlauf. Alle 30° el findet sich jetzt eine Lücke. Die Lücken zwischen alien Teilimpulsen
haben dieselbe Gesamtbreite λ. Die Gesamtbreite <x
aller zwölf Lücken pro Periode ist gleichmäßig und gleichförmig um denselben Betrag veränderbar. Der
Steuerwinkel a/2 liegt im Bereich von 0° bis 15° el. Wird er verändert, so wird die Amplitude der
Grundschwingung der Gesamtausgnngsspannung U(A.
Qbetragsmüßig verändert.
Eine Analyse des Kurvenverlaufs ergibt, daß die zwölfpulsige Gesamtausgangsspannung U(A, C) neben
der Grundschwingung nur Oberschwingungen der 11., 13., 23-, 25. ... Ordnung besitzt. Oberschwingungen
einer so hohen Ordnungszahl werden in den meisten Anwendungsfällen nicht als störend empfunden. Bei
einer Änderung des Steuerwinkels a/2 ändern sich nur die Amplitude der Grundschwingung und die Amplitude
dieser Oberschwingungen. Bs treten dabei jedoch im gesamten Bereich des Steuerwinkels «/2 keine Oberschwingungen einer anderen Ordnungszahl hinzu. Öle
Anzahl der Ordnungszahlen 1st also im gesamten Steuerwinkelbereich konstant.
Zwischen der In Flg. 1 dargestellten Wechselrichteranordnung und der Last L kann zusätzlich noch eine
(nicht gezeigte) Filteranordnung aus Induktivitäten und Kapazitäten oder auch aus aktiven Filtern angeordnet
werden, die den Betrag der 11., 13., 23., 25. ... Oberschwingung der Gesamtausgangsspannung U(A,
C) auf das notwendige Maß herabsetzen, z. B. so, daß der Oberschwingungsgehalt kleiner als 5% wird.
F i g. 3 zeigt eine Wechselrichteranordnung, die zur
Erzeugung einer zwölfpulsigen, dreiphasigen Gesamtausgangsspannung
vorgesehen ist. Die Grundschwingung dieser Gesamtausgangsspannung ist dem Betrag
nach steuerbar.
Die Wechselrichteranordnung besteht aus einem ersten und einem zweiten dreiphasigen Wechselrichter
ίο ui und u2, die beide eingangsseitig an derselben
Gleichspannung u,/ liegen. Diese Gleichspannung £/</
wird wiederum von einer Gleichspannungsquelle b geliefert, die durch einen fiktiven Mittelpunkt M'in zwei
Teilspannungsquellen b 1 und b 2 gleicher Teilspannung
is Ud/2 unterteilt ist. Jeder Wechselrichter ui und t/2
umfaßt in bekannter Weise sechs steuerbare Hauptventile η 11 bis π 16 bzw. /i21 bis π 26 in Drehstrombrükkenschaltung.
Als Hauptventile nil bis η26 können
wiederum insbesondere Thyristoren eingesetzt werden.
μ Jedem der Hauptventile nil bis η 26 ist eine
Rückarbeitsdiode d 1 bzw. d2 gegenparallel geschaltet.
In beiden Wechselrichtern u 1 und υ 2 sind zusätzlich
noch an sich bekannte Kommutierungseinrichtungen vorgesehen, welche Löschkondensatoren und gegebenenfalls
zusätzlich auch steuerbare Löschventile enthalten. Auf die Darstellung dieser Kommutierungseinrichtungen,
die für die Funktion erforderlich sind, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Die Kommutierungseinrichtungen
sind so ausgebildet, daß die Hauptventiie der in Reihe geschalteten Hauptzweige
eines Stranges abwechselnd beliebig gezündet und gelöscht werden können, ohne daß es zu einem
Kommutierungskurzschluß kommt. Es muß also z. B. das im ersten Wechselrichter u 1 oben links gezeichnete
.vs Hauptventil η 16 in einer Periode beliebig häufig
löschbar sein, bevor das rechts daneben eingezeichnete, mit ihm in Reihe liegende Hauptventil /i 13 unmittelbar
anschließend gezündet wird, und umgekehrt. Diesen Anforderungen genügen die bekannten Kommulierungseinrichtungen
mit Einzcllöschung oder mit Gegcntaktlöschung (Siemens-Zeitschrift, 43 [1969], Heft 11,
Seiten 888 bis 893), nicht jedoch mit Vcntilfolgelöschung oder mit Phasenlöschung.
Die drei Ausgänge Λ 1,51, Ti und /?2,S2, Γ2 jedes
■ts Wechselrichters u 1 bzw. u2 führen in eine Übcrtragerschaltung
7^ die zwei Transformatoren m 1 und m 2
enthält. In der Übertragerschaltung T werden die Ausgangsspannungen beider Wechselrichter 111 und u 2
zu einer Gcsamtausgangsspnnnung zusammengesetzt,
.so die an den Phasenklemmcn R, S, ^erscheint.
In F i g. 3 sind die beiden dreiphasigen Transformatoren m 1 und m 2 in der sogenannten Dz O-Schaltung
ausgeführt. Anstelle dieser Dz O-Schalt:ung kann auch
cine Dz 6-Schaltung verwendet werden. Insbesondere
die Dz O-Schaltung hat den Vorzug, daß sio für eine gute
Stromaufteilung auf der Primärseite bei Schieflast sorgt. Weiterhin 1st es auch möglich, eine Dy 5· oder eine
Dy 11 -Schaltung einzusetzen. Allgemein gesprochen müssen am Ausgang beider Wechselrichter u\, u2
Transformatorschaltungen verwendet werden, die die Sekundärspannung gegenüber der Prim Urspannung um
denselben Phasenwinkel drehen; weiterhin muß eine dieser Transformatorschaltungen einen auflösbaren
Sternpunkt besitzen, damit sie an die andere Transfer-
matorschöltung angeschlossen werden kann.
Aus FI g. 3 geht hervor, daß die beiden Transformatoren m I und m 2 Im wesentlichen gleichen Schaltungsaufbau besitzen. Die Primärwicklungen sind Im Dreieck
709 B31/243
geschaltet. Sekundärseitig sind auf jedem Schenkel jeweils zwei Sekundärwicklungen angeordnet. Jeweils
zwei Sekundärwicklungen benachbarter Schenkel sind in Reihe geschaltet. Die Sekundärseite Verbindung der
beiden Transformatoren m 1 und m 2 ist so getroffen,
daß die Reihenschaltung von zwei Sekundärwicklungen des einen Transformators m 1 oder m 2 mit der
entsprechenden Reihenschaltung von zwei Sekundärwicklungen des anderen Transformators m 2 bzw. m 1 in
Serie geschaltet ist.· Der eine Endpunkt dieser Gesamtserienschaltung ist jeweils an eine herausgeführte
Sternpunktklemme M gelegt, der andere Endpunkt führt an eine der Phasenklemmen R, S, T. Die
Ausgangsklemmen des Transformators m 1 sind mit Ui, Vi, Wi und die Ausgangsklemmen des Transformators
m2 sind mit t/2, V2, W2 bezeichnet. An den
Ausgangsklemmen i/2, V2, V/2 des Transformators
m2, die direkt zu den Phasenklemmen R, S bzw. T
führen, und an der Sternpunktklemme M des Transformators m 1 steht ein dreiphasiges, symmetrisches
Spannungssystem einschließlich der Sternspannungen zur Verfugung.
Zum Zünden aller Hauptventile n\, η2 ist ein
gemeinsames Steuergerät C vorgesehen. Der Übersichtlichkeit halber ist für jeden der beiden Wechselrichter
ul, u2 nur eine einzige Verbindungsleitung
zwischen einem Hauptventil η 16 bzw. η 26 und dem
Steuergerät C eingezeichnet, über welche die Zündsignale ζ 16 bzw. ζ 26 gegeben werden. Falls steuerbare
Löschventile in den Kommutierungseinrichtungen der Wechselrichter ul, υ2 vorhanden sind, gibt das
Steuergerät Cauch Steuerimpulse an diese Löschventile ab.
Das Steuergerät bildet, wie später noch näher ausgeführt wird, ein periodisches analoges Synchronisiersignal,
aus welchem in Abhängigkeit von einer von außen zugeführten Steuergleichspannung U1. die Steuersignale
gleichermaßen für die Hauptventile η U bis η 16
und für die Hauptventile π 21 bis π 26 hergeleitet
werden. Die einzelnen Hauptventile nil bis π26
werden dabei pro Periode mehrfach gezündet und gelöscht. Die Frequenz beider Wechselrichter u 1 und
ο 2 kann am Steuergerät Cgemeinsam mittels einer von außen zugeführten Frequenzsteuerspannung ui fest
eingestellt oder in Abhängigkeit von anderen Größen geführt werden. Über die Steuergleichspannung uckann
der Steuerwinkcl a/2 verändert und damit der Betrag der Gesamtausgangsspannung gestellt werden. Der
Steuerwinkel <xl2 ist im allgemeinen proportional zur
Steuergleichspannung u,> Die Steuergleichspannung u,·
kann in Abhängigkeit von anderen Größen geführt oder — wie in Fig.3 dargestellt — in einem Regelkreis
gebildet werden.
Bei der in F i g. 3 dargestellten Wechselrichteranordnung läßt sich durch einen Spannungsregelkreis die
Gesamtausgangsspannung! am Ausgang der Übertragerschaltung T konstant halten. Die Gesamtausgangsspannung wird somit, unabhängig von Schwankungen der Gleichspannung uj und von Laststößen des
Verbrauchers. Im Spannungsregelkreis wird zunächst mittels eines Spannungswandlers W der Istwert der
Gesamtausgangsspannuntt zwischen den Phasenklemmen R, S1 TerfoQt, Dieser Spannungsistwert u/wlrd mit
einem Spannungssollwert u„ der durch einen als Potentiometer dargestellten Sollwertgeber P vorgegeben Ist, am Eingang eines Spannungsreglers V
verglichen. Der Spannungsregler Vglbt in Abhängigkeit
von der Regelabweichung die Steuergleichspnnnung uc
ab, welche dem Steuergerät C zugeführt wird. Somit wird der Steuerwinkel a/2 in Abhängigkeit von der
Gleichspannung Ud geführt. Nach Auftreten eines von
dem eingestellten Spannungssollwert us abweichenden
Spannungsistwertes u,- wird die Gesamtausgangsspannung so lange über den Steuerwinkel a/2 nachgeregelt,
bis der Spannungsistwert u, den Spannungssollwert us
wieder erreicht hat.
Die transformatorische Zusammensetzung der Gesamtausgangsspannung
der Wechselrichteranordnung von F i g. 3 wird unter Zuhilfenahme der F i g. 4 und 5
erläutert. Die in den F i g. 4 und 5 gezeigten Spannungs-Zeit-Diagramme beziehen sich jeweils auf die oberhalb
ebenfalls eingezeichnete Zeit- oder Phasenwinkelachse ωί.
Nach Fig.4 wird eine periodische Synchronisierspannung,
im vorliegenden Fall beispielsweise eine symmetrische ■ Sägezahnspannung U1, mit der schon
erwähnten einstellbaren Steuergleichspannung uc ver-
glichen. Die Sägezahnspannung uz besitzt den Scheitelwert Uta und die zwölffache Frequenz der Grundschwingung
der Gesamtausgangsspannung der Wechselrichteranordnung. Haben Sägezahnspannung u, und
Steuergleichspannung uc denselben Wert, was an den
eingezeichneten Punkten im Kurvenverlauf des ersten Diagramms von Fig.4 der Fall ist, so wird in einem
(nicht gezeigten) Spannungsvergleichsglied jeweils eine Schaltflanke gebildet. Das Spannungsvergleichsglied
erzeugt eine (nicht gezeigte) Rechteckspannung, die
z. B. eine abfallende Schaltflanke für den Winkel
01 = 15° + q · 30° - a/2 und eine ansteigende Schaltflanke für den Winkel
ßi = 15° + q · 30° + a/2
besitzt, wobei q = 0, 1, 2, 3 ... Man erhält somit eine
Rechteckspannung mit der zwölffachen Frequenz der Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung. Die
Schaltflanken dieser Rechteckspannung liegen also ,)o symmetrisch zu den Winkeln
ß2 - 15° + q ■ 30°.
Die Lücken an den Stellen jifj haben entsprechend der
Größe der Sägezahnspannung μλ die sich im Bereich
.is von null Volt bis zum Scheitelwert u,{H und umgekehrt,
zeitlinear verändert, eine Gesamtbreite 2 · «/2, die im Bereich von 30° bis 0° el. liegt. Hat die Steucrgleichspannung
U1. z. B. die Höhe des Scheitelwerts ii„,
angenommen, dann betrügt die Gesamtbreitc α - 0° el.
Eine Verringerung der Steuergleichspannung bedeutet dann eine Vergrößerung der Gesamtbreite α und damit
des Steuerwinkels a/2.
Aus dieser (nicht gezeigten) Rechteckspannung werden durch eine geeignete elektronische Zähl- und
Verteilschaltung die Steuerimpulse für die gesteuerten Hauptventile η 11 bis η 16 des Wechselrichters u 1 und
für die gesteuerten Hauptventile π 21 bis η 26 des
Wechselrichters (/2 gebildet. Die Steuerimpulsbildung wird so vorgenommen, daß an den Ausgängen Ri1Si,
Tl des ersten Wechselrichters u 1 gegen den fiktiven
Mittelpunkt Af der Gleichspannungsquelle b die Wechselspannungen U(R I1 Af), U(S 1,M)bzw. U(Tl,
Af)anllegen.
arabischen Ziffern) der PIg.4 eingetragen. Die
negativen rechteckigen Spannungsimpulsen und zeigen jeweils denselben Aufbau. Sie sind aber gegeneinander
jeweils um 120° el. verschoben. Zum Beispiel handelt es
sich bei der Wechselspannung U(R 1, Af) pro Periode um einen positiven, von 0° bis 180° el. reichenden s
Spannungsimpuls der Länge 180°, bei dem an den Stellen 15°, 45°, 135° und 165° el. vier negative
Spannungsimpulse gleicher Höhe und Breite « symmetrisch eingefügt sind, und um einen negativen Spannungsimpuls
der Länge 180°, bei dem an den Stellen |0
195°, 225°, 315° und 345° el. vier positive Spannungsimpulse gleicher Höhe und Breite α symmetrisch eingefügt
sind. Die Breite der eingefügten Spannungsimpulse beträgt also jeweils κ und ist einstellbar. Die
Wechselspannungen U(Sl, M) und U(Tl, M) zeigen pro Periode denselben, je um 120° verschobenen
Aufbau. Die jeweils gezündeten Hauptventile sind rechts neben den Diagrammen angegeben.
Aus der erwähnten (nicht gezeigten) Rechteckspannung werden auch durch geeignete elektronische Zähl- ao
und Verteilschaltungen die Steuerimpulse für die Hauptventile «21 bis η 26 des zweiten Wechselrichters
u 2 gebildet. Die Steuerimpulsbildung erfolgt derart, daß an den Ausgängen R 2, 52, 72 des zweiten Wechselrichters
u 2 gegen den fiktiven Mittelpunkt Af der Gleichspannungsquelle b die Wechselspannungen
U(R2, M), U(S2, M) bzw. U(T2, M) anliegen. Diese
sind in den Diagrammen 7 bis 9 von F i g. 5 eingetragen. Daraus ist zu entnehmen, daß die einzelnen Wechselspannungen
U(R2, M), U(S2, M) und U(T2, M) in gleicher Art und Weise aus Einzclspannungsimpulsen
zusammengesetzt und gegeneinander jeweils um 120° el. verschoben sind. Zum Beispiel handelt es sich bei der
Wechselspannung U (R 2, M) pro Periode um einen negativen Spannungsimpuls, der von 0° bis 30° el. reicht
und bei dem an der Stelle 15° el. ein positiver Spannungsimpuls eingefügt ist, um einen positiven
Spannungsimpuls, der von 30° bis 60° el. reicht, um einen negativen Spannungsimpuls, der von 60° bis 120°
el. reicht, um einer; positiven Spannungsimpuls, der von .|o
120° bis 150° el. reicht, um einen negativen Spannungsimpuls,
der von 150° bis 180° el. reicht, und bei dem an der Stelle 165° el. ein positiver Spannungsimpuls
eingefügt ist, um einen positiven Spannungsimpuls, der von 180° bis 210° el. reicht und bei dem an der Stelle
195° el. ein negativer Spannungsimpuls eingefügt ist, um
einen negativen Spannungsimpuls, der von 210° bis 240° el. reicht, um einen positiven Spannungsimpuls, der von
240° bis 300° el. reicht, um einen negativen Spannungsimpuls, der von 300° bis 330° el. reicht, und um einen so
positiven Spannungsimpuls, der von 330° bis 360° el. reicht und bei dem on der Stelle 345° el. ein negativer
Spannungsimpuls eingefügt ist. Die Breite der symmetrisch eingefügten positiven und negativen Spannungs-
!impulse beträgt jeweils α und ist einstellbar.
Sind die in den Diagrammen 2 bis 4 von PI g. 4 und in
den Diagrammen 7 bis 9 von Pig.5 angegebenen
Wechselspannungen positiv, sind die auf der Plusseite der Gleichspannungsquelle b liegenden Hauptventile
η 13, η 12, η 11 bzw. η 23, η 22, η 21 gezündet; sind sie Ao
negativ, so sind die auf der Minusseite liegenden Hauptventile η 16, π 15, η 14 bzw. η 26, η 23, />24
gezündet. An den angegebenen Stellen der Perlodendauer sind alle eingefügten Spannungsimpulse In ihrer
Breite λ In einem Steuerwinkelbereich ^
0" ί 2 . λ/2 * 30s el.
durch die Steuergleichspannung uc gleichmäßig und
gleichsinnig verschiebbar. Der in den Fig.4 und beispielsweise dargestellte Fall gilt für einen Steuerwin
kel «/2 = 7,5° el.
Die als Leiterspannung gemessene Ausgangsspan nung zwischen den Ausgängen Al, 51 des erstei
Wechselrichters u 1 ergibt sich als Differenz de Wechselspannungen U(R 1, Af) und U(Sl, M) in dei
Diagrammen 2 bzw. 3 von F i g. 4. Diese Ausgangsspan nung U(Rl, Sl) ist in Fig.4 im Diagramm i
eingetragen. Sie entspricht identisch dem Verlauf de ersten Ausgangsspannung U(A, B) von F i g. 2, is
allerdings demgegenüber um 30° nach links phasenver schoben. Sie braucht im einzelnen nicht nochmak
beschrieben zu werden. Entsprechend ergibt sich dit Ausgangsspannung U(Sl, Tl) des ersten Wechselrich
ters u 1 als Differenz der Wechselspannungsverläufe U(Sl, Af) und U(Tl, M) in den Diagrammen 3 und A
von Fig.4. Diese Ausgangsspannung U(Sl, Tl) ist im
Diagramm 6 von F i g. 4 eingezeichnet. Sie ist gegenüber der Ausgangsspannung U(R 1,51) von Diagramm 5 um
120° nach rechts verschoben. Die beiden Ausgangsspannungen
U(Rl, Sl) und U(Sl, Tl) erscheinen auch phasenrichtig an den Ausgangsklemmen Ul, Vl bzw.
Kl, Wl des Transformators m I als Wechselspannungen
U(Ul, Kl)bzw. £7(Kl, Wl).
Die Ausgangsspannung U(R2, 52) des zweiten Wechselrichters u2 ergibt sich als Leiterspannung
zwischen den Ausgängen R 2, 52 aus der Differenz der Wechselspannungen U(R 2, Af) und U(S2, M) in den
Diagrammen 7 und 8 von F i g. 5. Diese Ausgangsspannung U(R2, 52) ist in Diagramm 10 von Fig. 5.
eingetragen. Der zeitliche Verlauf entspricht genau der Ausgangsspannung U(B, C) von Fig.2, ist demgegenüber
jedoch um 30° nach links phasenverschoben. Eine nähere Beschreibung dieser Ausgangsspannung U(R 2,
52) erübrigt sich somit.
Die Ausgangsspannung LJ (S 2, 7*2) des zweiten Wechselrichters ο2, die in Fig. 5 im Diagramm 11
eingetragen ist, ergibt sich entsprechend als Differenz der Wechselspannungen U(S2, M) und U(T2, M) in
den Diagrammen 8 und 9 der F i g. 5, Die Ausgangsspannung U(S2, T2) ist gegenüber der anderen Ausgangsspannung
U (R 2, S2) um 120° el. phasenverschoben.
Die beiden Ausgangsspannungen U (R 2, 52) und
U(S2, 72) erscheinen phasenrichtig an den Ausgangsklemmen L/2, V2 bzw. V2, W2 des Transformators
m2, werwi dessen Sternpunkt — abweichend von der
Darstellung in Fig.3 - kurzgeschlossen ist, als Wechsclspannungen U(U2, V2)bzw. U(V2, W2).
Verbindet man nun in der in Fig.3 dargestellten
Weise die Sternpimktklemmcn des Transformators m2
mit den Ausgangsklemmen Ul, Vl bzw. IVl des
Transformators m 1, dann addiert sich die Ausgangsspannung U(Rt1Si) von Diagramm 3 in F i g. 4 zu der
Ausgangsspannung U (R 2, 52) von Diagramm 10 in FI g, 5. Die Addition ergibt eine Gesamtausgangsspannung U(Ul, V2\ deren zeitlicher Verlauf für den
Steuerwinkelλ/2 - 7,5° el.im Diagramm 12 von Fig. 5
dargestellt ist. Der Verlauf dieser Gesamtausgangsspan· nung U(U2, V2) entspricht der Gesamtausgangsspannung U(A, C) von Pig.2, ist jedoch gegenüber dieser
um 30° nach links verschoben. Eine nochmalige Erläuterung erübrigt sich daher.
Entsprechend addiert sich auch die Ausgangsspan· nung U(Si, Ti) von Diagramm 6 in Fig.4 zu der
Ausgangsspannung U(S2, 72) von Diagramm 11 in
PIg.S. Die Addition ergibt eine Gesamtausgangsspannung U(Vl1 Wt), deren zeitlicher Verlauf für einen
5
Steuerwinkel α/2 = 7,5 · el. im Diagramm 13 von F i g. 5
dargestellt ist. Diese Gesamtausgangsspannung U(V2, W2) ist gegenüber der Gesamtausg<ingsspannung U
(U2, V2) um 120° phasenverschoben, zeigt aber sonst denselben zeitlichen Verlauf. Die (nicht dargestellte)
Gesamtausgangsspannung U(U2, W2) zeigt ebenfalls denselben Verlauf, ist aber um weitere 120° phasenverschoben.
Am Ausgang der Übertragerschaltung Terhält man somit ein symmetrisches dreiphasiges Wechselspannungssystem
mit den drei Gesamtausgangsspan- ι ο nungen U(U2, V2), U(V2, W2)und U(U2, W2).
Im Diagramm 14 von F i g. 5 ist die im Diagramm 12 dargestellte Gesamtausgangsspannung U(U2, V2) für
den Fall dargestellt, daß der Steuerwinkel «/2 = 0° el. beträgt. Auch diese Gesamtausgangsspannung ist
weitgehend der Sinusform angenähert. Sie ist als Grundform anzusehen, aus der bei a/2 + 0° durch
Einfügen von Lücken Gesamtausgangsspannungen mit geringerem Mittelwert entstehen.
Es war eingangs vorausgesetzt worden, daß beide Wechselrichter u 1, u 2 an derselben Gleichspannung Ud
liegen. Aus dem Vergleich zwischen den Diagrammen 5 und 6 in F i g. 4 und den Diagrammen 10 und 11 in F i g. 5
ist ersichtlich, daß die Amplituden der Ausgangsspannungen U(Rt, Si) und U(Si, Ti) gegenüber den
Amplituden der Ausgangsspannungen U (R 2, 52) und U (S 2, T2) größere Werte haben. Das wird durch das
unterschiedliche Übersetzungsverhältnis der beiden Transformatoren m 1 und m 2 erreicht. Hat der
Transformator m 1 das Übersetzungsverhältnis 1, dann muß der Transformator m 2 das Übersetzungsverhältnis
(2 + 1/3) haben.
Aus den Diagrammen 12 und 13 der Fig.5 ist ersichtlich, daß die Gesamtausgangsspannung U (U 2,
V2) bzw. U(V2, W2) einen zwölfpulsigen Spannungsverlauf hat. Dieser Spannungsverlauf enthält bei jedem
Sleuerwinkel a/2 außer der Grundschwingung nur Oberschwingungen der Ordnungszahl /? = (12p± 1)
mit p=l, 2, 3 ..., also Oberschwingungen der Ordnungszahl 11,13,23,25... usw.
Wegen der hohen Pulsigkeit der Gesamtausgangsspannung U (U 2, V2), U(V2, W2) und U (U 2, W2)
wird eine hohe Stellgeschwindigkeit erreicht. Mit anderen Worten: Tritt eine Störung auf, so kann diese
Störung bereits durch Veränderung der Gesamtbreite α der nächsten Lücke in den einzelnen Ausgangsspannungen
berücksichtigt und rückgängig gemacht werden. Es braucht also nicht der Ablauf einer vollen Periode
abgewartet zu werden. Daraus resultiert eine kleine statistische Totzeit der Regelstrecke. Störungen können
also mittels des Regelkreises sehr schnell ausgeregelt werden.
In Fig.6 ist für die Gesamtausgangsspannung U (U2.V2), U(V2, W2) oder U(U2, W2) der Verlauf
der Grundschwingung, der Verlauf der Oberschwingung mit der Ordnungszahl η = 11, 13, 23, 25 und 35, der
Verlauf des Klirrfaktors K und der Verlauf des
Gesamteffektivwertes —^- als Funktion des Steuer-
winkeis a/2 aufgetragen. Daraus ist zu entnehmen, daß mit zunehmendem Steuerwinkel a/2 die Amplitude der
Grundschwingung (n = 1) praktisch linear abnimmt. Weiterhin ist erkennbar, daß der Klirrfaktor K zwar mit
zunehmendem Steuerwinkel a/2 insgesamt zunimmt, daß dabei aber außer den angegebenen keine weiteren
Oberschwingungen auftreten. Dargestellt ist jedesmal der Effektivwert der Spannungen.
Bei der Wechselrichteranordnung nach F i g. 3 werden die drei Ausgangswechselspannungen U (U 2, V2), U(V2, W2)und U(U2, W2) gemeinsam geregelt. Eine solche Regelung ist angebracht, wenn eine symmetrische Last vorliegt. Ist das nicht der Fall, so kann eine einphasige Regelung vorgenommen werden. Dazu sind drei Wechselrichteranordnungen nach F i g. 1 jeweils mit einem Spannungsregelkreis zu versehen. Dabei wird die Mittelsymmetrie der Grundschwingung bei Einhaltung der Zwölfpulsigkeit der Phasenspannung beibehalten.
Bei der Wechselrichteranordnung nach F i g. 3 werden die drei Ausgangswechselspannungen U (U 2, V2), U(V2, W2)und U(U2, W2) gemeinsam geregelt. Eine solche Regelung ist angebracht, wenn eine symmetrische Last vorliegt. Ist das nicht der Fall, so kann eine einphasige Regelung vorgenommen werden. Dazu sind drei Wechselrichteranordnungen nach F i g. 1 jeweils mit einem Spannungsregelkreis zu versehen. Dabei wird die Mittelsymmetrie der Grundschwingung bei Einhaltung der Zwölfpulsigkeit der Phasenspannung beibehalten.
In Fig.7 ist in schematischer Darstellung ein
Ausführungsbeispiel eines Steuergerätes C veranschaulicht. Es dient zur Bildung von Zündsignalen ζ 11 bis ζ 16
sowie ζ21 bis ζ 26 für die Hauptventile der beiden Wechselrichter u 1 bzw. u 2 bei gemeinsamer dreiphasiger
Spannungsregelung. In den Fig.8 und 9 ist der zeitliche Verlauf der Signale, die bei diesem Steuergerät
C auftreten, dargestellt. Die F i g. 7 bis 9 werden im folgenden gemeinsam betrachtet.
Nach F i g. 7 wird die Frequenzsteuerspannung ur
einem Spannungs-Frequenz-Wandler F zugeführt, der zwei zueinander inverse rechteckförmige Ausgangssignale
d und e (vgl. F i g. 8) abgibt. Die Frequenz dieser Ausgangssignale ei und e ist gleich dem Zwölf fachen der
Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung. Beide Ausgangssignale d und e werden in einen
Sägezahngenerator G gegeben, der als periodische Synchronisierungsspannung eine symmetrische Sägezahnspannung
uz liefert. Die Sägezahnspannung uz wird
dann einem Eingang eines Spannungsvergleichsgliedes H zugeführt. Der andere Eingang dieses Spannungsvergleichsgliedes
H ist durch die Steuergleichspannung uc beaufschlagt. Die beiden Eingangsspannungen uzund uc
werden miteinander verglichen. Das Spannungsvergleichsglied H, das bevorzugt noch eine Einrichtung zur
Aussteuerbegrenzung besitzt, liefert zwei zueinander inverse pulsförmige Ausgangssignale a und b. Jeweils
bei Spannungsgleichheit der Spannungen uz und uc
besitzen diese beiden Ausgangssignale a und b eine inverse Umschaltflanke (H-* L, L-* H). Beide Ausgangssignale
a und b sind einer logischen Verknüpfungsschaltung L zugeleitet.
Die Ausgangssignale d und e des Spannungs-Frequenz-Wandlers
F werden nicht nur in den Sägezahngenerator G, sondern auch in ein Schieberegister N
gegeben. Hier werden nacheinander Schaltimpulse c 1 bis c 12 gebildet, die über zwölf getrennte Leitungen
ebenfalls der logischen Verknüpfungsschaltung L zugeleitet werden. Die einzelnen Schaltimpulse c 1 bis
c 12, von denen pro Periode und pro Kanal nur einer gebildet wird, sind bei jeder Frequenz der Ausgangssignale
d, e jeweils um 30° el. gegeneinander versetzt. Ihre Länge beträgt 30° el.
Dem Schieberegister N sollte noch eine Setzschaltung P zugeordnet sein, mit der das Schieberegister N
im Anlauf gesetzt werden kann.
Die logische Verknüpfungsschaltung L besitzt eine Anzahl von UND- und ODER-Verknüpfungsgliedern,
mit denen aus den eingegebenen Signalen a und b sowie aus den eingegebenen Schaltimpulsen el bis el2 die
Zündsignale ζ 11 bis ζ 16 für die Hauptventile nil bis
η 16 des ersten Wechselrichters u 1 sowie die Zündimpulse ζ 21 bis ζ 26 für die Hauptventile η 21 bis π 26 des
zweiten Wechselrichters u2 gebildet werden. Der Aufbau dieser logischen Verknüpfungsschaltung L ist
beliebig; sie muß nur infolge ihrer logischen Verknüpfungen in der Lage sein, die in Fig.9 dargestellten
Zündsignale ζ 11 bis ζ 16 zu liefern.
to
Eine genauere Betrachtung des zeitlichen Verlaufs, z. B. der Zündsignale ζ 11 und ζ 14 in F i g. 9, ergibt, daß
sie zueinander invers sind. Das heißt, solange das Hauptventil nil gezündet ist ist das benachbarte
Hauptventil η 14 gesperrt, und umgekehrt. Die Zünd- und Löschzeitpunkte sind so gewählt, daß sich der im
Diagramm 2 von F i g. 4 gezeigte Verlauf der Wechselspannung U(Ri, M) einstellt. Der Verlauf des
Zündsignals ζ 11 ergibt sich — dargestellt in Boolescher
Schreibweise — aus folgender Verknüpfung:
zll =
el) ν
el) ν c3 ν c4 ν (b/\ e5) ν
c6) ν
c7) ν («λ c8) ν
ell) ν (ολ c12).
(D
Verlauf des Zündsignals ζ 11 um 120° el. phasenverschoben
ist, läßt sich durch folgende Verknüpfung darstellen:
Der Verlauf des Zündsignals ζ 14 ergibt sich aus dem Negativem der Verknüpfung des Zündsignals ζ 11.
Der Verlauf des Zündsignals ζ 12, der gegenüber dem
Der Verlauf des Zündsignals ζ 12, der gegenüber dem
zl2 = (αΛ c3) ν (αΛ c4) ν (&λ c5) v (6a c6) v c7 v c8 v (/ja c9) ν (Ζ?λ clO) ν (αΛ eil) ν (πλ el2).
beiden Zündsignale ζ 13 und ζ 16 sind zueinander invers. Ihre Zünd- und Löschzeitpunkte sind so gewählt, daß
sich der im Diagramm 4 von F i g. 4 gezeigte Verlauf der Wechselspannung U(Ti, M) ergibt. Der Verlauf des
Zündsignals ζ 13 ist gegenüber demjenigen des Zündsignals ζ 12 um 120° phasenverschoben. Er ergibt sich aus
der folgenden Verknüpfung:
Die Negation dieser Verknüpfung liefert den Verlauf des inversen Zündsignals ζ 15. Die beiden Zündsignale
ζ 12 und ζ 15 liefern eine Wechselspannung U(S 1, W),
deren zeitlicher Verlauf im Diagramm 3 in F i g. 4 dargestellt ist.
Die beiden letzten Diagramme von F i g. 9 zeigen den Verlauf der Zündsignale ζ 13 und ζ 16 für die beiden
benachbarten Hauptventile η 13 bzw. η 16. Auch diese
zl3 = (ί>Λ el) ν
c2) ν
c3) ν
c4) ν (αΛ c7) ν (αΛ c8) ν (öa c9) ν
clO) ν ell ν cl2. (3)
Der Verlauf des Zündsignals ζ 16 ergibt sich aus dem Negativen der Verknüpfung des Zündsignals ζ 13.
Zusammenfassend ist also zu sagen, daß die logische Verknüpfungsschaltung logische Bauelemente enthält,
die aus den eingegebenen Signalen a, bund Schaltimpulsen
c 1 bis c 12 gemäß den Verknüpfungen (1), (2) und (3) sowie dem Negativen dieser Verknüpfungen (1), (2) und
(3) die Zündsignale ζIt bis ζ 16 für den ersten
Wechselrichter ui bilden. Ganz entsprechend lassen
sich aus den Diagrammen 7 bis 9 in F i g. 5 auch die Zündsignale ζ 21, ζ 24 und ζ 22, ζ 25 sowie ζ 23, ζ 26 für
die Hauptventile π 21 bis η 26 des zweiten Wechselrichters u 2 aufzeichnen. Für diese Zündsignale ζ 21 bis ζ 26
lassen sich dann ebenfalls formelmäßige Verknüpfunger angeben, die ebenfalls durch logische Bauelemente
insbesondere UND- und ODER-Verknüpfungsglieder realisiert werden können.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
- Patentansprüche:■1. Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter, deren Eingänge an eine vorzugsweise gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen und deren Ausgangsspannungen transformatorisch zu einer Gesamtausgangsspannung zusammengesetzt sind, bei dem die steuerbaren Hauptventile derart angesteuert wer- |0 den, daß die Ausgangsspannungen der beiden Wechselrichter jeweils einen rechteckförmigen Verlauf besitzen und daß die erste Ausgangsspannung pro Periode aus einem positiven und einem negativen Spannungsabschnitt besteht, die beide die 1 s gleiche symmetrische Form besitzen und kleiner als 180° el. sind, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Spannungsabschnitt von 30° el. bis 150° el. reicht und bei 45°, 75°, 105° und 135° el. symmetrisch angeordnete Lücken von einstellbarer ao Gesamtbreite (oc) aufweist, daß der negative Spannungsabschnitt von 210° el. bis 330° el. reicht und bei 225°, 255°, 285° und 315° el. symmetrisch angeordnete Lücken von derselben einstellbaren Gesamtbreite fo) aufweist, daß die zweite Ausgangsspannung [U(B1C); U(R 2, S2)] pro Periode aus vier positiven und vier negativen Spannungsabschnitten jeweils von der Breite 30° el. mit mittig angeordneten Lücken von einstellbarer Gesamtbreite besteht, wobei die positiven Spannungsabschnitte symmetrisch bei 15°, 165°, 225° und 315° el. und die ' negativen Spannungsabschnitte symmetrisch bei 45°, 135°, 195° und 345° el. liegen, und daß die Höhe der Spannungsabschnitte der ersten Ausgangsspannung [U(A, B); U(R 1, S I)] um den Faktor (2 + iß) größer ist als die Höhe der Spannungsabschnitte der zweiten Ausgangsspannung [U(B, C); U(R 2,52)].
- 2. Verfahren nach Anspruch I1. dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken in den Spannungsabschnitten der ersten Ausgangsspannung [U(A, B); U(R 1, 51)] dieselbe einstellbare Gesamtlareite besitzen wie die Lücken in den Spannungsabschnitten der zweiten Ausgangsspannung [U(B, Q; U(R 2, S 2)].
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite (a.) der Lücken die Stellgröße in einem Regelkreis ist, der zur Regelung der Gesamtausgangsspannung [U(U 2, V2), U(V2, Wl), U(U2, W2)] vorgesehen ist.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittpunkte einer periodischen Synchronisierspannung mit einer einstellbaren Steuergleichspannung (uc) bestimmt werden und daß die Steuersignale für die Hauptventile (n 1, η 2) beider Wechselrichter (w\,w2;u\,u2, u 2;) in Abhängigkeit von diesen Schnittpunkten gebildet werden.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Synchronisierspannung eine symmetrische Sägezahnspannung (u2) vorgesehen ist, deren Frequenz das Zwölffache der Frequenz der (,0 Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung [U(U2, V2), U(V2, W2), U(U2, Wl)] beträgt.
- 6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Wechselrichter (ui, u2) ein . <\s gemeinsames Steuergerät (C) vorgesehen ist, das ein Spannungsvergleichsglied (H) zum Vergleich einer einstellbaren Steuergleichspannung (uc) mit einer periodischen Synchronisierspannung (ue) und zur Erzeugung von Ausgangssignalen (a, b) bei Spannungsgleichheit enthält, das ein Schieberegister (N) zur Bildung von gegeneinander versetzten Schaltimpulsen (c 1 bis c 12) enthält, und das eine logische Verknüpfungsschaltung (L) enthält, die durch logische Verknüpfung der Ausgangssignale (a, b) mit den Schaltimpulsen (c 1 bis c 12) die Zündsignale (z 11 bis ζ 16 und ζ21 bis ζ26) für die Hauptventile (n\\ bis π 16 und η 21 bis π 26) der beiden Wechselrichter (ui, u 2) bildet (F ig. 7).
- 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des periodischen Synchronisiersignals (u,) ein symmetrischer Sägezahngenerator ^vorgesehen ist.
- 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sägezahngenerator (G) ein Spannungs-Frequenz-Wandler (F) vorgeschaltet ist, der von einer Frequenzsteuerspannung (ur) beaufschlagt ist.
- 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (N) vom Ausgangssignal (d, e) des Spannungs-Frequenz-Wandlers ^gespeist ist.
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DE2423601A DE2423601C3 (de) | 1974-05-15 | 1974-05-15 | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter |
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DE2423601A1 DE2423601A1 (de) | 1975-11-20 |
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ID=5915640
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DE2423601A Expired DE2423601C3 (de) | 1974-05-15 | 1974-05-15 | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter |
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