DE1563342A1 - Arrangement for controlling a three-phase inverter - Google Patents

Description

Anordnung zur Steuerung eines Drehstromwechselrichters Zur Umwandlung von Gleichspannung in Drehstrom sind aeben den mechanischen Umformern auch statische Umformer, wie Transistor- oder Stromtorwechselrichter, bekannt. Die dazu erforderlichen Spannungsvektoren, die je 120 0 Phasenverschiebung aufweisen, können mit Hilfe von 2 bzw. 3 Spannungen, deren Phasenlage um 90 0 differiert, erzeugt werden. Eine derartige Umwandlung ist z.B. erforderlich, wenn bei Netzausfall ein Betriebszustand ohne Störung aufrechterhalten werden muß.Arrangement for controlling a three-phase inverter For converting direct voltage into three-phase current, in addition to mechanical converters, static converters such as transistor or current gate inverters are also known. The required voltage vectors, each comprising 120 0 phase shift can be generated with the aid of 2 or 3 voltages whose phase differs by 90 0. Such a conversion is necessary, for example, if an operating state without disturbance has to be maintained in the event of a power failure.

In allen bekannten Schaltungen mit statischen Umformern geschieht die Steuerung durch Anordnungen, die mit Zeitabhängigen Gliedern aufgebaut sind. Dadurch erreicht die Phasenverschiebung der Spannungen untereinander aber immer nur 0 annähernd 120 . Außerdem erfordern die Bauteiletoleranzen Eii Abstimmen der Schaltlglieder und der Temperaturgang eine Kompensation. Die zeitliche Inkonstanz der Bauteile wirkt sich außerdem sehr störend aus und Schwankungen der Steuerfrequenz gefährden die Funktion solcher Einrichtungen.In all known circuits with static converters, the control is done by arrangements that are constructed with time-dependent elements. As a result, the phase shift between the voltages only ever reaches 0 approximately 120 . In addition, the component tolerances Eii require the coordination of the switching elements and the temperature response to be compensated. The temporal inconsistency of the components also has a very disruptive effect and fluctuations in the control frequency endanger the function of such devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Steuerung eines Drehstromwechselrichters zu schaffen, bei der die Nachteile der bekannten Anordnungen mit statischen Um.-IL"orr-e.-n nicht auftreten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Ringzähler vorgesehen ist, der in Zusammenarbeit mit einem Steuergenerator 3 um genau 120 0 phasenverschobene Rechteckwechselspannungen abgibt.The invention is based on the object of creating an arrangement for controlling a three-phase current inverter in which the disadvantages of the known arrangements with static Um.-IL "orr-e.-n do not occur. This object is achieved in that a ring counter is provided , which, in cooperation with a control generator 3, emits square-wave alternating voltages that are phase-shifted by exactly 120 0.

Nach einer-Vieiterbildung der Erfindung besteht der Ringzähle.- aus 3 bistabilen Kippst-ufen, die durch eine rein ohmsche Kopulung untereinander und mit Hilfe des Steuergere-rators die Phasenverschiebung der abgegebenen Spannungen bewirken. Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine fü.- technische Anwendungen als sehr genau zu bezeichnende Phasenverschiebung der 3 Steuerspannungen von 120 0 gegeneinander geviä7nrleistet. Diese Anordnung kann ohne Ände#- Tung der Bemessung für Drehstromviechselrichter beliebiger Frequenz angewendet werden.According to one embodiment of the invention, the ring counter consists of 3 bistable flip-flops which, by means of a purely ohmic coupling with one another and with the help of the controller, effect the phase shift of the voltages output. The arrangement according to the invention is that it be accurate geviä7nrleistet the advantage of a fü.- technical applications highly significant phase shift of the control voltages of 120 3 0 against each other. This arrangement can be used without changing the rating for three-phase inverters of any frequency.

Mit den an den Kollektorwiderständen ausgekoppelten Signalen können beispielsweise die Biliziumstromtore eines Drehstromwechselrichters entweder direkt oder über einen Verstärker als Zwischelnstufe gesteuert werden.With the signals coupled out at the collector resistors For example, the silicon current gates of a three-phase inverter either directly or controlled via an amplifier as an intermediate stage.

Der Steuergenerator bestimmt allein die Frequenz der vom Ringzähler abgegebenen Spannungen. Bei ungeänderter Dimensionierung des Ringzählers lassen sich daher durch V.erändern der Frequenz des SteuerEenerators Drehstrom.systeme beliebiger Frequenz, die lediglich durch die Grenzfrequenz der Stromto.re eingeschränkt wird,erzeugen, Die Frequenz der Ausgangsspannunpen des Drehntron.wechnel.-ichters beträgt nur 1/3 der Frequenz des Steuergeneralt.-ors. Die Herabsetzung erfolgt durch den Ringzähler und ist durch seine lUirkungsweise gegeben.The control generator alone determines the frequency of the voltages emitted by the ring counter. By unmodified dimensioning of the ring counter, therefore, can be carried V.erändern the frequency of the SteuerEenerators Drehstrom.systeme any frequency which is limited only by the cutoff frequency of the Stromto.re produce, The frequency of the Ausgangsspannunpen Drehntron.wechnel.-ichters is only 1 / 3 the frequency of the control generator. The reduction is carried out by the ring counter and is given by its mode of operation.

Die Erfindung wird anl,.and der Figuren erläutert.The invention is explained anl, .and the figures.

Die Figur 1 zeigt das Schaltbild der vollständigen Steuereinheit für einen Drehstromwechselriebter nach der Erfindunge r1 U. r 2 den, zeitlichen Ablauf der Schaltzustände an den #ranci-ato,-M- des Ring-Z L-1-1,1 e f c, Die Eingangsspannung für die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist mit E bezeicbnet. Die viesentlichen Teile des Ringzählers bilden die 3 gleichen bistabilen Kippstufe'n a, b und c. Der Steuergenerator G kann beliebig aufgebaut sein. Wesentlich ist, daß er an einer Ausgangswicklung mit Mittelanzapfung die rcchteckförnigen Wechselspannungen U und Ul_ abgibt. Diese Rechteckwechselzpannungen kann beispielsweise ein Transistorwechselrichter erzeugen. Die 3 Gegentaktverstärker Vl, V2 und V3 bringen die vom Ringzäbler abgegebenen Spannungen auf die benötigte Leistung. Zugleich wird die gewünschte galvanische Trennung der Steueroeiten vom DrehstrotT.,vechselrichter erreicht. Mit einer Zenerdiode ZD ist als Eingangsspannung eine negative Emittervorspannung für ,die nicht näher bezeichneten Transistoren'der Verstärker abgeleitet, so daß eine einwandfreie Steuerung durch den Ringzähler möglich ist.FIG. 1 shows the circuit diagram of the complete control unit for a three-phase alternating current drive according to the invention r1 U. r 2 the timing of the switching states on the # ranci-ato, -M- of the ring Z L-1-1,1 e f c , The input voltage for the circuit arrangement according to the invention is denoted by E. The substantial parts of the ring counter form the 3 identical bistable flip-flops a, b and c. The control generator G can be constructed in any way. It is essential that it emits the rectangular alternating voltages U and Ul_ at an output winding with a center tap. A transistor inverter, for example, can generate these square-wave alternating voltages. The 3 push-pull amplifiers V1, V2 and V3 bring the voltages emitted by the Ringzäbler to the required power. At the same time, the desired galvanic separation of the control lines from the three-phase inverter is achieved. A Zener diode ZD is used to derive a negative emitter bias voltage for the "transistors" of the amplifier, which are not designated in detail, so that perfect control by the ring counter is possible.

Die 3 bistabilen Kippstufen den Ringzählers arbeiten mit einem gemeinsamen Fmitterwiderstand Rg. Alle 6 Emitter haben somit stets das:3-elbe gepenüber den Mittelabpriff der Wickluna im Steuereenerator negative Potential.. Die Kollektorwiderstände liegen gemeinsam am Potential der Eingengsspannung An der Basis der 6 Transistoren TI - T6 sind 2eweils 4 Widerstände angeschaltet. 'Um die Übersichtlichkeit der Darstellung nicht zu beeinträchtigen, sind nur die '"liderstärAe bei der-Kippatu:re a bezeichnet. Die beiden anderen Kippetuten b und c sind entsprechend aufgebaut. Die Widerstände Rl - R4 sind die bei einer bistabilen Kippstufe allgemein benötigten Widerstände. Über die Widerstände R5 und R6 greifen die vom Steuergenerator G abgebenen Spannungen U und UI ein. Die Widerstände R7 und R8 sind die für die Funktioncles Ringa einer anderen z -hlers wesentlichen Kopplungsviiderstände mit .Kippstufe. Durch die Kollektorviiderstände R10 und Rll wird der Kollektorstrom der Transistoren begrenzt, viäbrend über die Widerstände R12 und R13 die Verst.ärkerstufe Vl ausgesteuert wird. Sobald der Steuergenerator G schwingte gibt er die Rechteckwechsebiannungen U soviie UI ab und die Aussteuerung der-Kippstufen a bis c beginnt. Der gemeinsame Emitterwiderstand R9, die in der Schaltung immer vorhandene Unsymmetrie und die Kopplungsvi-*Zi.derstände'der Kippstufen untereinander bewirken, daß der Ringzäbler sofort richtig zu arbeiten beginnt, und zwar unabhängig davon, vielche Ausgangslage die Kippstufen a bis c zu Beginn der Aussteuerung eingenommen hatten. Angenommen,- der Transistor T2 sei leitend, so muß nach dem Verhalten einer bistabilen Kippstufe der Transistor 121 sperren. Das Sperren wird über den Spannungsteiler, gebildet aus den Widerütänden R3/Rlg aufrechterhalten. Um den gesperrten Transistor Tl wieder leitend zu steuern, muß das Sperrpotent-ial an seire#- Basis überwunden-vierden, d.h. es muß eln öffnender Steuerstrom fließen. Ob nun ein Transistor der drei Kippstufen bei öffnender Einströmung vom Steuergenerator her tatsächlich leitend wird oder nicht, entscheidet die zusätzliche Einströmung über den entsprechenden Kopplung#-widerstand.The 3 bistable multivibrators of the ring counter work with a common transmitter resistance Rg. All 6 emitters thus always have the same: 3-same peening over the center pick-off of the Wickluna in the control generator negative potential .. The collector resistances are jointly at the potential of the input voltage at the base of the 6 transistors TI - T6 4 resistors are switched on at a time. 'In order not to impair the clarity of the representation, only the'"lid strengths are indicated in the Kippatu: re a. The other two Kippetuten b and c are constructed accordingly. The resistors Rl - R4 are the resistors generally required for a bistable flip-flop The voltages U and UI emitted by the control generator G intervene via the resistors R5 and R6. The resistors R7 and R8 are the coupling resistances with a flip-flop that are essential for the function of another counter. The collector current is generated by the collector resistors R10 and Rll of the transistors, the amplifier stage Vl is controlled via the resistors R12 and R13. As soon as the control generator G oscillates, it emits the square wave voltage U and UI and the control of the flip-flops a to c begins. The common emitter resistor R9, which in the circuit always existing asymmetry and the coupling visi * Zi.derstands'der flip-flops with each other it causes the Ringzäbler to start working correctly immediately, regardless of the number of starting positions the flip-flops a to c had taken at the beginning of the modulation. Assuming that the transistor T2 is conductive, the transistor 121 must block after the behavior of a bistable multivibrator. The blocking is maintained via the voltage divider, formed from the resistors R3 / Rlg. In order to make the blocked transistor T1 conductive again, the blocking potential at its # base must be overcome, ie an opening control current must flow. Whether or not a transistor of the three flip-flops is actually conductive when the inflow from the control generator opens, the additional inflow decides via the corresponding coupling resistance.

Die Basis des oben betrachteten Transistors Tl ist über den Kopplungswiderstand R7 mit dem Kollektor des Transistors T5 Verbunden. Solange der Transistor T5 leitend ist, fließt kein Zusätzither Steuerstrom von der Basis des Transistors Tl ab. Sperrt der Transistor-T5" ;o fließt über den Kopplungswiderstand R7 ein Öffnender Steuerstrom bestimmter Größe.Sobald dann die Steuerspannung U negativ wird, steuert die Summe beider Ströme den Transistor Tl leitend. Immer-müssen beide Steuerströme, der über den Kopplungswide.-stand und der vom Steuergenerator gemeinsam vorhanden sein, um einen Transistor leitend durchzusteuern.The base of the transistor Tl considered above is connected to the collector of the transistor T5 via the coupling resistor R7. As long as the transistor T5 is conductive, no additional control current flows from the base of the transistor Tl. If the transistor T5 blocks, an opening control current of a certain magnitude flows through the coupling resistor R7. As soon as the control voltage U then becomes negative, the sum of the two currents makes the transistor Tl conductive and the common to the control generator to turn on a transistor.

Im Ringzähler sind immer gleichzeitig. drei Transistoren gei.-.sperrt und drei Transistoren lei-11.-end. Das bedeutet, da ß immer zwei Kippstuffen gleiche Lage haben. Beispielsweise*sind gleichzeitig die Transistoren T2 und T4 der Kippstufen a und-b' leitend, während i-nd-2#r Kippstufe c der Transistor T5 leitend ist.In the ring counter are always at the same time. three transistors gei .-. blocks and three transistors lei-11.-end. This means that two tilting steps always have the same position. For example, * the transistors T2 and T4 of the trigger stages a and -b 'are simultaneously conductive, while the i-nd-2 # r trigger stage c of the transistor T5 is conductive.

In der Figur 2 ist der zeitliche Ablauf der Schaltzustände « aller sechs Transistoren des Ring#ählers aufpetragen. Um zu , zeigen$ viie durch die Kopplung der.Kippstufen die zeitliebe Sobaltfolge der Transistoren festgelegt ist, wird willkürlich bei einen Transistor angefLangeneUnter Berücksichtig - ung.der oben angeführten Voraussetzung eines gleichen Schaltzustandes in zwei von den drei vorhandenen Ki'Ppstufen wird die Überlegung begonnen, wenn der Transistor T2 eben leitend gesteuert wurde.2 shows the timing of the switching states is "all six transistors of the ring # ählers aufpetragen. To show $ viie by coupling der.Kippstufen the time love Sobaltfolge of the transistors is set arbitrarily at a transistor angefLangeneUnter taken into account - ung.der above condition of a same switching status in two of the three existing Ki'Ppstufen is started consideration when the transistor T2 has just been turned on.

Die Spannung Ut muß demnach in der erstdn Halbperiode negatives Pote*ntial an die Basis des Transistors T2 anlegen. Außerdem muß über den Widerstand R8 öffnender-Steuerstrom fließen, d.h.,Aer TraD-ti-3tor-T6 muß gesperrt sein. Ist der Transistor TG Besperrti so ist zwangsläufig der Transistor T5 leitend. Ebenso ist in der Kippstufe a der Transistor TI- gesperrt, da der Transistor T2 als leitend angenommen wurCe Damit. ist von 4 Transistoren der Schaltzüstand in der ersten Halbperiede bekannt. Um herauszufinden, welche Schaltzustände die Transistoren T3 und T4 während der ersten Halbperiode babene muß vorgreifend die zweite Halbperiode des Steuer' generatora betracht-et %"wdenb Die Spannung U liegt dann mit X.inus an den.Basicanachlüssen der Transistoren TI, T3 und T5. Der TränffIgtor Tt kann.noch nicht leitend werden, da der Traus,i-"ot,-= TZ gerade ezot leitend wurde und ein Transistor wOirt-udi der Seit, von 5 HaUperieden gleichen Schaltzustand 'hab,ta Mull. Zax ferner der T tereits leitend iste bleibet von, den-drei betraghteten Transintoren demnach. nur uwiderGtand - 117 (bei- analog e Bezeichnung wie bei Kippstufe a) am Kollektor des gesperrten Transistors Tl liegt. Der Transistor T3 wird in der Zweiten Halbpe--iode leitend. Aus dieser Überlegung ergibt sich der Schaltzustand des Transistors T3 während der ersten'Halb-' periode als gesperrt und der des Transistors T4 als leitend. I n der zweiten Halbperiode ändert sih also nur der Zustand der Kippstufcb, so daß auch für die zweite Halbperiode ohne weiteres alle Schaltzustände angegeben werden können. tz sind die Transistoren Tl, T4 und T6 gesperrt und die Transistoren T2, T3 und T5 leitend. Die dritte Halbperlode der Spannung des Steuergene rators mit Minus bei Ul steuert den Transistor T6 leitend, da dessen Kopplungowiderütand R8 am Kollektor des gerade gesperrten Transistorä T4 liegt. Derinach sind in der dritten Halbperiode die Transistoren Tig T4 und T5 gesperrt, während die Tr&nGistoren '#2, T3 und T6 leitend sind. In der vierten Halbperiode wird der Transistor Ti. leitend gcoteuertg da in der vorhergehenden Halbperiode der Transistor T5 gesperrt worden ist. In der fUnf.ten 11-älbporiode wird der Transistor T4 leitend) weil der Transistor e2 jesperrt ist. Mit Beginn der sechsten Halbperiode wird zohlieglich der Transistor T5 leitend# da der Transistor T3 gesperrt ist. Damit ist'ein "riyklus, der eine Periode der abgegebenen Rechteckspannung ergibte beendet und das Spiel beginnt von neuen mit dem Durchschalten des Tranzistort e2.' Während einer'solchen Periode du.-cbläuft jeder Transistor nacheinander 6 verschiedene Zustände der Ansteuerung an seiner Basis.The voltage Ut must therefore apply negative potential to the base of the transistor T2 in the first half-cycle. In addition, opening control current must flow through resistor R8, ie Aer TraD-ti-3tor-T6 must be blocked. If the transistor TG is blocked, the transistor T5 is inevitably conductive. Likewise, transistor TI- is blocked in flip-flop a, since transistor T2 was assumed to be conducting. the switching state of 4 transistors is known in the first half period. To find out which switching states the transistors T3 and T4 babene during the first half period must anticipate the second half period of the control 'generatora considered-et% "wdenb The voltage U is then with X.inus on the base terminals of the transistors TI, T3 and T5 . The TränffIgtor Tt.can.not become conductive, since the Traus, i- "ot, - = TZ just turned ezot conductive and a transistor wOirt-udi the side, the same switching status from 5 days 'got, ta Mull. Zax also is already in charge Stay away from the-three amounted Transintors accordingly. only uwiderGtand - 117 (both - analogue e Designation as with flip-flop a) is on the collector of the blocked transistor Tl. The transistor T3 becomes conductive in the second half-electrode. From this consideration, the switching state of transistor T3 results during the first 'half' period as blocked and that of transistor T4 as conductive. In the second half-period, only the state of the flip-flop changes, so that all switching states can easily be specified for the second half-period as well. tz, the transistors T1, T4 and T6 are blocked and the transistors T2, T3 and T5 are conductive. The third half-cycle of the voltage of the control generator with minus at U1 controls the transistor T6 to be conductive, since its coupling resistance R8 is at the collector of the transistor T4 that has just been blocked. Accordingly, the transistors Tig T4 and T5 are blocked in the third half period, while the Tr &nGistors'# 2, T3 and T6 are conductive. In the fourth half cycle, the transistor Ti. Is switched on because the transistor T5 was blocked in the previous half cycle. In the fifth eleven-wave period, transistor T4 becomes conductive because transistor e2 is blocked. At the beginning of the sixth half cycle, the transistor T5 becomes conductive # because the transistor T3 is blocked. This means that 'a cycle that resulted in a period of the emitted square-wave voltage ends and the game begins again with the switching through of the tranzistort e2.' During such a period du.-c each transistor successively runs 6 different states of control at its base.

Claims (2)

P a t e n t a n a p r ü c h e Anordnung zur Steuerung eines Drehstromwechselrichters mittels ntatischer Umformer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rin8zähler vorgesehen ist, der in Zusammenarbeit mit einem Steuergenerator 3 um genau 120 0 phasenverschobene Rechteckviechselapannungen abgibt. P atentan ap r ü che arrangement for controlling a three-phase inverter by ntatischer converters, characterized in that a Rin8zähler is provided to write in cooperation with a control generator 3 by exactly 120 0 phase shifted Rechteckviechselapannungen. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzähler mit 3 bistabilen Kippstufen (a, b, c) arbeitet, die durch eine zein ohmsche Kopplung untereinander und mit Hilfe des Steuergener*ators die Phasenverschiebung der ab#gegebenen Spannungen bewirken. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet.'daß die an den Kollektorwiderständen ausgekoppelten Signale direkt zum Steuern der Siliziumstromtore eines Drehstror.-viechselrichters dienen. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den an den Kollektorwiderst-änden ausgekoppelten Sighalen die Siliziumstromtore eines Drehstromvieebselrichters über einen Verstärker als Zwischenstufe gesteuert iverd#n. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the ring counter with 3 bistable multivibrators (a, b, c) works, which effect the phase shift of the voltages given by a zein ohmic coupling with one another and with the help of the control generator * ators. 3. Arrangement according to claim 2, characterized.'daß the signals coupled out at the collector resistors are used directly to control the silicon current gates of a three-phase rectifier. 4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the silicon current gates of a three-phase converter are controlled by an amplifier as an intermediate stage with the Sighalen coupled out at the collector resistors.