DE2423601A1

DE2423601A1 - Verfahren zur ansteuerung der steuerbaren hauptventile zweier wechselrichter sowie schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2423601A1
Application number: DE2423601A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ing Forstbauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1975-11-20
Also published as: JPS5524347B2; ATA183375A; SE405432B; JPS50160724A; CH585484A5; SE7505521L; DE2423601C3; AT332936B; DE2423601B2

Description

Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter, deren Eingänge vorzugsweise an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen und deren Ausgangs spannungen transformatorisch zu einer Gesamtausgangsspannung zusammengesetzt sind, wobei die Ansteuerung so vorgenommen wird, daß die beiden Ausgangs spannungen einen rechteckförmigen Zeitverlauf besitzen, sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Für die Steuerung der Gesamtausgangsspannung zweier einphasiger Wechselrichter, die an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt geworden (Siemens-Zeitschrift Okt. 1964, Heft 10, Seiten 775 bis 781, insbes. Bild 7 auf Seite 779), das nach dem Prinzip deselektronischen Drehtransformators arbeitet. Dieses Verfahren wird auch als Schwenkverfahren bezeichnet. Danach ergibt die Zusammensetzung der Ausgangsspannungen beider Wechselrichter über zwei sekundär in Reihe geschaltete Transformatoren eine Gesamtausgangssparlnung, die dem Betrage nach durch zeitliche Verschiebung der Steuerimpulse für den ersten Wechselrichter gegenüber den Steuerimpulsen für den zweiten Wechselrichter änderbar ist. Die Ausgangsspannungen beider Wechselrichter besitzen gleiche Amplitude und Frequenz. Sie zeigen einen rechteckigen Zeitverlauf mit einem positiven und einem negativen Spannungsimpuls der Breite 1800 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. Jede 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 Stromoberschwingungen 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs genannten Verfahren dafür zu sorgen, daß das Oberschwingungsspektrum der Gesamtausgangsspannung-hinsichtlich Zahl und Art seiner Ordnungszahlen bei einer Betragsänderung der Grundschwingung konstant gehalten wird. Mit anderen Worten: Die Gesamtausgangsspannung soll steuerbar sein und nur Oberschwingungen ab einer bestimmten hohen Ordnungszahl aufweisen; die Ordnungszahlen dieser Oberschwingungen sollen sich aber im Steuerbereich nicht ändern, insbesondere sollten beim Steuern keine Oberschwingungen mit neuer Ordnungszahl hinzutreten.
Diese Aufgabe-wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Ausgangsspannung pro Periode aus einem positiven und einem negativen Spannungsimpuls besteht, wobei der positive Spannungsim--puls von 300 bis 15O0el reicht und bei 450750, 1050 und 135 0el symmetrisch angeordnete Bücken von einstellbarer Gesamtbreite aufweist, und wobei der negative Spannungsimpuls von 2100 bis 33O0el reicht und bei 2250, 2550, 285o und 315 0el symmetrisch angeordnete Lücken von derselben einstellbaren Gesamtbreite aufweist, daß die zweite Ausgangsspannung pro Periode aus vier positiven und vier negativen Spannungsimpulsen jeweils von der Breite 30°el mit mittig angeordneten Lücken von einstellbarer Gesamtbreite besteht, wobei die positiven Spannungsimpulse symmetrisch bei 150, 1650, 2250 und.3150el und die negativen Spannungsimpulse symmetrisch bei 450, 1350, 1950 und 345 0el liegen, und daß die Höhe der Spannungsimpulse der ersten Ausgangsspannung um den Faktor (2 + ç) größer ist als die Höhe der Spannungsimpulse der zweiten Ausgangsspannung.
Die Gesamtausgangsspannung ist bei diesem Verfahren unabhängig von der Gesamtbreite der Lücken immer zwölfpulsig, d. h. es sind in der Gesamtausgangsspannung neben der Grundschwingung nur Oberschwingungen der Ordnungszahl n = (12p + 1) mit p = 1, 2, 3 ..., also nur Oberschwingungen der Ordnungszahl.n = 11, 13, 23, 25 ... vorhanden. Beim Steuern der Gesamtausgangsspannung, d. h. bei einer Änderung der Gesamtbreite der Bücken, ändert sich zwar die Form der Gesamtausgangsspannung, nicht aber die Anzahl und Ordnungszahl der Oberschwingungen.
Falls die Gesamtausgangsspannung noch weiter sinusförmig anzunähern ist, ist zwischen Wechselrichteranordnung und Last ein Filter zu schalten. Dieses muß für die niedrigste noch vorhandene Oberschwingung ausgelegt werden. Da Oberschwingungen unterhalb der Ordnungszahl n = 11 nicht auftreten, ergibt sich der Vorteil gegenüber den bekannten.
Verfahren, daß dieses Filter klein gehalten und kostengünstig aufgebaut werden kann. Das dynamische Verhalten des Filters wird dadurch günstig beeinflußt.
Bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt, daß die Lücken in den Spannungsimpulsen der ersten Ausgangsspannung dieselbe einstellbare Gesamtbreite besitzen wie die Lücken in den Spannungsimpulsen der zweiten Ausgangsspannung.
Es wurde bereits erwähnt, daß die Höhe der Spannungsimpulse der ersten Ausgangsspannung um den Faktor (2 + 4 ) größer sein muß als die Höhe der Spannungsimpulse der zweiten Ausgangsspannung. Um diese unterschiedlichen Amplituden zu erzeugen, können 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 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 bestimmt werden, und daß die Steuersignale für die Hauptventile beider Wechselrichter in Abhängigkeit von diesen Schnittpunkten gebildet werden. Als Synchronisierspannung kann vorzugsweise eine symmetrische 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 Schalt impulsen die Zündsignale für die Hauptventile der beiden Wechselrichter bildet.
Insbesondere sollte hierbei zur Erzeugung des periodischen Synchronisiersignals ein symmetrischer Sägezahngeneator vorgesehen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Wechselrichteranordnung mit zwei einphasigen Wechselrichtern zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 verschiedene Zeitdiagramme für die Wechselrichteranordnung nach Figur 1 Figur 3 eine Wechselrichteranordnung mit zwei dreiphasigen Wechselrichtern zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 4 verschiedene Zeitdiagramme für die Wechselrichteranordnung nach Figur 3, Figur 5 weitere Zeitdiagramme für die Wechselrichteranordnung nach Figur 3.
Figur 6 den Verlauf von Grundschwingung und Oberschwingungen sowie des Klirrfaktors der Gesamtausgangsspannung der Wechselrichteranordr.ung nach Figur 3 als Punktion des Steuerwinkels, Figur 7 eine Schaltungsanordnung für die Wechselrichtersteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Blockdarstellung, Figur 8 den zeitlichen Verlauf von Signalen der Schaltungsanordnung nach Figur 7, und Figur 9 den zeitlichen Verlauf weiterer Signale der Schaltungsanordnung nach Figur 7.
In Figur 1 ist eine Wechselrichteranordnung dargestellt, bei der ein erster und ein zweiter einphasiger Wechselrichter w1 bzw. w2 eingangsseitig an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle b angeschlossen sind. Die Gleichspannungsquelle b liefert eine eingeprägte Gleichspannung ud, 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 Gleichspannungsquelie b ist durch einen fiktiven Mittelpunkt N in zwei Teilspannungsquellen b1 und b2 gleicher Teilspannung ud/2 unterteilt.
Jeder Wechselrichter w1 und w2 umfaßt hier in bekannter Weise vier steuerbare Hauptventile n11, n12, n14, n15 bzw. n21, n22, n24, n25 mit gegenparallel geschalteter Rücklaufdiode dl bzw.
d2 in Brückenschaltung. Als Hauptventile n1 bzw. n2 können insbesondere Thyristoren eingesetzt werden. Mittel zur Zwangskommutierung (Selbstführung) der beiden Wechselrichter w1, w2 sind vorhanden, Jedoch nicht eingezeichnet. Die Ausgänge beider Wechselrichter w7 und w2 sind an die Primärwicklungen von Ausgangstransformatoren t1 bzw. t2 von unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis angeschlossen. Die Sekundärwicklungen beider Ausgangstransformatoren t1 und t2 sind an einem Verbindungspunkt B miteinander in Reihe geschaltet. Die beiden Ausgangstransformatoren t1 und t2 bilden zusammen eine tbertragerschaltung, in der die Ausgangsspannungen U(A,B) und U(B,C) beider Wechselrichter w1 bzw. 22 zu einer Gesamtausgangsspannung U(A,C) zusammengesetzt werden, die zwischen den Ausgangsklemmen A und C abgegriffen wird. Die Gesamtausgangsspannung U(A,C) versorgt z.B. ein 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.
Figur 2 zeigt untereinander eine Winkel- oder Zeitachse ot, die sich über eine volle Periode der Gesamtausgangsspannung U(A,C), also von 0° bis 360 erstreckt, die Ausgangsspannung U(A,B) des ersten Wechselrichters w1, die Ausgangswechselspannung U(B,C) des zweiten Wechselrichters w2 und schließlich die daraus transformatorisch zusammengesetzte Gesamtausgangsspannung U(A,C).
Aus Figur 2 ist ersichtlich, daB die erste Ausgangaspannung U(A,B) pro Periode aus einem positiven Spannungsimpuls, der von 300 bis 1500 el reicht, und aus einem negativen Spannungsimpuls, der von 210° bis 330° el reicht, besteht. Die positive Spannungsimpuls besitzt vier Lücken gleicher einstellbarer Gesamtbreite 4 . Er wird dadurch in fünf rechteckförmige Teilimpulse 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 2250, 255°, 285° und 315° el symmetrisch angeordnet. Auch der negative Spannungsimpuls ist also in fünf Teilimpulse unterteilt.
Die Lücken weisen alle dieselbe einstellbare Gesamtbreite 4 auf. Die Höhe aller zehn Teilimpulse pro Periode ist gleich groß.
Die GesamtbreiteXläßt sich beim positiven und negativen Spannungsimpuls im Bereich zwischen "0 und 300 el einstellen.
Die Gesamtbreite s bezeichnet somit das Doppelte des Steuerwinkels d/2. Im Fall 4 = oO erhält man zwei nicht unterteilte = 0 Spannungsimpulse, im Fall zu = 30 zehn einzelne Nadelimpulse verschwindender Breite. Durch eine Veränderung der Gesamtbreite d in den angegebenen Grenzen läßt sich der Mittelwert der Grundschwingungen der Ausgangsspannung U(A,B) verändern.
Es soll noch einmal hervorgehoben werden, daß die Hauptventile nil, n12, n14, n15 des ersten Wechselrichters w1 in der Weise gezündet werden, daß sich die in Figur 2 dargestellte Ausgangsspannung U(A,B) ergibt. Das ist nach verschiedenen Zündimpulsmustern möglich. Bevorzugte Zündimpulsmuster für den Wechselrichter w1 sind in Figur 4 in Diagrammen 2 und 3 dargestellt. Um eine lastunabhängige Ausgangsspannung U(A,B) zu erhalten, muß dabei nacheinander durch gleichzeitige Zündung und Löschung der Hauptventile nil bzw. n14 sowie n12 bzw. n15 das Potential an den beiden primärseitigen Anschlußklemmen des Transformators tl stets definiert sein.
Die vier steuerbaren Hauptventile n2 des zweiten Wechselrichters w2 werden so angesteuert, daß sich der in Figur 2 dargestellte zeitliche Verlauf der zweiten Ausgangsspannung U(B,C) ergibt. Diese zweite Ausgangsspannung U(B,C) besteht pro Periode aus vier positiven und vier negativen Spannungsimpulsen. Alle diese Spannungsimpulse haben dieselbe Breite von 300 el und sind rechteckig. Die vier positiven Spannungsimpulse liegen symmetrisch bei 150, 1650, 2250 und 3150 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 OL . Diese Gesamtbreite OL ist bei den Lücken ebenfalls gemeinsam einstellbar, vorzugsweise zusammen mit der Gesamtbreite der Lücken der ersten Ausgangs spannung U(A,B). Durch eine Veränderung der Gesamtbreite # in den Grenzen i - 0° und α= 300 läßt sich der Mittelwert der Grundschwingung der Ausgangsspannung U(A,B)tDie Hauptventile n21, n22, n24, n25 des zweiten Wechselrichters w2 werden also in der Weise gezündet, daß sich die in Figur 2 dargestellte Ausgangsspannung U(B,C) ergibt. Das ist wiederum nach verschiedenen Zündimpulsmustern möglich. Bevorzugte Zündimpulsmuster für den Wechselrichter w2 sind in Figur 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 n21 bzw. n24 sowie n22 bzw. n25 das Potential an den beiden primärseitigen Anschlußklemmen des Transformators t2 stets definiert sein.
Beim Vergleich der beiden Ausgangsspannungen U(A,B) und U(B,a) ist in Figur 2 festzustellen, daß die Höhe der zehn Einzelimpulse der ersten Ausgangsspannung U(A,B) größer ist als die Höhe der sechzehn Einzelimpulse der zweiten Ausgangsspannung U(B,C). Der Vergrößerungsfaktor beträgt (2+ Dies wird im vorliegenden Fall dadurch erreicht, daß das Ubersetzungsverhältnis Eingangsspannung zu Ausgangs spannung des Ausgangstransformators t2 um den genannten Faktor (2+ ) größer ist als das Übersetzungsverhältnis des Transformators t1.
Das Ergebnis der transformatorischen Zusammensetzung der beiden Ausgangsspannungen U(A,B) und U(B,) ist im letzten Diagramm der Figur 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 300 el findet sich jetzt eine Lücke. Die Lücken zwischen allen Teilimpulsen haben dieselbe Gesamtbreite d . Die Gesamtbreite d aller zwölf Bücken pro Periode ist gleichmäßig und gleichförmig um denselben Betrag veränderbar. Der Steuerwinkel asc/2 liegt im Bereich von Oo bis 15 el. Wird er verändert, so wird die Amplitude der Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung U(A,C) beitragsmäßig 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 ort/2 ändern sich nur die Amplitude der Grundschwingung und die Amplitude dieser Oberschwingungen. Es treten dabei jedoch im gesamten Bereich des Steuerwinkels oil/2 keine Oberschwingungen einer anderen Ordnungszahl hinzu. Die Anzahl der Ordnungszahlen ist also im gesamten Steuerwinkelbereich konstant.Zwischen der in Figur 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 notwenige Maß herabsetzen, z.B. so, daß der Oberschwingungsgehalt kleiner als 5 % wird.
Figur 3 zeigt eine Wechselrichteranordnung, die zur Erzeugung einer zwölfpulsigen, dreiphasigen Gesamtausgangsspannung vorgesehen ist. Die Grundschwingung dieser Gesamtausgangsspannung ist dem Betrage nach steuerbar.
Die Wechselrichteranordnung besteht aus einem ersten und einem zweiten dreiphasigen Wechselrichter w1 und w2, die beide eingangsseitig an derselben Gleichspannung ud liegen. Diese Gleichspannung ud wird wiederum von einer Gleichspannungsquelle b geliefert, die durch einen fiktiven Mittelpunkt M' in zwei Teilspannungsquellen b1 und b2 gleicher Teilspannung Und/2 unterteilt ist. Jeder Wechselrichter w1 und w2 umfaßt in bekannter Weise sechs steuerbare Hauptventile nil bis n16 bzw. n21 bis n26 in Drehstrombrückenschaltung. Als Hauptventile nil bis n26 können wiederum insbesondere Thyristoren eingesetzt werden. Jedem. der Hauptventile n11 bis n26 ist eine Rückarbeitsdiode dl bzw. d2 gegenparallel geschaltet.
In beiden Wechselrichtern w1 und w2 sind zusätzlich noch an sich bekannte Kommutierungseinrichtungen vorgesehen, welche Löschkondensatoren und gegebenenfalls zusätzlich auch steuerbare Löschventile enthalten. Auf die Darstellung dieser Eommutierungseinrichtungen, die für die Funktion erforderlich sind, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Die Eommutierungseinrichtungen sind so ausgebildet, daß die Hauptventile n1 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 w1 oben links gezeichnete Hauptventil n16 in einer Periode beliebig häufig löschbar sein, bevor das rechts daneben eingezeichnete, mit ihm in Reihe liegende Hauptventil n13 unmittelbar anschließend gezündet wird, und umgekehrt. Diesen Anforderungen genügen die bekannten Kommutierungseinrichtungen mit Einzellöschung oder mit Gegentaktlöschung (Siemens-Zeitschrift 43 (1969), Heft 11, Seiten 888 bis 893), nicht jedoch mit Ventilfolgelöschung oder mit Phasenlöschung.
Die drei Ausgänge R1, S1, Tl und R2, S2, T2 jedes Wechselrichters w1 bzw. W2 führen in eine Übertragerschaltung T, die zwei Transformatoren ml und m2 enthält. In der Übertragerschaltung T werden die Ausgangsspannungen beider Wechselrichter wl und w2 zu einer Gesamtausgangsspannung zusammengesetzt, die an den Phasenklemmen R, S, T erscheint.
In Figur 3 sind die beiden dreiphasigen Transformatoren ml und m2 in der sogenannten DzO-Schaltung ausgeführt. Anstelle dieser DzO-Schaltung kann auch eine Dz6-Schaltung verwendet werden. Insbesondedie DzO-Schaltung hat den Vorzug, daß sie für eine gute Stromaufteilung auf der Primärseite bei Schieflast sorgt. Weiterhin ist es auch möglich, eine Dy5- oder eine Dyll-Schaltung einzusetzen. Allgemein gesprochen müssen am Ausgang beider Wechselrichter wl, w2 Transformatorschaltungen verwendet werden, die die Sekundärspannung gegenüber der Primärspannung um denselben Phasenwinkel drehen; weiterhin muß eine dieser Transformatorschaltungen einen auflösbaren Sternpunkt besitzen, damit sie an die andere Transformatorschaltung angeschlossen werden kann.
Aus Figur 3 geht hervor, daß die beiden Transformatoren ml und m2 im wesentlichen gleichen Schaltungsaufbau besitzen.
Die Primärwicklungen sind im Dreieck geschaltet. Sekundärseitig sind auf jedem Schenkel jeweils zwei Sekundärwicklungen angeordnet. Jeweils zwei Sekundärwicklungen benachbarter Schenkel sind in Reihe geschaltet. Die sekundärseitige Verbindung der beiden Transformatoren ml und m2 ist so getroffen, daß die Reihenschaltung von zwei Sekundärwicklungen des einen Transformators ml oder m2 mit der entsprechenden Reihenschaltung von zwei Sekundärwicklungen des anderen Transformators m2 bzw. ml 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 ml sind mit Ul, Vl, W1 und die Ausgangsklemmen des Transformators m2 sind mit U2, V2, W2 bezeichnet. An den Ausgangsklemmen U2, V2, W2 des Transformators m2, die direkt zu den Phasenklemmen R, S bzw. T führen, und an der Sternpunktklemme M des Transformators ml steht ein dreiphasiges, symmetrisches Spannungssystem einschließlich der Sternspannungen zur Verfügung.
Zum Zünden aller Hauptventile n1, n2 ist ein gemeinsames Steuergerät C vorgesehen. Der Übersichtlichkeit halber ist für jeden der beiden Wechselrichter wl, w2 nur eine einzige Verbindungsleitung zwischen einem Hauptventil n16 bzw. n26 und dem Steuergerät C eingezeichnet, über welche die Zündsignale z16 bzw. z26 gegeben werden. Falls steuerbare Löschventile in den Kommutierungseinrichtungen der Wechselrichter w1, w2 vorhanden sind, gibt das Steuergerät C auch 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 uc die Steuersignale gleichermaßen für die Hauptventile n11 bis n16 und für die Hauptventile n21 bis n26 hergeleitet werden. Die einzelnen Hauptventile n11 bis n26 werden dabei pro Periode mehrfach gezündet und gelöscht. Die Frequenz beider Wechselrichter ul und u2 kann am Steuergerät C gemeinsam mittels einer von außen zugeführten Frequenzsteuerspannung Uf fest eingestellt oder in Abhängigkeit von anderen Größen geführt werden. Über die Steuergleichspannung uc kann der Steuerwinkel &/2 verändert und damit der Betrag der Gesamtausgangsspannung gestellt werden. Der Steuerwinkel &/2 ist im allgemeinen proportional zur Steuergleichspannung uc. Die Steuergleichspannung uc kann in Abhängigkeit von anderen Größen geführt oder-- wie in Figur 3 dargestellt - in einem Regelkreis gebildet werden.
Bei der in Figur 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 ud und von Laststößen des Verbrauchers. Im Spannungsregelkreis wird zunachst mittels eines Spannungswandlers W der Istwert der Gesamtausgangsspannung zwischen den Phasenklemmen R, S, T erfaßt. Dieser Spannungsistwert u.
wird mit einem Spannungssollwert us, der durch einen als Potentiometer dargestellten Sollwertgeber P vorgegeben ist, am Eingang eines Spannungsreglers V verglichen. Der Spannungsregler V gibt in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Steuergleichspannung uc ab, welche dem Steuergerät C zugeführt wird. Somit wird der Steuerwinkel M/2 in Abhängigkeit von der Gleichspannung ud geführt. Nach Auftreten eines von dem eingestellten Spannungssollwert us abweichenden Spannungsistwertes Ui wird die Gesamtausgangsspannung so lange über den Steuerwinkel /2 nachgeregelt, bis der Spannungsistwert ui den Spannungssollwert u5 wieder erreicht hat.
Die transformatorische Zusammensetzung der Gesamtausgangsspannung der Wechselrichteranordnung von Figur 3 wird unter Zuhilfenahme der Figuren 4 und 5 erläutert. Die in den Figuren 4 und 5 gezeigten Spannungs-Zeit-Diagramme beziehen sich jeweils auf die oberhalb ebenfalls eingezeichnete Zeit- oder Phasenwinkelachse ot.
Nach Figur 4 wird eine periodische Synchronisierspannung, im vorliegenden Fall beispielsweise eine symmetrische Sägezahnspannung uz, mit einer einstellbaren Steuergleichspannung Uc verglichen. Die Sägezahnspannung uz besitzt den Scheitelwert u zo und die zwölffache Frequenz der Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung der Wechselrichteranordnung. Haben Sägezahnspannung u z und Steuergleichspannung uc denselben Wert, was an den eingezeichneten Punkten im Kurvenverlauf des ersten Diagramms von Figur 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 ß1 = 15° + # 30° - α/2 und eine ansteigende Schaltflanke für den Winkel 3 = 150 + # . 30° + α/2 besitzt, wobei # = 0, 1, 2, 3 ... ist. Man erhält somit eine Rechteckspannung mit der zwölffachen Frequenz der Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung. Die Schaltflanken dieser Rechteckspannung liegen also symmetrisch zu den Winkeln &2 = 15° + # . 30°. Die Lücken an den Stellen ß2 haben entsprechend der Größe der Sägezahnspannung uz, die sich im Bereich von Null Volt bis zum Scheitelwert uzo, und umgekehrt, zeitlinear verändert, eine Gesamtbreite 2 . α/2, die im Bereich von 300 bis 0° el liegt. Hat die Steuergleichspannung uc z.B. die Höhe des Scheitelwerts uzo angenommen, dann beträgt die Gesamtbreite i = Oo el. Eine Verringerung der Steuergleichspannung bedeutet dann eine Vergrößerung der Gesamtbreite CL und damit des Steuerwinkels α/2.
Aus dieser (nicht gezeigten) Rechteckspannung werden durch eine geeignete elektronische Zähl- und Verteilschaltung die Steuerimpulse für die gesteuerten Hauptventile n11 bis n16 des Wechselrichters w1 und für die gesteuerten Hauptventile n21 bis n26 des Wechselrichters w2 gebildet. Die Steuerimpulsbildung wird so vorgenommen, daß an den Ausgängen R1, S1, T1 des ersten Wechselrichters w1 gegen den fiktiven Mittelpunkt M' der Gleichspannungsquelle b die Wechselspannungen U(R1, M'), U(S1, M') bzw. U(T1, M') anliegen.
Diese Wechselspannungen sind in ihrem zeitlichen Verlauf in den Diagrammen 2 bis 4 (vgl. die umrandeten arabischen Ziffern) der Figur 4 eingetragen. Die Wechselspannungen U(R1, M'), U (S1, M') und Ut<Tl, M') bestehen aus einer Anzahl von positiven und negativen rechteckigen Spannungsimpulsen und zeigen jeweils denselben Aufbau. Sie sind aber gegeneinander jeweils um 120° el verschoben. Z.B. handelt es sich bei der Wechselspannung U(R1, M') pro Periode um einen positiven, von Oo bis 180° el reichenden Spannungsimpuls der Länge 180 , bei dem an den Stellen 150, 450, 1350 und 1650 el vier negative Span-0 pungsimpulse der Länge 1800, bei dem an den Stellen 195°, 225 3150 und 3450 el vier positive Spannungsimpulse gleicher Höhe und Breite oC symmetrisch eingefügt sind. Die Breite der eingefügten Spannungsimpulse beträgt also jeweils d und ist einstellbar. Die Wechselspannungen U(S1, M') und U(Tl, M') zeigen pro Periode denselben, je um 120° verschobenen Aufbau. Die jeweils gezündeten Hauptventile sind rechts neben den Diagrammen angegeben.
*gleicher Höhe und Breite w symmetrisch eingefügt sind, und um einen negativen Spannungsimpuls Aus der erwähnten (nicht gezeigten) Rechteckspannung werden auch durch geeignete elektronische Zähl- und Verteilschaltungen die Steuerimpulse für die Hauptventile n21 bis n26 des zweiten Wechselrichters w2 gebildet. Die Steuerimpulsbildung erfolgt derart, daß an den Ausgängen R2, S2, T2 des zweiten Wechselrichters w2 gegen den fiktiven Mittelpunkt M' 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 Figur 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 Einzelspannungsimpulsen zusammengesetzt und gegeneinander jeweils um 1200 el verschoben sind. Z.B. handelt es sich bei der Wechselspannung U(R2, M') pro Periode um einen negativen Spannungsimpuls,der von 00 bis 300 el reicht und bei dem an der Stelle 150 el ein positiver Spannungsimpuls eingefügt ist, um einen positiven Spannungsimpuls, der von 300 bis 600 el reicht, um einen negativen Spannungsimpuls, der von 600 bis 1200 el reicht, um einen positiven Spannungsimpuls, der von 1200 bis 1500 el reicht, um einen negativen Spannungsimpuls, der von 1500 bis 1800 el reicht und bei dem an der Stelle 1650 el ein positiver Spannungsimpuls eingefügt ist, um einen positiven Spannungsimpuls, der von 1800 bis 2100 el reicht und bei dem an der Stelle 1950 el ein negativer Spannungsimpuls eingefügt ist, um einen negativen Spannungsimpuls, der von 2100 bis 2400 el reicht, um einen positiven Spannungsimpuls, der von 2400 bis 300° el reicht, um einen negativen Spannungsimpuls, der von 3000 bis 3300 el reicht, und um einen positiven Spannungsimpuls, der von 3300 bis 3600 el reicht und bei dem an der Stelle 3450 el ein negativer Spannungsimpuls eingefügt ist.
Die Breite der symmetrisch eingefügten positiven und negativen Spannungsimpulse beträgt jeweils l und ist einstellbar.
Sind die in den Diagrammen 2 bis 4 von Figur 4 und in den Diagrammen 7 bis 9 von Figur 5 angegebenen Wechselspannungsn positiv, sind die auf der Plusseite der Gleichspannungsquelle b liegenden Hauptventile n13, n12, n11 bzw. n23, n22, n21 gezündet; sind sie negativ, so sind die auf der Minusseite liegenden Hauptventile n16, n15, n14 bzw. n26, n25, n24 gezündet.
An den angegebenen Stellen der Periodendauer sind alle eingefügten Spannungsimpulse in ihrer Breite, nL in einem Steuerwinkelbereich Oo c 2 i/2 ' L 300 el durch die Steuergleichspannung uc gleichmäßig und gleichsinnig verschiebbar. Der in den Figuren 4 und 5 beispielsweise dargestellte Fall gilt für einen Steuerwinkel d/2 = 7,50 el.
Die als Leiterspannung gemessene Ausgangsspannung zwischen den Ausgängen R1, S1 des ersten Wechselrichters w1 ergibt sich als Differenz der Wechselspannungen U(R1, M') und U(S1, M') in den Diagrammen 2 bzw. 3 von Figur 4. Diese Ausgangsspannung U(R1, S1) ist in Figur 4 im Diagramm 5 eingetragen.
Sie entspricht identisch dem Verlauf der ersten Ausgangsspannung U(A,B) von Figur 2, ist allerdings demgegenüber um 300 nach links phasenverschoben. Sie braucht im einzelnen nicht nochmals beschrieben zu werden. Entsprechend ergibt sich die Ausgangsspannung U(S1, T1) des ersten Wechselrichters w1 als Differenz der Wechselspannungsverläufe U(S1, M') und U(T1, M') in den Diagrammen 3 und 4 von Figur 4. Diese Ausgangsspannung U(S1, 21) ist im Diagramm 6 von Figur 4 eingezeichnet. Sie ist gegenüber der Ausgangsspannung U(R1, S1) von Diagramm 5 um 120° nach rechts verschoben. Die beiden Ausgangsspannungen U(R1, S1) und U(S1, 1) erscheinen auch phasenrichtig an den Ausgangsklemmen U1, Vl bzw. V1, W1 des Transformators ml als Wechselspannungen U(U1, V1) bzw.
U(V1, W1).
Die Äusgangsspannung U(R2, S2) des zweiten Wechselrichters w2 ergibt sich als Leiterspannung zwischen den Ausgängen R2, S2 aus der Differenz der Wechselspannungen U(R2, M') und U(S2, M') in den Diagrammen 7 und 8 von Figur 5. Diese Ausgangsspannung U(R2, S2) ist in Diagramm 10 von Figur 5 eingetragen. Der zeitliche Verlauf entspricht genau der Ausgangsspannung U(B,C) von Figur 2, ist demgegenüber jedoch um 300 nach links phasenverschoben, Eine nähere Beschreibung dieser Ausgangsspannung U(R2, S2) erübrigt sich somit.
Die Ausgangsspannung U(S2, T2) des zweiten Wechselrichters w2, die in Figur 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 Figur 5. Die Ausgangsspannung U(S2, T2) ist gegenüber der anderen Ausgangsspannung U(R2, S2) um 1200 el phasenverschoben.
Die beiden Ausgangsspannungen U(R2, S2) und U(S2, T2) erscheinen phasenrichtig an den Ausgangsklemmen U2, V2 bzw. V2, W2 des Transformators m2, wenn dessen Sternpunkt - abweichend von der Darstellung in Figur 3 - kurzgeschlossen ist, als Wechselspannungen U(U2, V2) bzw. U(V2, W2).
Verbindet man nun in der in Figur 3 dargestellten Weise die Sternpunktklemmen des Transformators m2 mit den Ausgangsklemmen U1, Vl bzw. W1 des Transformators ml, dann addiert sich die Ausgangsspannung U(R1, S1) von Diagramm 5 in Figur 4 zu der Ausgangsspannung U(R2, S2) von Diagramm 10 in Figur 5.
Die Addition ergibt eine Gesamtausgangsspannung U(U2, V2), deren zeitlicher Verlauf für den Steuerwinkel a /2 = 7,50 el im Diagramm 12 von Figur 5 dargestellt ist. Der Verlauf dieser Gesamtausgangsspannung U(U2, V2) entspricht der Gesamtausgangsspannung U(A,) von Figur 2, ist jedoch gegenüber dieser um 300 nach links verschoben. Eine nochmalige Erläuterung erübrigt sich daher.
Entsprechend addiert sich auch die Ausgangsspannung U(S1, T1) von Diagramm 6 in Figur 4 zu der Ausgangsspannung U(S2, T2) von Diagramm 11 in Figur 5. Die Addition ergibt eine Gesamtausgangsspannung U(V2, W2), deren zeitlicher Verlauf für einen Steuerwinkel oC/2 /2 = 7,5° el im Diagramm 13 von Figur 5 dargestellt ist. Diese Gesamtausgangsspannung U(V2, W2) ist gegenüber der Gesamtausgangsspannung U(U2, V2) um 1200 phasenverschoben, zeigt aber sonst denselben zeitlichen Verlauf.
Die (nicht dargestellte) Gesamtausgangsspannung U(U2, W2) zeigt ebenfalls denselben Verlauf, ist aber um weitere 1200 phasenverschoben. Am Ausgang der Übertragerschaltung T erhält man somit ein symmetrisches dreiphasiges Wechselspannungssystem mit den drei Gesamtausgangsspannungen U(U2, V2), U(V2, W2) und U(U2, W2).
Im Diagramm 14 von Figur 5 ist die im Diagramm 12 dargestellte Gesamtausgangsspannung U(U2, V2) für den Fall dargestellt, daß der Steuorwinkel ort/2 = Oo el beträgt. Auch diese Gesamtausgangsspannung ist weitgehend der Sinusform angenähert. Sie ist als Grundform anzusehen, aus der bei d/2 $ Wodurch Einfügen von Lücken Gesamtausgangsspannungen mit geringerem Mittelwert entstehen.
Es war eingangs vorausgesetzt worden, daß beide Wechselrichter w1, w2 an derselben Gleichspannung ud liegen. Aus dem Vergleich zwischen den Diagrammen 5 und 6 in Figur 4 und den Diagrammen 10 und 11 in Figur 5 ist ersichtlich, daß die Amplituden der Ausgangsspannungen U(R1, S1) und U(Sl, T1) gegenüber den Amplituden der Ausgangs spannungen U(R2, S2) und U(S2, T2) größere Werte haben. Das wird durch das unterschiedliche Übersetzungsverhältnis der beiden Transformatoren ml und m2 erreicht. Hat der Transformator ml das tbersetzungsverhältnis 1, dann muß der Transformator m2 das Übersetzungsverhältnis (2 + 5) haben.
Aus den Diagrammen 12 und 13 der Figur 5 ist ersichtlich, daß die Gesamtausgangsspannung U(U2, V2) bzw. U(V2, W2) einen zwölfpulsigen Spannungsverlauf hat. Dieser Spannungsverlauf enthält bei jedem Steuerwinkel </2 außer der Grundschwingung nur Oberschwingungen der Ordnungszahl n = (12p + 1) mit p = 1, 2, 3 ..., also Oberschwingungen der Ordnungszahl 11, 13, 23, 25 ... usw.
Wegen der hohen Pulsigkeit der Gesamtausgangsspannung U(U2, V2), U(V2, W2) und U(U2, W2) wird eine hohe Stellgeschwindigkeit erreicht. Mit anderen Worten: Tritt eine Störung auf, so kann diese Störung.bereits durch Veränderung der Gesamtbreite & 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 Figur 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 n = 11, 13, 23, 25 und 35, der Verlauf des Klirrfaktors K und der Verlauf des Gesamteffektivwertes Uilud als Funktion des Steuerwinkels 4/2 aufgetragen. Daraus ist zu entnehmen, daß mit zunehmendem Steuerwinkel 4/2 die Amplitude der Grundschwingung (n = 1) praktisch linear abnimmt. Weiterhin ist erkennbar, daß der Klirrfaktor K zwar mit zunehmendem Steuerwinkel 4 /2 insgesamt zunimmt, daß dabei aber außer den angegebenen keine weiteren Oberschwingungen auftreten. Dargestellt ist jedesmal der Effektivwert der Spannungen.
Bei der Wechselrichteranordnung nach Figur 3 werden die drei Ausgangswechselspannungen U(U2, 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 Figur 1 jeweils mit einem Spannungsregelkreis zu versehen. Dabei wird die Mittelsymmetrie der Grundschwingung bei Einhaltung der Zwölfpulsigkeit der Phasenspannung beibehalten.
In Figur 7 ist in schematischer Darstellung ein Ausführungs beispiel eines Steuergerätes C veranschaulicht. Es dient zur Bildung von Zündsignalen z11 bis z16 sowie z21 bis z26 für die Hauptventile der beiden Wechselrichter w1 bzw. w2 bei gemeinsamer dreiphasiger Spannungsregelung. In den Figuren 8 und 9 ist der zeitliche Verlauf der Signale, die bei diesem Steuergerät a auftreten, dargestellt. Die Figuren 7 bis 9 werden im folgenden gemeinsam betrachtet.
Nach Figur 7 wird die Frequenzsteuerspannung Uf einem Spannungs-Frequenz-Wandler F zugeführt, der zwei zueinander inverse rechteckförmige Ausgangssignale d und e (vgl. Figur 8) abgibt. Die Frequenz dieser Ausgangssignale d und e ist gleich dem Zwölffachen 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 Eingangs eines Spannungsvergleichsgliedes H zugeführt. Der andere Eingang dieses Spannungsvergleichsgliedes H ist durch die Steuergleichspannung uc beaufschlagt. Die beiden Eingangsspannungen uz und 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 u, z und u c besitzen diese beiden Ausgangssignale a und b eine inverse Umschaltflanke (H 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, sondernauch in ein Schieberegister N gegeben. Hier werden nacheinander Schaltimpulse cl bis c12 gebildet, die über zwölf getrennte Leitungen ebenfalls der logischen Verknüpfungsschaltung L zugeleitet werden. Die einzelnen Schaltimpulse cl bis c12, von denen pro Periode und pro Kanal nur einer gebildet wird, sind bei jeder Frequenz der Ausgangssignale d, e jeweils um 300 el gegeneinander versetzt. Ihre Länge beträgt 300 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 cl bis c12 die Zündsignale z11 bis z16 für die Hauptventile n11 bis n16 des ersten Wechselrichters w1 sowie die Zündimpulse z21 bis z26 für die Hauptventile n21 bis n26 des zweiten Wechselrichters w2 gebildet werden. Der Aufbau dieser logischen Verknüpfungsschaltung L ist beliebig; sie muß nur infolge ihrer logischen Verknüpfungen in der Lage sein, die in Figur 9 dargestellten Zündsignale z11 bis z16 zu liefern.
Eine genauere Betrachtung des zeitlichen Verlaufs z.B. der Zündsignale z11 und z14 in Figur 9 ergibt, daß sie zueinander invers sind. Das heißt, solange das Hauptventil n11 gezündet ist, ist das benachbarte Hauptventil n14 gesperrt, und umgekehrt. Die Zünd- und Löschzeitpunkte sind so gewählt, daß sich der im Diagramm 2 von Figur 4 gezeigte Verlauf der Wechselspannung U(R1, M') einstellt. Der Verlauf des Zündsignals z11 ergibt sich - dargestellt in Boolescher Schreibweise -aus folgender Verknüpfung: z11 = (bAc1)v(b^c2)vc3vc4v(bac5)v(bac6)v(anc7)v(aac8)v (aAc1 1 )v(aAcl 2) (1) Der Verlauf des Zündsignals z14 ergibt sich aus dem Negativem der Verknüpfung des Zündsignals z11.
Der Verlauf des Zündsignals z12, der gegenüber dem Verlauf des Zündsignals z11 um 1200 el phasenverschoben ist, läßt sich durch folgende Verknüpfung darstellen: z12 = (a^c3)v(aac4)v(b^c5)v(bac6)vc7vc8v(bac9)v(bAc10)v (aac11)v(aac12) (2) Die Negation dieser Verknüpfung liefert den Verlauf des inversen Zündsignals z15. Die beiden Zündsignale z12 und z15 liefern eine Wechselspannung U(S1, M'), deren zeitlicher Verlauf im Diagramm 3 in Figur 4 dargestellt ist.
Die beiden letzten Diagramme von Figur 9 zeigen den Verlauf der Zündsignale z15 und z16 für die beiden benachbarten Hauptventile n13 bzw. n16. Auch diese beiden Zündsignale z13 und z16 sind zueinander invers. Ihre Zünd- und Löschzeitpunkte sind so gewählt, daß sich der im Diagramm 4 von Figur 4 gezeigte Verlauf der Wechselspannung U(21, M') ergibt. Der Verlauf des Zündsignals zl3 ist gegenüber demjenigen des Zündsignals z12 um 1200 phasenverschoben. Er ergibt sich aus der folgenden Verknüpfung: z13 = (bAc1)v(bzc2)v(a^c3)v(ac4)v(a^c7)v(azc8)v(b^c9)v (boc10)vc11vc12. (3) Der Verlauf des Zündsignals z16 ergibt sich aus dem Negativen der Verknüpfung des Zündsignals z13.
Zusammenfassend ist also zu sagen, daß die logische Verknüpfungsschaltung logische Bauelemente enthält, die aus den eingegebenen Signalen a, b und Schaltimpulsen cl bis c12 gemäß den Verknüpfungen (1), (2) und (3) sowie dem Negativen dieser Verknüpfungen (1), (2) und (3) die Zündsignale z11 bis z16 für den ersten Wechselrichter wl bilden. Ganz entsprechend lassen sich aus den Diagrammen 7 bis 9 in Figur 5 auch die Zündsignale z21, z24 und z22, z25 sowie z23, z26 für die Hauptventile n21 bis n26 des zweiten Wechselrichters w2 aufzeichnen. Für diese Zündsignale z21 bis z26 lassen sich dann ebenfalls formelmäßige Verknüpfungen angeben, die ebenfalls durch logische Bauelemente, insbesondere UND- und ODER-Verknüpfungsglieder, realisiert werden können.
9 Figuren 9 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 0 Verfahren zur Ansteuerung der steuerbaren Hauptventile zweier Wechselrichter, deren Eingänge vorzugsweise an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen und deren Ausgangsspannungen transformatorisch zu einer Gesamtausgangsspannung zusammengesetzt sind, wobei die Ansteuerung so vorgenommen wird, daß die beiden Ausgangsspannungen einen rechteckförmigen Verlauf besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausgangsspannung (U(A,B); U(R1,S1)) pro Periode aus einem positiven und einem negativen Spannungsimpuls besteht, wobei der positive Spannungsimpuls von 300 bis 1500el reicht und bei 45°, 75°, 105° und 135° el symmetrisch angeordnete Lücken von einstellbarer Gesamtbreite (cG) aufweist, und wobei der negative Spannungsimpuls von 2100 bis 33O0el reicht und bei 2250, 2550, 2850 und 315 0el symmetrisch angeordnete Lücken von derselben einstellbaren Gesamtbreite (4 aufweist, daß die zweite Ausgangsspannung (U(B,0); U(R2,S2)) pro Periode aus vier positiven und vier negativen Spannungsimpulsen jeweils von der Breite 30°el mit mittig angeordneten Lücken von einstellbarer Gesamtbreite (d) besteht, wobei die positiven Spannungsimpulse symmetrisch bei 150, 1650, 2250 und 315Oel und die negativen Spannungsimpulse symmetrisch bei 450, 1350, 1950 und 345 0el liegen, und daß die Höhe der Spannungsimpulse der ersten Ausgangsspannung (U(A,B); U(R1,S1)) um den Paktor (2 + t7T) größer ist als die Höhe der Spannungsimpulse der zweiten Ausgangsspannung (U(B,C); U(R2,S2)).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken in den Spannungsimpulsen der ersten Ausgangsspannung (U(A,B); U(Rl,S1)) dieselbe einstellbare Gesamtbreite (6L) besitzen wie die Lücken in den Spannungsimpulsen der zweiten Ausgangsspannung (U(B,0); U(R2,S2)).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite ( ) der Lücken die Stellgröße in einem Regelkreis ist, der zur Regelung der Gesamtausgangsspannung (U(U2,V2), U(V2,W2), U(U2,W2)) vorgesehen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittpunkte einer periodischen Synchronisierepannung mit einer einstellbaren Steuergleichspannung (uc) bestimmt werden, und daß die Steuersignale für die Hauptventile (n1, n2) beider Wechselrichter (w1, w2; ul, u2;) in Abhängigkeit von diesen Schnittpunkten gebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Synchronisierspannung eine symmetrische Sägezahnspannung (uz) vorgesehen ist, deren Frequenz das Zwölffache der Frequenz der Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung (U(U2" V2), U(V2,'n2), U(U2,W2)) beträgt.
6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Wechselrichter (ul, u2) ein gemeinsames Steuergerät (C) vorgesehen ist, das ein Spannungsvergleichsglied (H) zum Vergleich einer einstellbaren Steuergleichspannung (uc) mit einer periodischen Synchronisierspannung (uz) und zur Erzeugung von Ausgangssignalen (a, b) bei Spannungsgleichheit enthält, das ein Schieberegister (N) zur Bildung von gegeneinander versetzten Schaltimpulsen (c1, c12) enthält, iind das eine logische Verknüpfungsschaltung (L) enthält, durch logische Verknüpfung der Ausgangssignale (a, b) mit den Schaltimpulsen (c1 bis c12) die Zündsignale (zwei bis z16 und z21 bis z26) für die Hauptventile (null bis n16 und n21 bis n26) der beiden Wechselrichter (ul, u2) bildet (Fig. 7).
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des periodischen Synchronisiersignals (Uz) ein symmetrischer Sägezahngenerator (G) vorgesehen ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sägezahngenerator (G) ein Spannungs-Frequenz-Wandler (F) vorgeschaltet ist, der von einer Frequenzsteuerspannung (Uf) beaufschlagt ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (N) vom Ausgangssignal (d, e) des Spannungs-Frequenz-Wandlers (F) gespeist ist.

Leerseite