DE2423601B2

DE2423601B2 - Verfahren und schaltungsanordnung zur ansteuerung der steuerbaren hauptventile zweier wechselrichter

Info

Publication number: DE2423601B2
Application number: DE19742423601
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. 8520 Erlangen Forstbauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1977-08-04
Also published as: JPS5524347B2; ATA183375A; SE405432B; JPS50160724A; CH585484A5; SE7505521L; DE2423601C3; DE2423601A1; AT332936B

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;

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

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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 u_ckann 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 u_c 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 u_s abweichenden Spannungsistwertes u,- wird die Gesamtausgangsspannung so lange über den Steuerwinkel a/2 nachgeregelt, bis der Spannungsistwert u, den Spannungssollwert u_s 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 u_c ver-

glichen. Die Sägezahnspannung u_z besitzt den Scheitelwert Uta und die zwölffache Frequenz der Grundschwingung der Gesamtausgangsspannung der Wechselrichteranordnung. Haben Sägezahnspannung u, und Steuergleichspannung u_c 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 μ_λ 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.

Diese Wechselspannungen sind In ihrem zeitlichen Verlauf in den Diagrammen 2 und 4 (vgl. die umrandeten

arabischen Ziffern) der PIg.4 eingetragen. Die

Wechselspannungen U(R 1, Af), U(Si, Af) und U(Ti, Af) bestehen aus einer Anzahl von positiven und

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 * 30^s el. durch die Steuergleichspannung u_c 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.

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 u_z liefert. Die Sägezahnspannung u_z wird dann einem Eingang eines Spannungsvergleichsgliedes H zugeführt. Der andere Eingang dieses Spannungsvergleichsgliedes H ist durch die Steuergleichspannung u_c beaufschlagt. Die beiden Eingangsspannungen u_zund u_c 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, 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

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

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 (u_c) 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 (u_c) mit einer periodischen Synchronisierspannung (u_e) 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.