DE2510186B2

DE2510186B2 - Steuerschaltung für einen Wechselrichter

Info

Publication number: DE2510186B2
Application number: DE2510186A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Hoya Tokio Sekino (Japan)
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1978-08-31
Also published as: FR2264421B1; GB1504313A; US3958171A; SE7502662L; DE2510186A1; DE2510186C3; FR2264421A1; SE401759B

Description

nissen ab, so daß je nach der eingestellten Amplitude mehr oder weniger starke Oberwellen auftreten; das kann recht lästig seia Auch muß zur angenäherten Darstellung einer Sinusschwingung durch derartige, aus abgeschnittenen Spitzen der Trägerschwingung gebildete Impulse die Anzahl der Impulse in jeder Halbwelle ziemlich groß gewählt werden, wenn au? eine möglichst vollständige Unterdrückung der niedrigen Oberwellen Wert gelegt wird.

In der Steuerschaltung nach US-PS 36 49 902, die dejn ι ο Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, ist jede Halbwelle ek.er Grundschwingung in gleiche Phasenabschnitte unterteilt Am linken Ende jedes Abschnittes wird ein Impuls gestartet Gleichzeitig beginnt eine Auszählung der Impulse wesentlich dichterer Impulsfolge im Schieberegister. Bei bestimmten, von Phasenabschnitten zu Phasenabschnitt wechselnden Stellungen des Schieberegisters wird dann der Spannungsimpuls jeweils noch innerhalb des Phasenabschnitts beendet Dabei ist die Impulsbreite jeweils so gewählt, daß die Fläche des Impulses gleich der Fläche des entsprechenden Abschnitts einer Sinusschwingung ist Die Frequenz der dichteren Impulsfolge ist dabei zunächst einmal ein festes ganzzahliges Vielfaches der Wechselrichter-und damit auch der Phasenabschnittsfrequenz. Wenn die Ausgangsspannung verändert werden soll, wird die Impulsbreite der Spannungsimpulse dadurch geändert, daß von außen her in die dichtere Impulsfolge zusätzliche Impulse eingesteuert werden. Der Beginn jedes Spannungsimpulses bleibt dabei also unverändert, und nur das Ende erfolgt aufgrund der zusätzlich eingesteuerten Impulse früher; dadurch entsteht eine mehr oder weniger starke Unsymmetrie, weshalb die Unterdrückung der Oberwellen nur unvollkommen gelingt Auch hier lassen sich die Oberwellen niedriger Ordnung nur dann einigermaßen zum Verschwinden bringen, wenn die Anzahl der Spannungsimpulse in jeder Halbwelle der Grundschwingung verhältnismäßig hoch ist; in dem Reispiel, das in der US-PS 36 49 902 behandelt wird, ist jede Halbwelle in zwölf Phasenabschnitte unterteilt. Dies bedingt einen verhältnismäßig hohen Schaltungsaufwand. Da die in die dichtere Impulsfolge eingesteuerten Impulse in ihrer Phasenlage vom Zufall abhängen, wird auch durch diese eine gewisse Unsymmetrie hineinkommen, die nur durch Wahl einer sehr hohen Impulsdichte in Grenzen gehalten werden kann.

Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der zuletzt erwähnten Schaltungsanordnung die zur Steuerung eines Wechselrichters erforderlichen Impulsreihen derart zu erzeugen, daß mit einfacheren Mitteln eine weitgehend oberwellenfreie Impulsdarstellung erzielt wird, die bei vorgegebener Anforderung an einen geringen Oberwellengehalt mit einer geringeren Anzahl von Spannungsimpulsen in jeder Halbwelle der Grundschwingung auskommt

Mit Hilfe der neuen Schaltungsanordnung lassen sich Amplitude und Frequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters unabhängig voneinander in einfacher Weise stetig in einem weiten Bereich verändern, ohne daß das Auftreten eines Gleichspannungsanteils oder nennenswerter Reste von Oberwellen niedriger Ordnung zu befürchten ist.

Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt, daß der Mittenabstand der erzeugten Spannungsimpulse konstant und unabhängig von Amplitude und Frequenz deich der Breite der Phasenabschnitte ist. Ferner stehen die Impulsbreiten in aufeinanderfolgenden Phasenabschnitten innerhalb einer Halbwelle in einem ganzzahligen Verhältnis, das mindestens angenähert eine vorgeschriebene Bedingung erfüllt Es läßt sich zeigen, daß bei Einhaltung dieser Vorschriften bereits wenige Spannungsimpulse in jeder Halbwolle für eine weitgehend oberwellenfreie Darstellung einer Sinusschwingung ausreichen. In einem bevorzugten Beispiel werden hierzu sechs Spannungsimpulse je Halbwelle verwendet.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigen die bereits erwähnten

F i g. 1 A, IB und 2 Prinzipschaltung und Arbeitsweise bekannter Wechselrichter,

Fig.3 und 4 Arbeitsweise und Wirkung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform derselben,

Fig.6 und 7 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 5,

Fig.8 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines Teils der Schaltungsanordnung nach Fig. 5,

F i g. 9 und 10 ein Blockschaltbild und ein erläuterndes Diagramm eines weiteren Ausführungsbsispiels der Erfindung,

Fig. 11 ein mehr ins einzelne gehende Schaltbild der Anordnung nach F i g. 5,

Fig. 12 und 13 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 11 und

Fig. 14 ein Schaltbild zweier für die Zwecke der Erfindung verwendeten Impulsgeneratoren. _

In F i g. 3 zeigen die Signale X', A". Y' und Y die Intervalle, für_welche die halbleitenden Schaltelemente X, X, Kund ydes Wechselrichters in Brückenschaltung nach Fig. IA geschlossen bzw. geöffnet (leitend bzw. nichtleitend) sind. Ein Wert der Ausgangsspannung e ist vorhanden, wenn die Signale Y' und A"'bzw. die Signale Yund ^'gleichzeitig auftreten, wobei zwischen diesen beiden Signalpaaren eine Polaritätsumkehr der Spannung e stattfindet. Die Impulsbreiten der Signale Y' in der ersten Halbperiode der Ausgangsspannung e entsprechen den Impulsbreiten der Signale Y' in der zweiten Halbperiode der Spannung e, die entsprechenden Impulse sind schraffiert dargestellt Wenn nun die schraffierten Impulsbreiten in diesen Signalen verändert werden, ändern sich auch die Breiten θι, Θ2 und Θ3 der entsprechenden Impulse in der Ausgangsspannung e, so daß der Effektivwert von e auf diese Weise verändert werden kann. Wenn ferner das Verhältnis der einzelnen Impulsbreiten in bestimmter, nachstehend abgeleiteter Weise gewählt wird, lassen sich Oberwellen niedriger Ordnungszahl unterdrücken.

Wenn die aus Rechteckimpulsen zusammengesetzte Wechselspannung e in eine Fourier-Reihe entwickelt und als Summe der Spannungskomponenten der Oberschwingungen dargestellt wird, erhält man den Ausdruck

^β=Σ(

^4£°

— sin —r— Θ ■ cos(2m — 1) (<■<( - y).

Hierbei ist Eo die Amplitude eines Impulses, (2m-1) die Ordnungszahl der Oberschwingungen (m= 1,2,3...), ω die Kreisfrequenz der Grundschwingung {(2/n-l)}=1, t die Zeit, θ die Impulsbreite und φ die Phasendifferenz gegen einen Bezugspunkt.

5 6

Aus dieser Formel kann die Ate rechteckige rechteckigen Oberschwingungen resultierende Span-Wechselspannung e,· als Komponente der Wechselspan- nung e ergibt sich hieraus wie folgt: nung e in Fig.3 in folgender Weise ausgedrückt ₆ werden: ₍,_y_fi

i'i =5^-7t ^TT" ^sm τ— ^' ^cos(2"i — 1)('"' — 7()

^₁ (2"i — l).-r 2 Allgemein ergibt sich aus einer Anzahl von /?'

Rechteckschwingungen die folgende resultierende Die aus der Zusammensetzung der sechs ersten Spannung:

<■' = Σ Σ (2^V^{sin 2}^¹ ^f)< ■ ^{cos (2m} -'^{} M} -''⁽⁾

Σ Σ η -l

/ = 1 Tn^-=X

^sin ^' ^icos(2'"~ ¹⁾⁽"'^cos(²'"-')<"' + sin(2m-l)_(/f-sin(2m-1)...«}.

Wenn hier die Impulse, aus denen die Spannung e Wenn ferner der Phasenunterschied φ^,+ ij—φ,-zwischen

zusammengesetzt ist, symmetrisch zur Mitte π/2 der aufeinanderfolgenden Impulsen gleich groß gemacht

Halbperiode der Grundschwingung angeordnet werden, 20 wird, d. h. zu πΙ2η gewählt wird und

wie in F i g. 3 dargestellt, verschwindet das erste Glied in

der geschweiften Klammer der obigen Formel. Da (2/—1)

ferner im zweiten Glied gilt: ''' ~ 4J₁ ^T

sin(2m-1)_(/| = sin(2m-l)(/,„, ₂₅ eingesetzt wird, erhält man sin(2m - I)₇₂ = sin(2m - 1) '/,„i ... x

xsin(2m- l)_7l„,_/2) = sin(2m - l_n)f/_(n„₂ + i>. e = V V ——-τ—- sin -^=—β,-χ

f-i *-* (2m — 1).-t 2

vereinfacht sich die obige Formel, wenn die Anzahl der

Impulse in der Halbperiode eine gerade Zahl ist _{J0 s}in(2ii7-1) ^f^-.-r ·8Ϊη(2ιπ-l),.,f. (D

{n =2n), zu folgendem Ausdruck: 4?i

_e _ y¹ γ· 8E₀ 2m - 1 _χ Höhere Oberwellen gerader Ordnungszahl sind in

~'_li~_[{2m — I).t ' 2 ' dieser resultierenden Spannung e nicht enthalten.

y, Aus Formel (1) läßt sich die Amplitude £(2m-l) der

χ sin (2m -I)₇,- sin (2m - I) mi. (2m-l)sten Oberschwingung wie folgt ausdrucken:

Wenn hier die folgende Näherung eingeführt wird,

• ^2m - ^{] 2m} - i a

Sin ~ (V: — X 'V; \^l

2 2.

vereinfacht sich Formel (2) folgendermaßen:

~ίΤι -τ ^Sm '" 4n

Hieraus ergibt sich unter Berücksichtigung der Periodizität der trigonometrischen Funktionen

E\4np ± (2ii - 1)! =Σ ■■—— sin|4iip ± (2m - I)¹, .τ

,- l).TCos(2m- I)-^L-Hr, ± sin(2»i- 1) .7 -cosp(2i - \)π

= ±2 iM sin(2(H - 1) -²^~ .τ = ± E(Im - 1), (5)

/ = I
wobei /7 = 1, 2, 3 ...

Damit in diesem Ausdruck eine bestimmte Komponente E{2m' - 1) nicht enthalten ist, muß folgende Bedingung erfüll! sein:

Edm'- D = ± ⁴^ sin(2m'- 1) ^{^±, =0.

Wenn ζ. B. wie in F i g. 3 sechs Impulse in einer Halbperiode vorgesehen sind, lauten die Bedingungen dafür, daß die dritte und fünfte Oberschwingung verschwinden:

Die Auflösung dieses Gleichungssysteme ergibt:

BJB₃ = sin ~ / sin -JL

= sin

" / sin ~ ,

B₁ : B₂ : B₃ = sin .-τ/12 : sin3.V12: sin5.-r/12

= 0,268 :0,732 :1 . ⁽⁷⁾

Aus der Beziehung nach Formel (5) ergibt sich noch

Wenn die Beziehung der Formel (7) erfüllt ist, verschwinden also die dritte, fünfte, siebente und ähnliche Oberschwingungen nahezu vollständig. Wenn die Ordnungszahl (2m-l) der Oberschwingungen groß ist, gilt die Näherung (3) nicht mehr, d. h. die höheren Oberschwingungen können nicht eliminiert werden.

Wenn allgemein die Anzahl der Impulse in einer Halbperiode der Grundschwingung der Wechselspannung zu 2/j gewählt wird, die Impulse so angeordnet sind, daß der Phasenunterschied zwischen ihrem Mittelpunkt gleich groß ist (π/2η), die Impulsbreiten symmetrisch zur Mitte (π/2) der Halbperiode gewählt wird und die gegenseitige Beziehung der Impulsbreiten so gewählt wird, daß

B₁ : B₂ : .. . B₁: ... B_n

. .τ . 3.T . (2ί—η.-τ

= sin —: sin-;—: ... sin -. : ... sin

4« 4/1 4n

dann können alle Oberschwingungen niedriger Ordnungszahl vernachlässigt werden.

Fig.4 zeigt einige Zahlenbeispiele für die obige Ableitung. lede Komponente £(2m-l) ist bezüglich des Wertes

der Grundschwingung normiert. Die Abszisse zeigt die Breite Θ3 des maximalen Impulses und die Ordinate zeigt das Verhältnis der Grundschwingungskomponente und der Oberschwingungskomponenten, die in der Ausgangsspannung des Wechselrichters enthalten sind. Die gestrichelte Kurve £(1) bezieht sich auf die Grundschwingung, deren Verhältnis an dem linken Ordinatenmaßstab ablesbar ist. Die ausgezogenen Kurven E(Z), E(5) usw. beziehen sich auf die dritte, fünfte und höhere ungerade Oberschwingungen, deren Verhältnis am rechten Ordinatenmaßstab abgelesen werden kann. Wie man sieht, sind die dritte, die fünfte und entsprechende höhere Oberschwingungen kleiner. Oberschwingungen, die höher als die neunte und elfte sind, müssen wie üblich mittels eines Filters entfernt werden.

F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer_Schaltungsan-Ordnung zur Erzeugung der Signale Y', Y', A"'und X' in Fig.3. Ein Bezugspulsgenerator A erzeugt eine Impulsreihe α mit einer Frequenz, die ein ganzes Vielfaches der Betriebsfrequenz des Wechselrichters darstellt. Im vorliegenden Falle beträgt diese Frequenz das Zwölffache der Grundfrequenz (wenn die Betriebsfrequenz des Wechselrichters veränderlich sein soll, muß auch die Frequenz der Impulse χ entsprechend verändert werden). Ein Impulsgenerator B veränderlicher Frequenz erzeugt die Impulsreihe β mit einer wesentlich höheren Frequenz. Ein Ringzähler C teilt die Frequenz der Impulse λ im vorliegenden Falle in sechs Stufen und erzeugt periodisch die Teilungssignale a\ bis at Ein Zähler D (im vorliegenden Falle ein Schieberegister, aber es kann z. B. auch ein Auf- und Ab-Zähler verwendet werden) erzeugt Signale, die um ein ganzes Vielfaches der Pulsperiode β gegen die Impulse « verschoben sind. In diesem Falle beträgt die Signalverzögerung 0, 2, 4, 6, 8 und 10 Vielfache der Periode der Impulse ß. Die Signale a werden in ODER-Gliedern Gi, Gz und G3 kombiniert, wobei Gi die Ausgangssignale ai und ae des Ringzählers C, G₂ die Ausgangssignale a^ und su, und Gi die Ausgangssignale a₂ und as als Eingänge erhält. Die Ausgangssignale b\ bis fen des Zählers D werden in Flipflops Fi, F₂ und F₃ kombiniert, wobei F\ die Signale b\ und b\ 1, F₂ die Signale bs und 67 und F₃ die Signale fc und 69 als Eingänge erhält. Die Ausgangssignale der logischen Glieder G und F werden in UND-Glieder H\, H₂ und H₃ kombiniert. An den Eingängen von H\ liegen der Ausgang C₂ des Flipflops F₃ und der Ausgang des ODER-Gliedes G3, an H₂ liegen der Ausgang C₃ des Flipflops F₂ und der Ausgang des ODER-Gliedes Gi und H₃ empfängt das Ausgangssignal C\ des Flipflops Fi und das Ausgangssignal des ODER-Gliedes G₂. Die Ausgangssignale d\, d₂ und d₃ der UND-Glieder H\, H₂ und H₃ werden einem gemeinsamen ODER-Glied / zugeführt. Ein Flipflop / erhält das Ausgangssignal ai des Ringzählers_C als Eingang und liefert die Ausgangssignale A"'und X', deren Impulsbreiten der negativen bzw. positiven Halbwelle zugeordnet sind. Ein UND-Glied L\ empfängt das Ausgangssignal f des ODER-Gliedes / und das Ausgangssignal X' vom Flipflop /1; ein UND-Glied L₂ empfängt das in einem Negationsglied K umgekehrte Ausgangssignal / des ODER-Gliedes /, also das Signal /und das Ausgangssignal X'des Flipflops /. Die Ausgangssignale g\ und g₂ der beiden UND-Glieder L\ und L₂ werden einem ODER-Glied M zugeführt, das ein Ausgangssignal Y' erzeugt; hiervon wird mittels eines Negationsgliedes N das Komplementäre Ausgangssignal_y abgeleitet.

bo Die so erzeugten Signale X', X', Y'und Y' werden in bekannter Weise verstärkt und dann den Schaltelementen X₁X, yund Υψ i g. 11) zugeführt.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 wird nachstehend an Hand des Impiilsdiagramms

b5 in F i g. 6 erläutert. Wenn der Ringzähler C mit dem Ausgang <x des Bezugsimpulsgenerators A beaufschlagt wird, erhält man nacheinander die durch sechs geteilten Signale a\ bis a_b entsprechend einer Einteilung jeder

Halbwelle der Ausgangsspannung in sechs gleich lange Abschnitte. Aus dem Signal a\ werden im Flipflop / unmittelbar die_ die Halbwellen repräsentierenden Signale A"'und X' abgeleitet. Wenn Ausgangsimpulse β des Impulsgenerators B mit wesentlich höherer Frequenz als Taktpulse auf den Zähler D gegeben werden, erfährt jedes Signal <x eine Verzögerung um ein ganzes Vielfaches der Pulsperiode τ von ß. So ergeben sich die einzelnen Signale bj, worin j= 1, 2 ... bis 11 ist. Hiervon werden im vorliegenden Falle die um 0, 2tr, 4τ, 6t, 8t und 10t verzögerten Signale verwendet. Wenn die um 0 und 10t verzögerten Sginale auf das Flipflop Fi als Kipp- und Rückkippsignale gegeben werden, erhält man ein Signal C\ mit der Impulsbreite 10t. In gleicher Weise ergibt sich aus der Kombination der um 2τ und 8r verzögerten Signale im Flipflop Fz ein Signal C₂ und aus der Kombination der um 4τ und 6τ verzögerten Signale im Flipflop F2 ein Signal Cj. Die Folge der Signale C\, C₂ und Cj, bei denen die Mittelpunkte der Impulse miteinander zusammenfallen, wird jedesmal ausgelöst, wenn ein Signal λ der ersten Impulsreihe auf den Zähler D gegeben wird, d. h. am Beginn jedes der sechs Phasenabschnitte jeder Halbwelle. Aus den Signalen a\ und at, die im ODER-Glied G\ zusammengefaßt sind, und dem Signal Cj wird nun im UND-Glied H₂ ein Signal d[ abgeleitet. Ebenso ergibt sich aus der ODER-Funktion der Signale a₂ und a$ und der UND-Funktion derselben mit dem Signal ei ein Signal d₂ und aus der ODER-Funktion der Signale a₃ und a» und der UND-Funktion derselben mit dem Signal C\ ein Signal d₃. Die Kombination dieser drei Signale im ODER-Glied / ergibt ein Signal f. Das Signal / besteht aus den Signalen d\, di und d₃, die periodisch in der Reihenfolge d\, di, ds, ds, di, d\ angeordnet sind.

Aus dem Signal / wird im Negationsglied K das komplementäre Signal /gewonnen. Aus den Signalen / und X ergibt sich im UND-Glied L\ das Signal g\. Ebenso wird aus den Signalen /und X'\m UND-Glied L₂ ein Signal g₂ abgeleitet. Die Kombination der Signale g\ und g₂ im ODER-Glied Mergibt schließlich das Signal Y'una nach Umkehr desselben jm Negationsglied Ndas dazu kompjementäre_Signal V. Die so abgeleiteten Signale X', X, Y' und Y' sind identisch mit den Signalen in FJ g. 3 und_dienen zur Steuerung der Schaltelemente X, X, Kund Y\m Wechselrichter der F i g. 1A.

Die Impulse c\, C₂ und C₃ werden jedesmal erzeugt, wenn ein Impuls <% vom Impulsgenerator A ankommt. Die jeweiligen Mittelpunkte der Impulse C\, C₂ und C₃ fallen miteinander zusammen. Deshalb sind die Mittelpunktsintervalle der Impulszüge ΘΓ, B₂ und Θ3' im Signal F, das aus den selektiv angeordneten Impulsen c\, Ci und Cj zusammengesetzt ist, und der Impulse θι, 02 und 0j in der Ausg^ingswechselspannung e in Fig.3 gleich dem Abstand der Impulse öl. Ferner ist das Verhältnis θι : B₂ : Q₃ der Breiten dieser Impulse gleich dem Verhältnis der Breiten der Impulse c\, C₂ und cj, nämlich 0,2 :0,6 :1 ( = 2τ : 6τ : 10τ), hat also einen festen Wert. Es war angenommen worden, daß in F i g. 5 der Zähler D elf Stufen hat, so daß er die Signale bj mit maximaler Verzögerungszeit 10t entwickelt.

Wenn der Zähler D dagegen z. B. 1001 Stufen hat, so daß das Signal bj die maximale Verzögerungszeit von 1000t aufweist (wobei natürlich die Pulsperiode τ entsprechend kurz zu wählen ist), werden die Impulse Cs, C₂ und C] aus den Kombinationen von 366t und 634t, 134t und 866t bzw. 0 und 1000t gebildet, so daß die Breiten dieser Impulse 268r, 732t und 1000t betragen. In diesem Falle ist das Pulsbreitenverhältnis θι : θ₂:03 in Fig.3 gleich 0,268:0,732:1 (268t : 732t : 1000t), d. h. gemäß der obigen Ableitung werden die Oberschwingungen niedriger Ordnung in der Ausgangswechselspannung e mit gutem Erfolg unterdrückt, wie F i g. 4 zeigt.

Wenn die Pulsfrequenz des Impulsgenerators B geändert wird, ändert sich die Periode τ des Signals j3, so daß auch die Pulsbreiten der Impulse Cu C₂ und cj sich ändern. Dadurch werden die Pulsbreiten von θι, Θ2 und

ίο 03 in Fig.3 entsprechend geändert, wodurch die Amplitude der in der Wechselspannung e enthaltenen Grundschwingung eingestellt werden kann (die Beziehung zwischen der Pulsbreite Θ3 und der Amplitude der Grundschwingung ergibt sich aus F i g. 4). Wenn ferner die Pulsfrequenz des Impulsgenerators A geändert wird, ändert sich die Periode des Signals «, wodurch die Frequenz der Wechselspannung e und damit diejenige der Grundschwingung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Selbst wenn die Pulsfrequenzen dieser Impulsgeneratoren A und B geändert werden, bleiben die relativen Phasenbeziehungen und Verhältnisse der Impulsbreiten der Impulse c\, C₂ und Cj und damit diejenigen der Impulse θ), Θ2 und Θ3 in F i g. 3 bestehen, so daß der Effekt der Unterdrückung der Oberschwingungen niedriger Ordnung bestehen bleibt. So kann mit den geschilderten Maßnahmen eine Mehrzahl von Impulsen mit festem Verhältnis der Impulsbreiten innerhalb einer Halbperiode der Grundschwingung des Wechselrich-

jo ters mit festen Phasenabständen erzeugt werden und Amplitude und Frequenz der Grundschwingung lassen sich in einfacher Weise verändern.

Statt sechs Impulsen läßt sich selbstverständlich jede andere gerade Anzahl von Impulsen in jeder Halbperiode der Wechselrichterausgangsspannung wählen. Auch können die gegeneinander verzögerten Signale bj statt in einem Zähler D gegebenenfalls in mehreren Zählern mit verschiedenen Verzögerungszeiten gebildet werden.

Es ist auch möglich, mittels der Impulse C\, C₂ und Cs in Fig.6 die Steuerimpulse für einen dreiphasigen Wechselrichter gemäß F i g. 7 abzuleiten. Hierzu müssen nur drei Signalgruppen erzeugt werden, die untereinander je eine Phasendifferenz von 120° aufweisen. Mit diesen Signalgruppen werden drei Wechselrichter beaufschlagt.

Bei der Beschreibung der F i g. 5 wurde angenommen, daß die Impulsgeneratoren A und B unabhängig voneinander betrieben werden. In diesem Falle ist

-jo allerdings die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen des Signals λ in dem Zähler B und dem Ankommen des Signals β als Taktimpuls nicht konstant, sondern ändert sich periodisch, wobei die Interferenzperiode von den Frequenzen der beiden Pulse abhängt. Wenn dagegen der Impulsgenerator B jeweils durch das Signal α des Impulsgenerator A zurückgestellt wird, bleibt die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen des Signals« und demjenigen des Taktsignals b im Zähler D konstant und es kann keine Schwebung mehr auftreten.

M) Anstatt die Signale d\, d₂ und d₃ auf dem Umweg über die Signale c\, C₂ und es zu gewinnen, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, können die Signale dt, d₂ und ds auch unmittelbar abgeleitet werden, indem z. B. die Signale mit den Verzögerungszeiten 0 und 10t des Zählers D in

μ einem ODER-Glied H's verknüpft werden, dann in einem UND-Glied H₃ dieses Signal mit dem Ausgang des ODER-Gliedes G₂ verknüpft wird und das Flipflop Fi mit diesem Ausgangssignal gekippt wird. Man erhält

dann das Signal d₃. Eine solche Schaltung ist in F i g. 8 dargestellt.

F i g. 9 zeigt eine weitere Schaltung zur Ableitung der Signale Y', Ψ, X', und X'. Sie enthält die UND-Glieder H\ bis Hi, Li, L₂, M\ und M₂, sowie die Negationsglieder /, Ku K₂, P\ und P₂, die Flipflops / und fi und die ODER-Glieder Gi, G₂, N₁ und TV₂. Die Arbeitsweise dieser Schaltung wird an Hand der F i g. 10 erläutert.

Die Impulssignale c\, C₂ und C₃, sowie a\ bis ,% sind die gleichen wie in der Ausführungsform nach F i g. 5. Das Flipflop /erzeugt aus dem Signal a> die Impulssignale x₂ und X₂- Das UND-Glied H\ empfängt die Impulse C₃ und a\ als Eingänge und liefert den Impuls d\; in gleicher Weise erzeugen die anderen UND-Glieder H₂ bis H* die Impulse d₂ bis dt- Das Flipflop F* erzeugt aus dem Impuls <& und dem im Negationsglied /umgekehrten Impuls d\ die Signale X\ und x\. Das ODER-Glied Gi empfängt die Signale x\, di und dz und erzeugt ein Impulssignal /i, während das ODER-Glied G₂ aus den Signalen Jf₁, d\, <4 c/5 und df, das Signal f₂ erzeugt Das UND-Glied L\ erzeugt aus den Signalen X₂ und dem negierten Signal f\ ein Signal g\, während das andere UND-Glied L₂ aus dem Signal fr und dem Signal I₂ ein Signal g₂ ableitet. Das UND-Glied M\ erzeugt aus den Signalen x₂ und f\ ein Signal h\ und das UND-Glied M₂ erzeugt aus den Signalen X₂ und /₂ ein Signal A₂. Im ODER-Glied N, werden die Signale g\ und h\ vereinigt und ergeben das Ausgangssignal Y', während im anderen ODER-Glied AZ₂ aus den Signalen g₂ und A₂ das Ausgangssignal X' abgeleitet wird. Schleßlich werden in den Negationsglie_- dern P\ und P₂ die komplementären Signale Y' und X' gebildet.

Wenn eine andere Kombination der Signale d\ bis de im obigen Beispiel dem Flipflop F₄ zugeführt wird, läßt sich eine entsprechende andere Kombination der Steuersignale Y', Y', X'und .AT'ableiten.

F i g. 11 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer praktischen Ausführung der Steuerschaltung. Der Bezugsimpulsgenerator A erzeugt Impulse ot, deren Frequenz ein ganzes Vielfaches (hier das Zwölffache) der Betriebsfrequenz des Wechselrichters beträgt Wenn die Betriebsfrequenz veränderlich sein soll, ist die Pulsfrequenz von A entsprechend zu verändern. Der Impulsgenerator B erzeugt höherfrequente Impulse ß\ und wird vom Impulsgenerator A synchronisiert 1 bis 9 sind in einer integrierten Schaltung ausgebildete Flipflopglieder, 10 bis 21 NAND-Glieder, 22 und 23 Negationsglieder in der integrierten Schaltung. Die Schaltung ist über einen Widerstand 24 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden und kann mittels eines Druckknopfschalters 25 geerdet werden. Die Flipflopglieder 1 bis 5 und 6 bis 8 bilden je einen Ringzähler. Die Ausgänge der Impulsgeneratoren A und B sind auf dem Pegel »0« (verschwindende Spannung), wenn sie Impulse erzeugen, nehmen jedoch sonst den Pegel »1« an, der dem Wert der Speisegleichspannung der integrierten Schaltung entspricht.

Die Eingangssignale des NAND-Gliedes 11 sind der Puls « und das Ausgangssignal/J₂des NAND-Gliedes 10, das mit dem Puls ß\ vom Impulsgenerator B gespeist wird. NAND-Glied 11 gibt den Puls ß₃ auf die Takteingänge CPi, CP₂, CP₃, CP₄ und CPs der fünf Flipflopglieder 1, 2, 3, 4 und 5. Die Ausgangsklemmen Q\ und Oi des Flipflops 1 sind mit den Eingangsklemmen J₂ und K₂ des Flipflops 2 verbunden, ebenso die Ausgangsklemmen Qi und Q₂ des Flipflops 2 mit den Eingangsklemmen J₃ und Ki jies Flipflops 3 usw. Die Ausgangsklemmen Qs und Qs sind wieder mit den Eingangsklemmen K\ und J\ des Flipflops 1 verbunden. Ferner liegt der Puls λ an den Rückstellklemmen CLi bis CL₅ der Flipflops Ibis 5.
An den Taktklemmen CP₆, CP₇ und CP» der Flipflops

•5 6, 7 und 8 wird der _Puls λ zugeführt. Die Ausgangsklemmen Q₆ und Q₆ des Flipflops 6 sind mit den Eingangsklemmen /7 und K/ des Flipflops 7 verbunden usw.; die Ausgangsklemmen Qe und Qs des Flipflops 8 sind mit den Eingangsklemmen K% und Js des Flipflops 6 verbunden, um so den zweiten Ringzähler zu bilden. Ferner sind die Rückstellklemmen CLe bis CL» der Flipflops 6 bis 8 über den Widerstand 24 an die Gleichspannungsquelle angeschlossen und können über den Druckknopfschalter 25_geerdet werden.

Die Ausgangsklemme Qt des Flipflops 6 ist mit der Rückstellklemme CP₉ des Flipflops 9 verbunden. Die Ausgänge Q₉ und Q₉ dieses Flipflopgliedes_dienen zur Abnahme der Steuersignale X' und X' für die Schaltelemente des Wechselrichters und sind mit den Eingangsklemmen J₉ bzw. K₉ des Flipflops 9 verbunden.

Das NAND-Glied 12 ist mit den Ausgängen Q₁ und Q₄

der Flipflops 1 und 4 verbunden und gibt einen Puls C\ auf das NAND-Glied 18. Das NAND-Glied 13 ist mit den Ausgängen Q₂ und Q₃ der Flipflops 2 und 3

j5 verbunden und liefert einen Puls C₂ auf die NAND-Glieder 15 und_16. Das NAND-Glied 14 ist mit den Ausgängen Q\ und Q» der Flipflops 1 und 4 verbunden und gibt einen Puls C₃ ab, der auf einen Eingang des NAND-Gliedes 10 gelangt. Der andere Eingang des

jo NAND-Gliedes 15 ist mit dem Ausgang Qa des Flipflops 8 verbunden; dieses NAND-Glied gibt einen Puls d₂ ab, der auf das NAND-Glied 18 gegeben wird. Der andere Eingang des NAND-Gliedes 16 ist mit dem Ausgang Q7 des Flipflops 7 verbunden, sein Ausgang d\ geht

j5 ebenfalls zu einem Eingang des NAND-Gliedes 18. Das NAND-Glied 17 hat drei Eingänge, von denen einer wie erwähnt mit dem Puls C₃ beaufschlagt wird. Die beiden anderen Eingänge sind mit den Ausgängen Qi und Qj der Flipflops 7 und 8 verbunden. Das Ausgangssignal d% des Flipflops 17 wird ebenfalls einem Eingang des NAND-Gliedes 18 zugeführt. Das NAND-Glied 18 wird also mit den Signalen c\, d% d\ und d₃ beaufschlagt und erzeugt daraus ein Signal F, das dem NAND-Glied 19 unmittelbar und dem NAND-Glied 20 über ein j Negationsglied 22 zugeführt wird. Am zweiten Eingang des NAND-Gliedes 19 liegt das Signal X'vom Ausgang Q₉ des Flipflops 9. Das NAND-Glied 19 gibt ein Signal h ab, das dem NAND-Glied 21 zugeführt wird. Am zweiten Eingang des NAND-Gliedes 20 liegt das Signal

5n X'vom Ausgang Q₉ des Flipflops 9. Das NAND-Glied

20 erzeugt ein Signal g, das ebenfalls dem NAND-Glied

21 zugeführt wird. Am Ausgang des NAND-Gliedes 21 kann das Steuersignal Y' abgenommen werden, das nach Umkehr im Negationsglied 23 das weitere Steuersignal Y' für die Schaltelemente des Wechselrichters ergibt.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 11 wird an Hand der Fig. 12 und 13 erläutert. Um den Wechselrichter in Betrieb zu setzen, wird der

bo Druckknopf 25 betätigt, so daß die Flipflops 6, 7 und 8 zurückgestellt werden. Da der Ausgang des NAND-Gliedes 14 mit einem Eingang des NAND-Gliedes 10 verbunden ist, ergibt sich, solange das Signal C₃ den Wert »0« annimmt, am Ausgang des NAND-Gliedes 10 ein

b5 Signal j3₂ vom Wert »1«, unabhängig vom Zustand des Ausgangs j3i des Impulsgenerators B. Solange also der Ausgangspegel des Impulsgenerators A den Wert »1« hat, bleibt das Ausgangssignal ß₃ des N AN D-Gliedes 11

auf dem Wert »0« und die Zustände der Flipflops 1 bis 5, die den ersten Ringzähler bilder}, ändern sich nicht Wenn der erste Impuls α auftritt, d. h. der Ausgang des Impulsgenerators A den Pegel »0« annimmt, erhalten die Rückstellklemmen CLi bis CL₅ der Flipflops 1 bis 5 einen negativen Impuls und werden zurückgestellt Die Ausgänge φ bis Qs dieser Flipflops nehmen den Wert »0« und die Ausgänge Qi bis Qs den Wert »1« an. Ferner nimmt der Ausgang 0₃ des NAND-Gliedes 11 den Wert »1« an und das entsprechende Signal gelangt auf die Takteingangsklemmen CPi bis CPs der Flipflops 1 bis 5. Wenn der Ausgang « wieder den Wert »1« annimmt, wird der Ausgang 03 des NAND-Gliedes 11 wieder zu »0«, aber bei diesem Übergang wird nur dasjenige der Flipflops 1 bis 5 in die Arbeitslage gekippt, in dem die Eingänge /und Kdie Pegel »1« und »0« aufweisen; d. h. nur Flipflop 1 wird gekippt und seine Ausgänge Qi und Q₁ nehmen demzufolge die Werte »1« bzw. »0« an. Da also der Ausgang Q] nunmehr den Wert »0« hat, nimmt der Ausgang C₃ des NAND-Gliedes 14 den Wert »1« an. Dieser Übergang bewirkt, daß der Ausgang 0₂ des NAND-Gliedes 10 den Wert »0« annimmt, d.h. das Ausgangssignal 0₃ des NAND-Gliedes 11 erhält den Wert»l«.

Während das Signal 0i auf dem Wert »0« ist, hat Signal 02 den Wert »1« und Signal 0₃ den Wert »0«. Wenn das Signal 03 auf »0« übergeht, kippt das Flipflop 2, in dem nun die Eingänge /und K die Werte »1« und »0« aufweisen, und seine Ausgänge Q₂ und Qi erhalten demgemäß die Werte »1« und »0«. In gleicher Weise werden die Flipflops 1 bis 5 nacheinander gekippt, bis die Anzahl der ImpulsejJes Signals 03 gleich 9 ist. Wenn die Ausgänge Qa und Qa des Flipflops 4 beim Auftreten des neunten Impulses des Signals 03 wieder die Werte »0« und »1« annehmen, erhält das Ausgangssignal C₃ des NAND-Gliedes 14 den Wert »0«, weshalb der Ausgang

02 des NAND-Gliedes 10 den Wert »1« und der Ausgang 03 des NAND-Gliedes 11 den Wert »0« annimmt. In diesem Zustand sprechen die Flipflops 1 bis 5 nicht mehr an, auch wenn der Impulsgenerator Beinen neuen Ausgangsimpuls 0i erzeugt. Erst wenn der Ausgangsimpuls λ des Impulsgenerator A eintrifft, kehrt die Anordnung in den Anfangszustand zurück und die Flipflops 1 bis 5 nehmen den geschilderten Betrieb wieder auf.

Die Ausgänge Q\ und Q4 liefern über das_NAND-Glied 12 das Signal c_u die Ausgänge Qi und Q₃ liefern über das NAND-Glied 13 das Signal C₂ und die Ausgänge Qi und Qa liefern über das NAND-Glied 14 das Signal C₃.

Die einzelnen Impulse der Signale C\, C₂ und C₃ haben eine gemeinsame Mitte, die mit dem fünften Impuls des Signals 03 zusammenfällt. Ferner haben die Impulse C\, C₂ und C₃ die Breiten von 2,6 bzw. 8 Impulsintervallen von

0₃ (ei hat die Periode von α). Somit ist das Verhältnis der Impulsbreiten von C\ : C₂: C₃:

c,: C₂ :c₃ = (2 Impuisintervalle): (6 Impulsintervallen)

: (8 Impulsintervallen) = 0,25:0,75:1,0 (9)

Diese Proportion erfüllt angenähert die Bedingung (7).

Die Periode der Pulse c_u C₂ und C₃ ist gleich der Periode des Pulses <%. Ferner ist die Impulsbreite ein ganzes Vielfaches der Periode des Pulses 0|.

Die Ausgangssignale Qe, Qi und Qs der Flipflops 6, 7 und 8 des zweiten Ringzählers sind aus dem Puls * abgeleitet (F i g. 13). Das unabhängige Flipflop 9 erzeugt ferner die Ausgangssignale Qa (X') und Qj (X'), wenn es das Ausgangssignal Qs von Flipflop 6 empfängt jede Periode der Signale Qe, Qi und Qa ist sechsmal so lang wie die Periode des Pulses «; die Periode der Signale Qg und Qs ist zwölf mal so lang wie diese Periode.

Die Signale d\, cfc und cfe_werden aus den Pulsen c\, a und C3 und den Signalen Q\ Qj und Qe gebildet Das Signal d, ergibt sich im NAND-Glied 16 aus den Signalen Ci und Q?. Die Signale α und Qb werden im NAND-Glied 15 zur Ableitung des Signals <h verwendet Die Signale 0, Q? und Qg dienen im NAND-Glied 17 zur Bildung des Signals cfo. Aus den Signalen C\, d\, d₂ und dz wird im NAND-Glied 18 das Signal /zusammengesetzt _

Aus den Signalen /und Q₃ wird im NAND-Glied 19 das Signal h abgeleitet Ferner ergibt das Signal /nach Umkehr im Negationsglied 22 zusammen mit dem Signal Q₉ im NAND-Glied 20 das Signal g. Schließlich erhält man durch Zusammensetzung der Signale ^ und h im NAND-Glied 21 das Signal Y' und nach Umkehr desselben im Negationsglied 23 das Signal Y'.

Die Impulse der Wechselspannung e (Fig.3), die durch die Steuerung ^jes Wechselrichters mit den Signalen X', X', Y'und Y' erhalten werden, entsprechen den Signalen C\, C₂ bzw. C₃. Die Impulsbreiten und Perioden dieser Wechselspannungsimpulse sind also den Impulsbreiten und Perioden der Signale a, C₂ und C₃ gleich. So entspricht die Breite θ\ des ersten Impulses der Spannung e der Impulsbreite des Signals c\. Die Breiten Θ2 und θ₃ des zweiten und dritten Impulses entsprechen ebenso den Breiten der Signale C₂ und C₃. Die Pulsperiode ist in allen Fällen gleich n/6 (die Periode der Signale Y und Y' ist π, d. h. die halbe Grundperiode des Wechselrichters, und diese Grundperiode ist sechsmal so lang wie diejenige der Ausgangsimpulse ix des Impulsgenerators A).

Da die Impulse, aus denen die Spannung e zusammengesetzt ist, eine konstante Periode haben und das Verhältnis ihrer Breiten angenähert die Bedingung (7) erfüllt, können die Oberwellen niedriger Ordnungszahlen (dritte, fünfte und siebente Oberschwingung) gut unterdrückt werden.

Um die Frequenz der Spannung e zu verändern, wird die Periode des Pulses » entsprechend verändert. Um die Wechselspannung der Amplitude zu ändern, wird die Frequenz des Pulses 0i verändert

Das obige Beispiel bezog sich auf die Zusammensetzung der Ausgangsspannung e des Wechselrichters aus sechs Teilimpulsen. Aber auch wenn die Anzahl der Impulse auf mehr als acht gesteigert wird, läßt sich die Bedingung der Formel (8) durch entsprechende Steigerung der Anzahl der Flipflops im Ringzähler angenähert erfüllen. Weiter lassen sich die Pulse c_h C₂ und es auch ohne Verwendung eines Ringzählers durch passende Kombination von logischen Schaltkreisen erzeugen, z. B. mittels eines Schieberegisters in einer integrierten Schaltung.

F i g. 14 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Impulsgeneratoren A und B, die Schaltung enthält die Unijunction-Transistoren Tr\ und TrU die Flächentransistoren Tr₂ bis Tr₅, Tr₂' und Tr₃', die Widerstände Λι bis Rt und R\' bis R$\ sowie die Kondensatoren Ci und Ci'.

Ein hochfrequenter Kippschwingerzeuger ist aus den Transistoren Tr₁ und Tr₂, den Widerständen R\ und Λ und dem Kondensator Ci aufgebaut. Ferner bilden die Transistoren 7h' und Tr₂, die Widerstände R\' und Ra' und der Kondensator Cy einen niederfrequenten Kippschwingungsoszillator. Der Transistor 7r₃ bildet

mit den Widerständen A3 und Rs ebenso wie der Transistor Tr₃ mit den Widerständen R₃ und Rs je ein verstärkendes Negationsglied. Die Transistoren Ta und 7>5 und die Widerstände Re und Rg bilden ein Rückstellglied. Die Gleichspannungsquelle ist mit E₀' bezeichnet

Der Impulsgenerator B arbeitet folgendermaßen. Der Transistor Th bewirkt, daß ein durch seine Basisspannung 5 bestimmter Strom durch den Widerstand A4 fließt, um den Kondensator Q aufzuladen. Wenn die Spannung am Kondensator Q einen bestimmten Wert erreicht hat, der durch die Spannungsteilung am Unijunction-Transistor Th und den Widerständen Äi und Ä2 bestimmt ist, entlädt sich der Kondensator Q über den Transistor Tr\ und den Widerstand Rz. Dadurch entsteht an den Klemmen des Widerstandes R₂ ein Spannungsimpuls. Wenn die Entladung des Kondensators genügend fortgeschritten ist, unterschreitet der Entladestrom eine Schwelle, bei welcher der Transistor Tr, wieder gesperrt wird, so daß der Kondensator C, sich wieder auflädt Durch diese zyklische Aufladung und Entladung des Kondensators Q werden periodische Impulse im Widerstand Ri erzeugt Die Pulsperiode läßt sich durch Veränderung der Basisspannung S, d. h. durch Änderung der Ladestromstärke des Kondensators Q verändern.

Die Impulsspannung am Widerstand R₂ wird über den Widerstand A3 auf den Transistor Th gegeben. Dieser ist normalerweise gesperrt und öffnet sich nur, während eine Impuisspannung am Widerstand R2 auftritt So lange der Transistor Tr₃ gesperrt ist, hat die Ausgangsklemme ß\ das Potential der Spannungsquelle E₀'. Dieses Potential bricht nur so lange zusammen, wie der Transistor Tr₃ leitend ist

Der Impulsgenerator A arbeitet in gleicher Weise. Das Signal S'ist aber vom Basissignal 5 verschieden, der Ladestrom des Kondensators Q' hat eine geringe Stärke und deshalb ist die Pulsperiode dieses Impulsgenerators größer als diejenige des Impulsgenerators B.

Wenn ein Impuls <x auftritt, wird der Transistor Tr₅ geöffnet und erzeugt einen Impuls im Widerstand R₁. Durch die Impulsspannung an den Klemmen des Widerstandes Ri empfängt der Transistor Tn einen Basisstrom über den Widerstand R₆ und wird somit leitend, wodurch der Kondensator Q entladen wird. Jedesmal wenn also ein Impuls α auftritt, entlädt sich der Kondensator Q einmal. Dadurch wird der Impulsgenerator Aperiodisch zurückgestellt

Mittels der Basisspannungen S und S' lassen sich Amplitude und Frequenz der vom Wechselrichter erzeugten Spannung in der oben erläuterten Weise unabhängig voneinander verändern.

Hierzu 13BIaIl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für einen Wechselrichter mit impulsgesteuerten Schaltelementen, durch die jede Halbwelle einer Grundschwingung in eine gerade Anzahl von mindestens vier Phasenabschnitten gleichmäßig unterteilt wird und innerhalb jedes Phasenabschnitts ein Spannungsimpuls erzeugt wird, wobei die Breite der Spannungsimpulse von den ι ο Enden bis zur Mitte der Halbwelle im Sinne der Erzeugung eines möglichst geringen Oberwellengehaltes zunimmt, mit folgenden Merkmalen:
Den Spannungsimpulsen in Phasenlage und Breite entsprechende Steuerimpulse werden in einer logischen Verknüpfungsschaltung erzeugt, der eine erste Impulsreihe mit einer dem Abstand der Phasenabschnitte entsprechenden Frequenz und eine zweite Impulsreihe mit einer wesentlich dichteren !impulsfolge zugeführt werden. Aus der ersten Impulsreihe werden zwei Gruppen von weiteren Impulsreihen erzeugt: Die erste Gruppe besteht aus zwei Impulsreihen mit der positiven bzw. der negativen Halbwelle zugeordneter Impulsbreite. In der zweiten Gruppe der weiteren Impulsreihen ist jede Impulsreihe je einem der Phasenabschnitte der Halbwellen zugeordnet und die Impulsbreite ist gleich der Breite jedes Phasenabschnittes. Aus der vorgenannten Impulsreihe wesentlich dichterer Impulsfolge werden mit Hilfe eines Schieberegisters und nachgeschalteter Verknüpfungsglieder zur Verknüpfung mit entsprechenden Impulsen der genannten zweiten Gruppe Impulsreihen hergestellt, die den einzelnen Phasenabschnitten zugeordnet sind und deren Impulse maßgebend für die Beendigung des jeweiligen Spannungsimpulses sind, wobei eine Erhöhung der Impulsdichte der zweiten Impulsreihe zu einer untereinander proportionalen Verschmälerung der Spannungsimpulse und damit zu einer Verminderung der Ausgangsspannung des Wechselrichters führt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Impuls reihe wesentlich dichterer Impulsfolge (ß) in einem eigenen Impulsgenerator (B) erzeugt wird, wobei die Frequenz unabhängig von der Wechselrichterfrequenz einstellbar ist, und daß dem Schieberegister auch den Beginn der jeweiligen Spannungsimpulse (e) bestimmtende Ausgangsimpulse in der Weise entnommen werden, daß der Mittenabstand der erzeugten Spannungsimpulse konstant gleich der

Phasenabschnittsbreite (y-J ist und daß die Impulsbreiten (θι, 02 usw.) aufeinanderfolgender Spannungsimpulse innerhalb einer Halbwelle in einem ganzzahligen Verhältnis stehen, das jeweils vom Ende bis zur Mitte einer Halbwelle möglichst genau der Beziehung

. 71 . 3.T

sin ——: sin

4n 4n

: sin

An

entspricht, wobei η die Zahl der Phasenabschnitte je Halbwelle ist

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halbperiode sechs Spannungsimpulse umfaßt und daß die Beziehung

θ, : θ₂ : Θ3 = 0,25 :0,75 : 1

zwischen den Impulsbreiten θι ( = θβ), θ₂ ( = θ₅) und Θ₃(=θ₄) erfüllt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen Wechselrichter mit impulsgesteuerten Schaltelementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Fig. IA zeigt das Prinzipschaltbild eines solchen aus einer Gleichspannungsquelle mit der Spannung Eo gespeisten Wechselrichters bekannter Art in Brückenschaltung, worin X, X, Y und Y halbleitende Schaltelemente (ζ. B. Transistoren oder Thyristoren) sind. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist aus Fig. IB ersichtlich. Wenn die Signale X', X', Y' und Y' einen hohen Wert annehemen, sind die entsprechend bezeichneten Schaltelemente geschlossen, also stromleitend, während sie bei fehlenden Signalen offen, also nicht stromleitend sind._Hierbei ist zu beachten, daß die Signale X', und X', sowie Y' und Y' komplementär zueinander sind. Wenn die Signale Y' und X' oder Y' und X' gleichzeitig auftreten, wird die Gleichspannung £ö an die Last Z angelegt; jedoch findet zwischen dem Intervall, in welchem die Signale Y' und X' auftreten, und demjenigen Intervall, in welchem die Signale Y'und to X' auftreten, eine Polaritätsumkehr der an der Last Z liegenden Spannung statt. Mit anderen Worten wird die Last Z mit einer Wechselspannung beaufschlagt, deren Verlauf in F i g. 1B mit e bezeichnet ist Wenn das Intervall Θ, in welchem die erwähnten Signale bs gleichzeitig auftreten, verändert wird, kann der Effektivwert der Wechselspannung e entsprechend eingestellt werden.

Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens beruht darin, daß ein großer Anteil von Oberschwingungen niedriger Ordnung (z. B. dritte, fünfte und siebente Ordnung) in der Wechselspannung e vorhanden ist, so daß zur Erzeugung einer Sinusschwingung ein großes Wechselstromfilter erforderlich ist. Dadurch werden nicht nur Volumen und Gewicht der Anordnung erhöht, sondern auch die Einschwingvorgänge beeinträchtigt, der Wirkungsgrad herabgesetzt usw.

Um diesem Nachteil zu begegnen, ist es aus der DE-AS 10 95 931 bekanntgeworden, den Wechselrichter so zu steuern, daß er von vornherein keine Oberschwingungen niedriger Ordnung erzeugt; die höheren Oberschwingungen können dann leicht mit einem Filter weggedämpft werden^ Hierzu dient eine Pulsbreitenmodulation, bei welcher der Wechselrichter mit Signalen gesteuert wird, die durch Modulation einer dreieckigen oder sinusförmigen Trägerschwingung mit einer Dreiecks- oder Sinusschwingung erhalten wurden. Dies ist in F i g. 2 oben dargestellt. Man erhält dann eine Ausgangsspannung edes Wechselrichters gemäß F i g. 2 unten. Bei dieser Methode läßt sich ein Gleichstromanteil in der Ausgangsspannung e kaum vermeiden, wodurch im Verbraucher befindliche Transformatoren oder Motoren gesättigt werden, weil die Spitzen der Trägerschwingung unsymmetrisch angeschnitten werden. Diese Unsymmetrie, die zur Bildung von Oberschwingungen führt, hängt von den Amplitudenverhält-