DE2747964C2 - Steuerverfahren für einen dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichter - Google Patents
Steuerverfahren für einen dreiphasigen selbstgeführten WechselrichterInfo
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Description
a) durch entsprechend ausgebildeten Verlauf der dreieckförmigen Steuerspannung abwechselnd
jeweils nur in einer der drei Phasen (R, 5 oder T) in einem maximal 60° elektrisch breiten Pulsbereich
(A 1, A 2) gepulst bzw. getaktet wird,
b) jeweils der Pulsbereich in symmetrischer Lage dem Maximum bzw. dem Minimum der Grundschwingungsspannung
jeder Phase (R, S. T) zugeordnet ist und
c) die 120° elektrisch breiten Spannungsblöcke der anderen nichtgepulsten Phasen dabei jeweils
unzerlegt bleiben.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuerspannungsverlauf mit einem
Maximum bei 30° und Minima bei 0°, 60°.
3. Steuerverfahren nach,Anspruch 1, gekennzeichnet
durch einen Steuerspannungsverlauf mit Maxima bei 15°,45° und Minima bei 0°, 30°,60°.
4. Steuerverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuerspannungsverlauf mit Maxima
bei 10°, 30°, 50° und Minima bei 0°, 20°,40°, 60°.
5. Steuerverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuerspannungsveriauf mit Maxima
bei 0°, 60° und einem Minima bei 30".
6. Steuerverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuerspannungsverlauf mit Maxima
bei 0°, 30°, 60° und Minima bei 15°,45°.
7.Steuerverfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet
durch einen Steuerspannungsverlauf mit Maxima bei 0°, 20°, 40°, 60° und Minima bei 10°,30°,50".
8. Steuerverfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem für verschiedene
Betriebsbereiche verschiedene Taktverhältnisse zwischen der Taktfrequenz der Steuerspannung und
der Frequenz der Grundschwingungsspannung eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
zwei Taktverhältnissen am Anfang bzw. am Ende der 60° breiten Pulsbereiche umgeschaltet
wird.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren für einen dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichter
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Steuerverfahren für einen dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichter ist aus A. Schönung,
H. Stemmler, »Geregelter Drehstrom-Umkchrantricb mit gesteuertem Umrichter nach dem Unterschwingungsverfahren«,
BBC-Nachrichten, Band 46, 1964,
Bei den bekannten Verfahren zur Steuerung von Wechselrichtern nach dem Unterschwingungsverfahren
können zwei verschiedene Typen unterschieden werden:
Die Umschaltpunkte der Wechselrichterphasen werden aus den Schnittpunkten einer sinus-, rechteck- oder
trapezförmigen Sollwertspaniiung und einer Dreieckspannung
höherer Frequenz abgeleitet (BBC-Nachrichten. Band 46 (1964), Heft 12, Seite 699 bis 721, weiterhin
auch H. W. van den Boom, E. Kohlhuber, »Beanspruchung von Thyristoren in Wechselrichterschaltungen«,
VDE-Buchreihe Band 11. 1966, VDE-Verlag GmbH,
Berlin. Seite 135 bis 149 sowie weiterhin E. Müller,
t5 F. Ricke, »Die Auswirkung verschiedener Steuertechniken des Unterschwingungsverfahrens auf die Wechselrichter-Ausgangsspannung«,
Brown Boveri Mitteilungen, Band 60 (1973), Heft 1, Seite 35 bis 44). Die SoIlwcrtspannung
kann hierbei mit der Dreieckspannung synchronisiert sein oder nicht Die Phasenspannungen
können nicht nur zwischen positiver und negativer Polarität einer Spannung geändert werden, sondern außer
dem Wert Null zwei verschieden hohe Spannungen beider Polaritäten einnehmen (BBC-Nachrichten, Band 46
(1964), Heft 12, Seite 699 bis 721, Bilder 3 und 4). Dabei können durch einfache Steuermaßnahmen die Oberwellen
beachtlich vermindert werden. Sie lassen sich bestimmen, wenn die im bekannten Fall für die einzelnen
Phasen eingesetzten Teilwechselrichter reproduzierbar geschaltet werden. Die entsprechenden Schaltzeitpunkte
der Wechselrichter werden durch die Überlagerung der vorgenannten Spannungen festgelegt. Grundfrequenz
und -amplitude der dreiphasigen Wechselrichterausgangsspannung werden dabei durch die Sollwertspannungen
vorgegeben, während die Taktfrequenz von der Dreieckspannung festgelegt wird. Man geht also
von einer festen Frequenz der Dreieckspannung aus, und der z. B. sinusförmige Sollwert wird geändert. Im
Ergebnis ist somit die Lage der Umschaltzeitpunkte innerhalb der positiven bzw. negativen Halbschwingung
der Wechselrichtcrphasenspannung nicht auf einen bestimmten Bereich der Halbschwingungen beschränkt.
Man spricht daher auch von einer »freien Taktung«.
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die Umschaltzeitpunkte der Wechselrichterphasenspannung so gelegt, daß eine oder mehrere Oberschwingungen nicht auftreten (Zeitschrift »ELEKTRiE«, 29 (1975), Heft 1, Seiten 35 bis 37; IEEE Transactions on Industrie Applications, Vol. la—10, Nr. 1 vom Januar/Februar 1974, Seiten 117 bis 122; ETZ-A, Band 93 (1972), Heft 9, Seiten 528 bis 530; IEEE Transactions on Industrie Applications, Vol. la—9, Nr. 3 vom Mai/Juni 1973, Seiten 310 bis 317 sowie Nr. 5 vom September/Oktober 1974, Seiten 666 bis 673). Bei diesem bekannten Steuerverfahren hängt die Lage der Umschaltwinkel (d. h. die Pulse der Wechselrichterspannung) von den eliminierten Oberschwingungen ab.
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die Umschaltzeitpunkte der Wechselrichterphasenspannung so gelegt, daß eine oder mehrere Oberschwingungen nicht auftreten (Zeitschrift »ELEKTRiE«, 29 (1975), Heft 1, Seiten 35 bis 37; IEEE Transactions on Industrie Applications, Vol. la—10, Nr. 1 vom Januar/Februar 1974, Seiten 117 bis 122; ETZ-A, Band 93 (1972), Heft 9, Seiten 528 bis 530; IEEE Transactions on Industrie Applications, Vol. la—9, Nr. 3 vom Mai/Juni 1973, Seiten 310 bis 317 sowie Nr. 5 vom September/Oktober 1974, Seiten 666 bis 673). Bei diesem bekannten Steuerverfahren hängt die Lage der Umschaltwinkel (d. h. die Pulse der Wechselrichterspannung) von den eliminierten Oberschwingungen ab.
Gleiches gilt für ein weiterhin noch bekanntes Verfahren, bei dem den jeweils 120° breiten Blöcken einer
bo Phase schmale Stromblöcke entnommen und einer anderen,
sonst stromlosen Phase der Maschine eingeprägt werden, was zyklisch für alle 120°-Blöcke aller Phasen
geschieht. Dieser genannte Stromblock von 120° el Dauer
wird in Einzelblöcke symmetrisch zu seiner Mittelli-
b5 nie zerlegt. Die minimale Breite des unzerlegten mittleren
Stromblockes beträgt 60°el (ETZ-A, Band 97 (1976),
Heft 11, Seiten 6b3 bis 667 sowie DE-OS 25 31 255).
Bei dem erstgenannten Verfahrenstyp mit »freier
Bei dem erstgenannten Verfahrenstyp mit »freier
Taktung« sind je Phase relativ viel Umschallungen vorzunehmen.
Bei dem zweiten Verfahrenstyp ergibt sich bei gewünschter Änderung der zu eliminierenden Oberschwingungen
eine relativ aufwendige Steuereinrichtung.
Der Erfindung liegt, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Steuerverfahren, die Aufgabe zugrunde,
die Oberschwingungen der Wechselrichterausgangsspannung und die Anzahl der notwendigen Umschaltungen
zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
R, S, T sind die üblichen Phasenbezeichnungen des
Drehstromsystems.
Vorteilhafte Steuerspannungsverläufe sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet. Durch die Steuerkennlinien
werden die Umschaltzeitpunkte der einzelnen Thyristoren im Wechselrichter fest vorgesehen.
Vorzugsweise werden wie auch im eingangs beschriebenen bekannten Fall für verschiedene Beiriebsbereiche
verschiedene Taktverhältnisse zwischen der Taktfrequenz und der Frequenz der Grundschwingungsspannung
eingestellt. Erfindungsgemäß wird die Umschaltung zwischen zwei Taktverhältnissen dabei am
Anfang bzw. Ende der 60° breiten Pulsbereiche der einzelnen Phasen vorgenommen.
Unter »Taktverhältnis« wird hier das Verhältnis der mittleren Frequenz der Umschaltungen pro Phase zur
Grundfrequenz, d. h. der Frequenz der Grundschwingungsspannung, verstanden. Es entspricht der Hälfte
der Zahl der Umschaltungen in einer Phase pro Periode.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen verringern sich aufgrund der Eingrenzung der Pulsbereiche
auf eine Breite von 60° symmetrisch zum Maximum und Minimum der Grundschwingungsspannung die unerwünschten
Oberschwingungen in der Ausgangsspannung des Wechselrichters bei gleichem Taktverhältnis
gegenüber den eingangs beschriebenen Steuerverfahren, Gleichzeitig kann die Anzahl der notwendigen Umschaltungen
der einzelnen Thyristoren im Wechselrichter gegenüber allen bisher bekannten Verfahren zum
Steuern von Wechselrichtern verringert werden.
Die Erfindung wird ergänzend anhand der in den Zeichnungen gezeigten Zeitdiagramme für die Phasenpotentiale
und die Grundschwingungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Verlaufeines Phasenpotentials
u,,h zur Kennzeichnung der Bereiche, in denen gepulst
wird und die Lage der anzunähernden Grundschwingung Uc für eine einpulsige Schaltung,
F i g. 2 den prinzipiellen Verlauf der Wechselrichterspannung υμ/zur Kennzeichnung der Bereiche, in denen
gepulst wird sowie die Lage der anzunähernden Grundschwingung Uc für eine mehrpulsige Schaltung,
Fig.3 Steuerkennlinien für Wechselrichter mit zwei
möglichen Spannungsausgangszuständen und
Fig.4 Steuerkennlinien für Wechselrichter mit drei
möglichen Spannungsausgangszuständen.
In beiden Figuren bedeuten A 1 — Bereich der positiven
Halbschwingung, in der gepulst wird, Al— Bereich der negativen Halbschwingung, in der gepulst wird.
Gemäß Fig. 1 wird mittels einer einpulsigcn Schaltung
zwischen einem positiven und einem negativen Spannungswert für einen 60°el-Bereich umgeschaltet.
Dies kann z. B. mittels der aus der VDE-Buchreihe Band 11, 1966, Seite 135 bis 149, Bild 5, für eine Phase
angegebenen, natürlich auf drei Phasen erweiterbaren sperrspannungsfreien Schaltung realisiert weiden. Zur
Bestimmung der Umschaltzeitpunkte wird eine zu 90° bzw. 270° der einzelnen Phasen symmetrische Steuerkennlinie
(Fig.3) mit dem jeweils entsprechenden
Spannungssollwert verglichen.
Das Sieuerverfahren gemäß F i g. 2 gilt für versetzt
gepulste Wechselrichter (mehrpulsige Schaltung) und kann z. B. mit einer Schaltung gemäß BBC-Nachrichten,
Band 46,1964, Heft 12, Seite 699 bis 721, Bild 4, realisiert werden. Die Umschaltzeitpunktc werden durch den
ίο Vergleich von einer zu 90° bzw. 270° der resultierenden
Spannungen uw symmetrischen Steuerkennlinie (F i g. 4) mit den entsprechenden Spannungssollwerten bestimmt.
Es wird dabei zwischen einem positiven Spannungswert, Spannung Null und einem negativen Spannungswert
umgeschaltet
Die. F i g. 1 und 2 beziehen sich jeweils auf drei Einbrüche bzw. drei Pulse in den 60° el-Bereichen A 1 und
A 2, wozu die untere Steuerkennlinie der F i g. 3 bzw. die der F ig. 4 gehört
In F i g. 3 sind spezielle dreieckförmige Steuerkennlinien
für Wechselrichter mit zwei möglichen Spannungsausgangszusländen
dargestellt. Die dreieckförmige Steuerkennlinie im oberen Bild besitzt ein Maximum bei
φ = 30° sowie Minima bei φ - 0", 60°. Bei Vergleich
dieser Steuerkennlinie mit einer sinusförmigen Sollwertspannung ergeben sich zwei Schnittpunkte und damit
jeweils ein Spannungs-Einbruch in den 60° breiten Pulsbereichen. Im mittleren Bild ist eine dreieckförmige
Steuerkennlinie mit Maxima bei φ — 15°, 45° und Mini-
JO ma bei φ - 0°, 30°, 60° dargestellt. Bei Vergleich dieser
Steuerkennlinie mit einer sinusförmigen Sollwertspannung ergeben sich vier Schnittpunkte und damit jeweils
zwei Spannungs-Einbrüche in den 60° breiten Pulsbereichen. Im unteren Bild ist eine dreieckförmige Steuer-
J5 kennlinie mit Maxima bei φ = 10°, 30°, 50° und Minima
bei φ « 0°, 20°, 40°, 60° dargestellt. Bei Vergleich dieser
Steuerkennlinie mit einer sinusförmigen Sollwertspannung ergeben sich sechs Schnittpunkte und damit
jeweils drei Spannungs-Einbrüche in den 60° breiten
In F i g. 4 sind spezielle dreieckförmige Steuerkennlinien
für Wechselrichter mit drei möglichen Spannungs-Ausgangszuständen dargestellt. Die dreieckförmige
Steuerkennlinie im oberen Bild besitzt Maxima bei φ = 0°, 60° und ein Minimum bei φ = 30°. Bei Vergleich
dieser Steuerkennlinie mit einer sinusförmigen Sollwertspannung ergeben sich zwei Schnittpunkte und
damit jeweils ein Puls in den 60° breiten Pulsbereichen. Im mittleren Bild ist eine dreieckförmige Steuerkennlinie
mit Maxima bei φ - 0°, 30°, 60° und bei Minima bei φ - 15°, 45° dargestellt. Bei Vergleich dieser Steuerkennlinie
mit einer sinusförmigen Sollwertspannung ergeben sich vier Schnittpunkte und damit jeweils zwei
Pulse in den 60° breiten Pulsbereichen. Im unteren Bild ist eine dreieckförmige Steuerkennlinie mit Maxima bei
φ - 0°, 20°, 40", 60° und Minima bei φ - 10°, 30°, 50°
dargestellt. Bei Vergleich dieser Steuerkennlinie mit einer sinusförmigen Sollwertspannung ergeben sich sechs
Schnittpunkte und damit jeweils drei Pulse in den 60°
bo breiten Pulsbereichen, wie auch in F i g. 2 dargestellt.
Claims (1)
1. Steuerverfahren für einen dreiphasigen selbstgeführten
Wechselrichter, der aus einer Gleichspannungsquelle gespeist wird und bei dem die Grundschwingung
der Ausgangsspannung in Frequenz und Amplitude durch Pulsbreitenmodulation nach dem
Unterschwingungsverfahren einstellbar ist, wobei die Umschaltzeitpunkte der Wechselrichterphasen
aus den Schnittpunkten einer sinus-, rechteck- oder trapezförmigen Sollwertspannung und einer dreieckförmigen
Steuerspannung höherer Frequenz abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
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