DE2829793A1

DE2829793A1 - Steuersatz fuer einen stromrichter

Info

Publication number: DE2829793A1
Application number: DE19782829793
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl Ing Haboeck; Paul-F Dipl Ing Mueller; Patrick Woehrle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1980-01-17
Also published as: JPS5532494A; IT1165121B; AT369208B; US4290108A; GB2025175B; CA1124869A; GB2025175A; BR7904237A; FR2430691B1; SE7905636L; IT7923898A0; FR2430691A1; ATA465779A; BE877438A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 3 1 1 9 BRD

Steuersatz für einen Stromrichter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuersatz für einen Stromrichter mit einer Schaltungsanordnung zur Bildung eines periodischen Steuersignals mit vorgegebenem PuIsmuster.

Bei der Konzeption von Steuerverfahren für Stromrichter muß jeweils auf die Möglichkeit einer einfachen schaltungstechnischen Realisierung geachtet werden. Bei bekannten Steuerverfahren wird das Steuersignal durch den Vergleich von Spannungen gewonnen. Hierbei ist ein Abgleich der verwendeten Bauelemente, wie Verstärker, Referenzspannungsgeneratoren und Vergleicher, sowie eine Kompensation von Driftfehlern erforderlich.

Die bekannten Steuerverfahren für Stromrichter lassen sich in Anschnittsteuerungen und Pulsbreitensteuerungen einteilen. Bei einer Pulsbreitensteuerung ist im Vergleich zu einer Anschnittsteuerung die Regelungsgeschwindigkeit groß und der Oberschwingungsgehalt stark vermindert. Die Pulsfrequenz kann so hoch gewählt werden,

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daß der Oberschwingungsgehalt des Stromes auch bei kleinen Induktivitäten im Lastkreis klein bleibt. Das Oberschwingungsspektrum kann im Hinblick auf einen geringen Filteraufwand beeinflußt werden. Dadurch werden Gewicht und Volumen des Stromrichters vermindert und sein Wirkungsgrad erhöht. Je höher die Pulsfrequenz gewählt wird, desto genauer läßt sich der gewünschte Verlauf der Ausgangsspannung annähern. Eine obere Grenze der Pulsfrequenz ist durch die Schaltzeiten der Stromrichterventile und deren Schaltverluste gegeben.

Bekannte Steuerungen für Stromrichter arbeiten als Anschnittsteuerung mit konstanter Pulsfrequenz und veränderlicher Einschaltzeit oder als Anschnittsteuerung mit veränderlicher Pulsfrequenz und entweder konstanter Einschaltzeit oder konstanter Ausschaltzeit (Heumann/Stumpe "Thyristoren", 1974, Seite 167, 168) oder drittens nach dem Verfahren der Pulsbreitenmodulation (BBC-Nachrichten, 1966, Seiten 44 bis 52). Bei der Pulsbreitenmodulation ergeben die Schnittpunkte einer Sinusspannung mit einer Dreieckspannung die Umschaltpunkte der Steuerspannung als pulsbreitenmodulierte Spannung mit zwei Spannungsniveaus. Das Verhältnis der Amplitude der Sinusspannung zur Amplitude der Dreieckspannung bestimmt die Anzahl der Umschaltpunkte.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Erzeugung einer pulsbreitenmodulierten Steuerspannung für Stromrichter wird eine Sinusspannung mit einer Dreieckspannung verglichst, die aus einer Hauptdreieckspannung und einer Hilfsdreieckspannung zusammengesetzt ist (DE-OS 19 45 960).

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Erzeugung eines Steuersignals für einen Stromrichter wird eine Sinusspanaung mit konstanter Amplitude mit einer Anzahl zur Nullinie symmetrischer Gleichspannungen verglichen

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(DE-PS 21 12 186, US-PS 38 20 003). Zur Steuerung der Amplitude der Ausgangsspannung des Stromrichters werden die Gleichspannungen verändert. Dieses Verfahren ist insbesondere für Dreiphasensysteme geeignet.

Bei den genannten Verfahren zur Erzeugung von Steuersignalen für Stromrichter, insbesondere bei den genannten Pulssteuerverfahren werden Jeweils spezielle Schaltungen benötigt. In allen Fällen muß die schaltungstechnische Realisierbarkeit des Steuerverfahrens beachtet werden. Die Kurvenform, Frequenzen und Amplituden der miteinander zu vergleichenden Spannungen müssen exakt abgeglichen werden. Die Bauelemente dürfen keine Driftfehler aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuersatz für Stromrichter zu schaffen, der in universeller Weise die Steuersignale für unterschiedliche Stromrichter und Anwendungsfälle erzeugt und bei dem das PuIsmuster der Steuersignale bestimmt werden kann, ohne daß eine schaltungsmäßige Realisierung mit Referenzspannungsgeneratoren und Vergleichern erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:

a) Ih einem Speicher sind Zahlworte gespeichert, die die Lage der Schaltflanken des Steuersignals in einer in eine Anzahl von Inkreaenten unterteilten Periode bzw. Teilperiode der Eingangs- bzw. Ausgangswechselspannung des Stromrichters bezeichnen,

b) der Adressiereingang des Speichers ist mit einer Adressiereinheit verbunden, die Adressen erzeugt, die dem Pulsmuster des Steuersignals und den Schaltflanken innerhalb des Pulsmusters zugeordnet sind,

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c) der Zahlwortausgang des Speichers ist mit dem ersten Vergleichereingang eines digitalen !Comparators verbunden, dessen zweiter Vergleichereingang mit einem Zähler verbunden ist, der die Impulse eines Taktgebers zählt, wobei jedem Taktimpuls die Bedeutung eines Inkrements zugeordnet ist,

d) bei jeder Übereinstimmung des aus dem Speicher ausgelesenen Zahlwortes mit einem vom Zähler gebildeten

^q Zählerwort stößt das Ausgangssignal des Komparators eine Impulsstufe an, deren Ausgangssignal das Steuersignal darstellt und schaltet die Adressiereinheit zur Ausgabe der nächsten Adresse weiter.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird eine Periode oder Teilperiode des Steuersignals in eine möglichst große Anzahl von Inkrementen eingeteilt. Die zeitliche Folge der Schaltflanken des Steuersignals ist in digitaler Form als Zahlworte in einem Speicher, insbesondere in einem Festwertspeicher gespeichert. Der zeitgerechte Abruf der die Schaltflanken für ein bestimmtes Pulsmuster bezeichnenden Zahlworte wird durch Vergleich der Zählerworte des mit konstanter oder variabler Frequenz laufenden Zählers mit den aus dem Speicher ausgelesenen Zahlworten gewonnen. Die Frequenz des Zählers steht vorzugsweise in einer festen Beziehung zur Frequenz der Ein- bzw. Ausgangsspannung des Stromrichters und beträgt beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Stromrichterfrequenz. Bei hinreichend hoher Zählfrequenz ist dies jedoch nicht unbedingt erforderlich. Die Zahlworte sind im Speicher an Speicherplätzen eingeschrieben, die von der Adressiereinheit angewählt werden. Während der Zähler zählt, steht das aus dem Speicher ausgelesene Zahlwort solange an, bis Überein-Stimmung mit einem Zählerwort vom Zähler erreicht wird. Bei jeder Übereinstimmung von Zahlwort und Zählerwort

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adressiert die Adressiereinheit den Speicherplatz der nächsten Schaltflanke des betreffenden Pulsmusters. Das aus diesem Speicherplatz ausgelesene Zahlwort steht wiederum solange an, bis erneut Übereinstimmung mit einem Zählerwort besteht. Bei jeder Übereinstimmung von Zahlwort und Zählerwort kippt die Impulsstufe von "O" auf ¹¹I" bzw. von "1" auf "0". Das Ausgangssignal der Impulsstufe ist das gewünschte pulsbreitenmodulierte Steuersignal.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht die Erzeugung von Steuersignalen für Stromrichter, die völlig unabhängig von einer schaltungsmäßigen Realisierbarkeit durch .Referenzspannungsgeneratoren und Vergleicher vorgegeben werden können. Die Vorgabe der Steuersignale kann beispielsweise im Hinblick auf ein gewünschtes Oberschwingungsspektrum der Ausgangsspannung bei der Anwendung für Wechselrichter-Steuersätze oder im Hinblick auf eine gewünschte Rückwirkung auf die Eingangsspannung bei der Anwendung für Gleichrichter-Steuersätze vorgenommen werden. Ein Steuersatz mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann in schaltungstechnisch unveränderter Form bei verschiedenen Stromrichterarten und Stromrichterschaltungen eingesetzt werden. Es muß gegebenenfalls lediglich der Speicher mit den Zahlworten für die Schaltflanken des Pulsmusters des gewünschten Steuersignals programmiert werden. Bei normalen Anwendungsfällen wird man bereits programmierte Festwertspeicher, beispielsweise PROMs, in den Steuersatz einsetzen. Es ist jedoch auch möglich, den Speicher als Schreib-Lese-Speicher auszubilden und über einen Rechner zu programmieren, der während des Stromrichterbetriebs aus gemessenen Betriebsdaten das jeweils günstigste Pulsmuster ermittelt.

Es ist grundsätzlich möglich, die Schaltflanken des Steuersignals für eine ganze Periode abzuspeichern. In

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diesem Fall entspricht der höchstmögliche Zählerstand des Zählers der Gesamtanzahl der Inkremente einer Periode.

Zur Einsparung von Speicherplatz ist es vorteilhaft, den höchstmöglichen Zählerstand des Zählers derart zu wählen, daß er einer Teilperiode des Steuersignals entspricht, vorzugsweise einer Viertelperiode. Ein erster Durchlauf des Zählers liefert die Schaltflanken des Pulsmusters für die erste Viertelperiode des Steuersignals. Die zweite Viertelperiode des Steuersignals wird mit rückwärtszählendem Zähler durch Aufruf derselben Schaltflanken erreicht. In der dritten Viertelperiode des Steuersignals läuft der Zähler wiederum vorwärts und in der vierten Viertelperiode rückwärts. Wenn ein Steuersignal mit zwei aktiven Niveaus gewünscht wird, so kann in der zweiten Halbperiode des Steuersignals das Ausgangssignal der Impulsstufe invertiert werden.

Die Kurvenform und die Amplitude der Ausgangsspannung oder die Rückwirkung auf die Eingangsspannung eines derartig gesteuerten Stromrichters wird durch das Pulsmuster des Steuersignals bestimmt, also durch die zeitliche Lage der Schaltflanken. Wenn als Stromrichter ein Wechselrichter vorgesehen ist, so kann seine Ausgangsspannung insbesondere sinusförmig, dreieckförmig oder trapezförmig sein. Im allgemeinen wird man für einen vorgegebenen Anwendungsfall jeweils eine bestimmte Kurvenform vorschreiben. Bei der Anwendung bei Wechselrichtern wird im allgemeinen zusätzlich eine hinsichtlich ihrer Amplitude veränderliche Ausgangsspannung des Wechselrichters oder eine auch bei Veränderungen der Eingangsgleichspannung konstante Amplitude seiner Ausgangsspannung gewünscht. Bei der Anwendung bei Gleichrichtern wird in der Regel eine konstante Ausgangsgleichspannung bei veränderlicher Eingangswechselspan-

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nung oder eine regelbare Ausgangsgleichspannung gefordert. Hierzu können im Speicher eine Anzahl von Impulsmustern gespeichert sein, bei denen die Schaltflanken des Steuersignals derart gewählt sind, daß die Ausgangsspannung des Stromrichters stufenweise einstellbar ist. Beispielsweise kann bei Verwendung von 128 Pulsmustern die Amplitude der Ausgangsspannung des Stromrichters in 128 Stufen zwischen 0 % und 100 % stufenweise geändert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es jedoch beispielsweise auch möglich, die Kurvenform der Ausgangsspannung eines Wechselrichters in Abhängigkeit von seiner Aussteuerung zu verändern. Beispielsweise können bei der Anwendung für Stromrichterantriebe die Pulsmuster derart gewählt werden, daß der Stromrichter in einem ersten Aussteuerungsbereich eine trapezförmige Ausgangsspannung, in einem zweiten Aussteuerbereich eine sinusförmige Ausgangsspannung und in einem dritten Aussteuerbereich eine dreieckförmige Wechselspannung erzeugt.

Die jeweils größtmögliche Anzahl der gespeicherten Pulsmuster und die Anzahl der Schaltflanken pro Pulsmuster werden durch die Speicherkapazität des verwendeten Speichers bestimmt. Beispielsweise können bei einem 1K χ 8 Bit-Festwertspeicher insgesamt 64 Pulsmuster von Steuersignalen gespeichert werden, die in jeder Viertelperiode zwischen 8 und 15 Schaltflanken aufweisen können. Bei einem Speicher mit gleicher Speicherkapazität können 128 Pulsmuster von Steuersignalen gespeichert werden, die jeweils zwischen 4 und 7 Schaltflanken pro Viertelperiode enthalten. Sind bei gleicher Speicherkapazität weniger als 4 Schaltflanken pro Viertelperiode erforderlich, so können sogar 256 Pulsmuster gespeichert werden. Die Anzahl der Pulsmuster und die Anzahl der

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Schaltflanken innerhalb jedes Pulsmusters wird daher unter Berücksichtigung der Speicherkapazität des Pestwertspeichers festgelegt, wobei man jedoch hinsichtlich der Pulsfrequenz und der Wortbreite variabel ist. Die Anzahl der Pulsmuster bestimmt die Regelungsmöglichkeiten der Ausgangsspannung des Stromrichters. Die Anzahl der Umschaltflanken innerhalb eines Pulsmusters bestimmt den Oberschwingungsgehalt der Ausgangsspannung des Wechselrichters und danit auch den erforderlichen Filteraufwand.

Die Genauigkeit der zeitlichen Lage der Schaltflanken des Steuersignals wird von der Anzahl der Inkremente bestimmt, in die eine Periode oder Teilperiode des Steuersignals unterteilt wird. Die Anzahl der Inkremente bestimmt wiederum die Wortbreite der im Speicher gespeicherten Zahlworte. Bei Verwendung von acht Bit breiten Zahlworten kann eine Viertelperiode in 256 Inkremente unterteilt werden. Die Schaltflanken können damit auf den 256igsten Teil einer Viertelperiode des Steuersignals genau festgelegt werden. DiesesZeitinkrement entspricht einem Winkel von 0,351° el.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird durch die Anwendung digitaler Technik die Störsicherheit wesentlich gesteigert. Offsetkompensation, Driftausgleich und weitere Justierungen entfallen. Ein besonderer Vorteil ist die Flexibilität bei der Bildung von Steuersignalen für die Ansteuerung von Stromrichtern. Die PuIsmuster werden nicht durch einen Schaltungsaufbau fest vorgegeben, sondern es kann zunächst das gewünschte Frequenzspektrum der Ausgangsspannung oder der Rückwirkung auf die Eingangsspannung des Stromrichters festgelegt werden, hieraus das gewünschte Pulsmuster ermittelt werden und die Schaltflanken des derart ermittelten Pulsmusters im Speicher gespeichert werden.

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Die Anzahl der Schaltflanken, ihre zeitliche Lage und die Anzahl der Pulsmuster kann unter Berücksichtigung des gewünschten Frequenzspektrums, des Filteraufbaus und anderer Parameter ermittelt werden. 5

Die Erfindung ermöglicht insbesondere auch die Eingabe von Pulsmustern, die einen Betrieb auch mit unkonventionellen Filtern erlauben. Auch kann man Pulsmuster eingeben, die mit analogen Mitteln nicht oder nur mit großem Schaltungsaufwand zu realisieren wären. Weiterhin ist es möglich, die Pulsmuster durch einen Mikrocomputer laufend errechnen zu lassen.

Eine, besonders einfache und daher bevorzugte Adressbildung wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die von der Adressiereinheit gebildeten Adressen jeweils aus einer ersten und einer zweiten Teiladresse aufgebaut sind, wobei die erste Teiladresse von einem bei jeder Übereinstimmung von Zahlwort und Zähferwort angestoßenen Zähler und die zweite Teiladresse von einem Schieberegister gebildet wird, das ein die Aussteuerung des Stromrichters bestimmendes Signal zyklisch weitergibt. Die zyklische Weitergabe des die Aussteuerung des Stromrichters bestimmenden Signals erfolgt beispielsweise am Anfang jeder Viertelperiode.

Das die Aussteuerung des Stromrichters bestimmende Signal kann von einer digitalen Einstellvorrichtung oder einer digitalen Regeleinrichtung unmittelbar dem Schieberegister zugeführt werden. Bei Verwendung von analogen Einstellvorrichtungen, beispielsweise von Einstellpotentiometern, oder bei Verwendung von analogen Regeleinrichtungen kann der Eingang des Schieberegisters über einen Analog-Digital-Umsetzer mit einer analogen

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Einstellvorrichtung oder einer Regeleinrichtung verbunden sein.

Eine andere Möglichkeit der Adressbildung besteht darin, daß die Adressiereinheit durch einen Mikrocomputer gebildet wird, der die Adressen aus digital eingebenen Regelsignalen ermittelt. Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet sich insbesondere für umfangreiche Steuerungen von Stromrichteranlagen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich zur Steuerung von Stromrichtern mit fester, stetig veränderbarer oder stufenweise veränderbarer Frequenz einsetzen. Zur Erzeugung eines periodischen Steuersignals mit veränderlicher Frequenz kann der Zähler mit variabler Frequenz getaktet werden. Die variable Frequenz wird beispielsweise von einem Spannungs-Frequenz-Wandler erzeugt. Für ein periodisches Steuersignal mit stufenweise veränderlicher Frequenz kann ein mit konstanter Frequenz laufender Taktgeber verwendet werden, wobei jedoch dem Zähler ein steuerbarer Frequenzteiler vorgeschaltet ist.

Für eine besonders hochwertige Steuerung eines Stromrichters kann der Zähler von einem äußeren Synchronisiersignal synchronisiert werden. Beim Parallelbetrieb von mehreren Stromrichtern kann das Synchronisiersignal von einem gemeinsamen Synchronisieroszillator abgeleitet werden. Beim Parallelbetrieb eines Stromrichters mit einem Wechselspannungsnetz kann das Synchronisiersignal aus der Netzwechselspannung abgeleitet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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FIG 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals für die Anwendung bei einem Wechselrichter,

FIG 2 ein Diagramm mit einem pulsbreitenmodulierten Steuersignal und der zugehörigen Ausgangsspannung eines Wechselrichters,

FIG 3 die Programmierung und Adressierung eines Festwertspeichers ,

FIG 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter, FIG 5 einen von einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach FIG 4 gesteuerten Stromrichter, FIG 6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines dreiphasigen pulsbreitenmodulierten Steuersignals für einen dreiphasigen Wechselrichter,

FIG 7 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Bildung eines dreiphasigen pulsbreitenmodulierten Steuersignals für einen dreiphasigen Wechselrichter, FIG 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines dreiphasigen pulsbreitenmodulierten Steuersignals für einen dreiphasigen Wechselrichter,

FIG 9 eine Prinzipdarstellung eines dreiphasigen Brückenwechselrichters ,

FIG 10 eine Darstellung der Stromführungsdauern der Ventile des Brückenwechselrichters der FIG 10, FIG 11 ein Summenpulsmuster ohne Berücksichtigung der Kommutierungsvorgänge zur Ansteuerung des in FIG 9 dargestellten Brückenwechselrichters mit einem einfachen Steuersignal, das in jeder Halbperiode nur einen Puls aufweist,

FIG 12 ein Summenpulsmuster mit Berücksichtigung der Kommutierungsvorgänge zur Ansteuerung des in FIG 9 dar-

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gestellten Brückenwechselrichters aalt einem einfachen Steuersignal, das in jeder Halbperiode nur einen Puls aufweist,

FIG 13 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Bildung eines dreiphasigen pulebreltenmodulierten Steuersignals unter Verwendung von Summenmustern.

FIG 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Bildung eines periodi- sehen,vorzugsweise pulsbreitenmodulitften Steuersignals Ug. Die Schaltungsanordnung enthält einen Speicher 1, beispielsweise ein PROM als Festwertspeicher, der einen 10-Bit breiten Adressiereingang 2 und einen 8-Bit breiten Zahlwortausgang 3 aufweist. Im Speicher 1 sind die Schaltflenken des Steuersignals ü_g in Form von Zahlworten gespeichert, deren Bildungsprinzip anhand von FIG 2 erläutert wird. Der zeitgerechte Abruf der Schaltflanken erfolgt durch eine entsprechende Adressierung, die im Zusammenhang mit FIG 3 beschrieben wird.

Der Adressiereingang 2 des Speichers 1 ist mit einer Adressiereinheit 10 verbunden, die die Adressen der Schaltflanken des gewünschten Steuersignals Ug ausgibt. Wenn die Aussteuerung des Stromrichters veränderbar sein soll, so muß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Steuersignale mit unterschiedlichen Pulsmustern erzeugen. Dies erfordert, daß die Adressiereinheit 10 sowohl hinsichtlich eines einer bestimmten Aussteuerung des Stromrichters zugeordneten Pulsmusters aus einer Anzahl von Pulsmuftem, als auch hinsichtlich der Reihenfolge der Schaltflanken innerhalb dieses Pulsmusters gesteuert wird. Das einer bestimmten Aussteuerung des Stromrichters zugeordnete Pulsmuster wird über eine Steuerspannung am Pulsmuster-Steuereingang 11 angewählt, die beispiels weise mit einer Regeleinrichtung 13 verbunden ist. Die zeitliche Reihenfolge der Schaltflanken innerhalb eines

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Pulsmusters wird durch die Steuerbefehle am Schaltflanksn-Steuereingasg 12 bestimmt.

Der Zahlvrortausgang 3 des Speichers 1 1st mit dem ersten Vergleichereingang A eines Komparators 4 verbunden, dessen zweiter Vergleichereingang B mit dem 8-Bit breiten Ausgang eines Zählers 5 verbunden ist. Der Zähler 5 zählt die Impulse eines Taktgebers 6. Wenn nur eine Beeinflussung der Amplitude der Ausgangsspannung des Stromrichters erforderlich ist, läuft der Taktgeber 6 mit konstanter Impulsfrequenz. Wenn zusätzlich auch die Frequenz der Ausgangsspannung des Stromrichters beeinflußt werden soll, so kann ein Taktgeber mit veränderbarer Impulsfrequenz eingesetzt werden, beispielsweise ein Spannungs-Frequenz-Wandler. Bei Übereinstimmung des Zahlwortes am Vergleichereingang A mit dem Zählerwort am Vergleichereingang B gibt der Komparator 4 ausgangsseitig ein Signal ab, das von einer Impulsstufe 7 in einen Steuerimpuls für eine Kippstufe 8 umgeformt wird. Die Kippstufe 8 kippt bei jedem Steuerimpuls an ihrem dynamischen Eingang. Am Ausgang 9 der Kippstufe erscheint das Steuersignal Ug. Der von der Impulsstufe 7 bei jeder Übereinstimmung von Zahlwort und Zählerwort (A =B) gebildete Steuerimpuls steuert über den Schaltflanken-Steuereingang 12 die Adressiereinheit 10 derart, daß diese die Adresse der nächsten Schaltflanke innerhalb des durch die Steuerspannung am Pulsmuster-Steuereingang 11 bestimmten Pulsmusters auf den Adresslereingang 2 des Speichers 1 schaltet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben. Als Stromrichter sind jeweils Wechselrichter vorgesehen, die eine Eingangsgleichspannung in eine sinusförmige Ausgangswechselspannung mit konstanter Frequenz umformen.

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FIG 2 zeigt über einer Viertelperiode den Verlauf der sinusförmigen Ausgangswechselspannung U^ eines Wechselrichters und den Verlauf des zugehörigen pulsbreitenmodulierten Steuersignals Ug. Die Viertelperiode ist in 256 Inkrements unterteilt. Die Zahlworte der Schaltflanken der Steusrspannung Ug sind an der Zeitachse t angeschrieben. Die den Schaltflanken zugeordneten Zahlworte sind im Speicher 1 gespeichert und können über zugehörige Adressen aufgerufen werden. Bei einer anderen Aussteuerung des Wechselrichters oder einer anderen Kurvenform seiner Ausgangsspannung ist ein Steuersignal mit einem anderen Pulsmuster erfordert!.eh. Die Schaltflanken dieses anderen Pulsmusters sind ebenfalls im Speicher gespeichert und können über weitere Adressen abgerufen werden. Es erweist sich als zweckmäßig, jede Adresse aus zwei Teiladressen zusammenzusetzen. Die eine Teiladresse bezeichnet das gewünschte Pulsmuster. Die andere Teiladresse bezeichnet die Schaltflanke innerhalb des betreffenden Pulsmusters. Bei der Annahme, daß beim beschriebenen Ausführungsbeispiel das Pulsmuster nicht mehr als 8 Schaltflanken pro Viertelperiode aufweisen soll und daß die Ausgangssparmung des Wechselrichters in 128 Stufen veränderbar sein soll, sind 128 Pulsmuster mit $e 8 Schaltflanken erforderlich, die im Speieher 1 gespeichert sind. Hierzu sind 1024 Zahlworte notwendig, die 1024 Speicherplätze mit 8-Bit Breite erfordern und die über 1024 Adressen adressierbar sind.

FIG 3 zeigt in Tabellenform für drei verschiebene PuIsmuster dio Adressen und die zugehörigen Zahlworte als Speicherinhalte. Die Adressen und Zahlworte sind im Binärsystem und zur leichteren Lesbarkeit auch im Dezimalsystem angegeben. Das obere Pulsmuster ist beispielsweise der minimalen Ausgangsspannung des Wechselrichters zugeordnet. Das .mittlere Pulsmuster ist der in FIG 2 dargestellten Ausgangsspannung des Wechselrichters

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zugeordnet. Das untere Pulsmuster Ist beispielsweise der maximalen Ausgangsspannung des Wechselrichters zugeordnet.

Die erste Spalte zeigt die in zwei Teiladressen unterteilten Adressen, die von der Adressiereinheit erzeugt werden und mit denen die Adressenleitungen AO bis A9 des Adressiereingangs 2 des Speichers 1 belegt werden. Die Adressenleitungen AO bis A2 werden von einer 8-Bit breiten ersten Teiladresse belegt, die in jedem Pulsmuster die Binärzahlen 000 bis 111 (dezimal 0-7) durchläuft. Die erste Telladresse bezeichnet die Schaltflanken Innerhalb eines Pulsmustere. Die Adressenleitungen A3 bis A9 sind mit einer zweiten Teiladresse belegt, die das betreffende Pulsmuster bezeichnet.

Rechts neben den Adressen sind die zugehörigen Speicherinhalte angegeben, die jeweils das Inkrement benennen, bei dem eine Schaltflanke im Steuersignal auftreten soll.

Da jede Viertelperiode des Steuersignals in 256 Inkremente eingeteilt ist, entspricht jedes Inkrement einer binären Zahl zwischen 0000 0000 und 1111 1111 (dezimal 0 - 255). Bei der Programmierung des Speichers wird als binäres Zahlwort der als Inkrement festgelegte Zeitpunkt gespeichert, an dem eine Schaltflanke im Steuersignal auftreten soll. Die Zahlworte werden in steigender Reihenfolge gespeichert. Zuerst wird das Zahlwort gespeichert, bei dem das Steuersignal zum ersten Mal vom Pegel .für den logischen Zustand "O" auf den Pegel für den logischen Zustand "1" kippt bzw. vom Pegel "1" auf den Pegel ⁵⁵O". Beim zweiten Zahlwort kehrt das Steuersignal wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück.

FIG 4 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 35 zur Ansteuerung des in FIG 5 dargestellten Wechselrichters nach Maßgabe des in den FIG

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und 3 ©rläutsrten Beispiel©® eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals. Cloiche od®r gleichwirkende Bauelemente bzwο Baugruppen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Prinzipdarstallung der FIG 1. Als Speicher 1 ist eia 1024x8 Bit PROM als Festwertspeicher vorgesehen» Das bei entsprechender Adressierung an seiners Ausgang anstehende 8~Bit~Zahlwort wird vom Komparator 4 mit dem 8-Bit-Ausgang des mit konstanter Impulsfrequenz getakteten Zählers 5 verglichen. Bei jeder übereinstimmusg wird d@r Festwertspeicher 1 über die Impulsstufe 7 und die Adressiereinheit 10 weiter adressiert und die Kippstufe 8 angestoßen. Die Adressierung des Festwertspeichers 1 erfolgt binär über seinen 10-Bit-AdressiereingaBg 2 mit den Adresjsenleitungen AO bis A9.

Die gesamte Schaltungsanordnung 35 wird durch einen zentralen Steuerzahler 18 gesteuert, der als 12-Bit-Zähler mit den Ausgängen QO bis Q11 ausgebildet ist. Der zentrale Steuersähler 18 wird won einem Oszillator 17 mit konstanter Frequenz getaktet. Der Zählerausgang Q1 taktet den Zähler 5» dessen Zählerworte mit den aus dem Speicher 1 ausgelesenen Zaiilworten verglichen werden. Die Verbindimgsleitungen der weiteren Ausgänge des zentralen Steuerzählers 18 mit den entsprechenden Bauelementen sind nicht eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu wahren. Stattdessen sind an die Eingänge der betreffenden Bauelemente die Bezeichnungen der Zählerausgänge des Steuerzählers 18 in Klammern angeschrieben. Ebenfalls nicht dargestellt sind die Schaltungsmaßnahmen für ein Taktraster, wie es bei digitalen Schaltungen allgemein üblich ist.

Die AdresEiereinhelt 10 enthält einen weiteren Zähler 14, ein Schieberegister 15 und einen Analog-Digital-Umsetzer 16 in der dargestellten Schaltung. Der Analogeingang des Analog-Digital-Umsetzers 16 ist der Pulsmuster-Steuereingang 11, der mit der Regeleinrichtung 13 des Vechsel-

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richters verbunden ist, die beispielsweise als Spannungsregelung ausgeführt ist. Der Analog-Digital-Umsetzer 16 setzt die am Pulsmuster-Steuereingang 11 anstehende Reglerspannung in digitale Werte um, die das der Jeweiligen Reglerspannung zugeordnete Pulsmuster kennzeichnen. Die entsprechenden digitalen Verte werden über das Schieberegister 15 geführt, das durch einen aus dem zentralen Steuerzähler 18 abgeleiteten Freigabeimpuls (Ausgang Q10) bei Beginn Jeder Viertelperiode die

Pulsmusterkennzeichnung auf die Adressenleitungen A3

bis A9 gibt. Dies entspricht der Bildung einer das Pulsmuster bestimmenden Teiladresse durch die Reglerspannung.

Die Adressenleitungen AO bis A2 sind mit dem Zähler verbunden, dessen Zähleingang vom Impulsformer 7 bei Jeder Übereinstimmung zwischen dem Zählerwort des Zählers 5 und dem aus dem Festwertspeicher 1 ausgelesenen Zahlwort angestoßen wird. Der Zähler 14 in der Adressiereinheit 10 bildet die weitere Teiladresee, die die Schaltflanke im Pulsometer angibt.

Bei Jeder Übereinstimmung von Zählerwort und Zahlwort wird vom Impulsformer 7 die Kippstufe 8 angestoßen, deren Ausgänge mit einer Ausgangslogik 19 verbunden sind. Die Ausgangslogik 19 ist weiterhin mit dem Ausgang Q11 des zentralen Steuerzählers 18 verbunden, der mit einem Rechtecksignal belegt ist, das die gleiche Periodendauer aufweist wie das pulsbreitenmodulierte Steuersignal. Die Ausgangelogik 19 formt das an den Ausgängen 8a und 8b der Kippstufe 8 erscheinende pulsbreitenmodulierte Steuersignal in ein Steuersignal mit zwei aktiven Niveaus um und belegt damit die Steuerleitungen 28 und 29 für eine unmittelbare Ansteuerung der Ventile des Wechselrichters.

Die Eingänge des NAND-Qatters 20 in der Ausgangslogik

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VPA )i P 3 11 9 BRD sind mit des das inverse Steuersignal führenden Ausgang 8b der Kippstufe β und dem Rechtecksignal vom Ausgang Q11 des zentralen Steuerzählers 18 belegt. Der eine Eingang des weiteren NAND-Gatters 21 ist mit dem das Steuersignal führenden Ausgang 8a der Kippstufe 8 und der invertierende Eingang des NAND-Gatters 21 ist mit dem Ausgang Q11 verbunden. Die Ausgänge der NAND-Gatter 20 und 21 sind mit den Eingängen eines weiteren NAND-Gatters 22 verbunden. Der Ausgang des weiteren NAND- Gatters 22 ist über eine Invert!erstufe 23 mit der ersten Verstärkerstufe 26 verbunden, welche die Steuersignale auf der Steuerleitung 28 verstärkt. Der Ausgang des weiteren NAND-Gatters 22 ist über zwei hintereinandergeschaltete Invertierstufen 24 und 25 mit der zwei- ten Verstärkerstufe 27 verbunden, die die Steuersignale auf der Steuerleitung 29 verstärkt.

Der Ausgang Q10 des zentralen Steuerzählers 18 führt ein Rechtecksignal mit der halben Periodendauer des puls breitenmodulierten Steuersignals. Das Rechtecksignal am Ausgang Q10 wird daher zur Steuerung der Betriebsart (vorwärts/rückwärts) der Zähler 5 und 14 verwendet. Aus dem zentralen Steuerzähler 18 werden noch weitere Rechteckimpulse abgeleitet, die als Sperrimpulse, Startimpulse und Verriegelungsimpulse verwendet werden. Die Erzeugung und Verwendung dieser Impulse, die weniger für das Verständnis der Erfindung als für die Funktion einer ausgeführten Schaltungsanordnung erforderlich sind, ist nicht im einzelnen dargestellt undwird nachfolgend nur kurz beschrieben:

Bei jedem zweiten Zählzyklus, d.h. nach einer Vorwärts-Zählphase und einer RUckwärts-Zählphase werden die Zähler 5 und 14 auf den Zustand "0" rückgesetzt. Hierdurch wird ein durch eine Störung entstandener Fehler nach höchstens einer Halbperiode unwirksam. Gleichzeitig wird

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auch die Kippstufe 8 auf einen definierten Ausgangszustand gesetzt. Nach jeder Viertelperlode werden weitere Sperrimpulse erzeugt, welche die Zähler 5 und 14 beim Umschalten von einen Pulsmuster auf ein anderes PuIsmuster verriegeln. Die Kippstufe 8 wird ebenfalls ver riegelt, um bei einer Umschaltung zwischen zwei Pulsmustern ein Fehlverhalten der Kippstufe zu verhindern. Weiterhin steuert der zentrale Steuerzähler 18 den Start des Analog-Digital-Umsetzers 16. Jeder Sperrimpuls am Ende einer Viert elperiode des pulsbreitenmodulierten Steuersignals löst für die folgende Viertelperiode die Eingabe der am Pulsmuster-Steuereingang 11 des Analog-Digital-Umsetzers 16 anstehenden Reglerspannung in das Schieberegister aus. Unmittelbar danach wird der Analog- Digital-Umsetzer 16 für eine neue Umwandlung gestartet, die nicht länger als eine Viertelperlode dauern darf. Auf diese Weise steht am Anfang der nächsten Viertelperiode wieder eine neue, ggf. ein anderes Pulsmuster kennzeichnende Teiladresse zur Verfügung.

Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 35 in Verbindung mit einer Regelung tritt eine Totzeit auf, die im wesentlichen durch die Zeit bestimmt wird, die der Analog-Digital-Umsetzer 16 benötigt, um einen am Pulsmuster-Steuereingang 11 anstehenden Analogwert in ein binäres Signal umzusetzen. Man kann hier -wie beschrieben - so vorgehen, daß zu Beginn einer jeden Viertelperiode des Steuersignals die Reglerspannung abgetastet und in einem Digitalwert umgewandelt wird . Zu Beginn der nächstfolgenden Viertelperiode wird der Festwertspeicher 1 entsprechend der in der vorangegangenen Viertelperiode abgetasteten Reglerspannung adressiert. Dabei entsteht zwischen einer Änderung der Reglerspannung und der entsprechenden Änderung der Zündimpulse für den Wechselrichter eine Totzeit von maximal einer halben Periode des pulsbreitenmodulierten Steuersignals. Dies

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ist für zahlreiche Anwendungsfalle ausreichend. FQr schnelle Regelungen kann ein schneller Analog-Digital-Umsetzer verwendet werden, der den am Pulsauster-Steuereingang 11 zugeführten Analogwert während der Sperrzelt der Zähler zwischen zwei Viertelperioden in einen Digitalwert umsetzt. Die am Ende einer Vierteleperiode abgetastete Reglerausgangsspannung steht dann bereits an Anfang der nächsten Viertelperiode als Digitalwert zur Verfügung.

Die in FIG 4 dargestellte Schaltungsanordnung 35 läßt sich beispielsweise derart abändern, daß als Zähler 14 ein Zähler mit vier Ausgängen verwendet wird, die auf vier Adreßleitungen geschaltet werden. Für das Schiebe register stehen dann noch sechs Adressenleitungen zur Verfügung. Hierdurch würde sich die Anzahl der möglichen Pulsmuster auf 64 Muster reduzieren, dafür würde sich aber die Anzahl der Schaltflanken je Viertelperiode des pulsbreitenmodulierten Steuersignals auf 15 Schaltflan ken erhöhen,

FIQ 5 zeigt im Prinzip die Steuerung eines BrÜckenwechselrlchtere mit der in FZG 4 dargestellten erfindungsgemäBen Schaltungsanordnung 35 und der nachgeordneten

Ausgangslogik 19. Der Pulsmuster-Steueringang 11 der

Schaltungeanordnung 35 ist mit einer Regeleinrichtung verbunden. Die Steuerkanäle 28 und 29 der Ausgangslogik •ind mit den ZUndimpuleen für die gesteuerten Halbleiterventile des Wechselrichters belegt. Der Wechselrich- ter ist als Brückenwechselrichter ausgebildet und enthält als Ventil· die schematiech dargestellten elektronischen Schalter 31 bis 34. Die Ausgänge des Wechselrichter· sind über tin Tiefpaßfilter 37 alt einem Verbraucher §?/ Es sind muoh andere Filterschältungen möglich, insbe sondere auoh unkonventionelle Filter. Die Ausgangsepan- nung des Wechselrichters wird hinter dem Filter 37 ron

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einem Spannungsmeßwandler 39 erfaßt und dem Regelgrößeneingang der Regeleinrichtung 13 zugeführt. Der FUhrungsgrößeneingang der Regeleinrichtung 13 ist mit einem als Potentiometer dargestellten Sollwertgeber 40 verbunden. Anstelle aine3 Potentiometers kann insbesondere auch eine übergeordnete Steuer- oder Regeleinrichtung vorgesehen sein. Die Ventile 31 und 34 des Wechselrichters werden jeweils gleichzeitig vom Steuerkanal 28 und die Ventile 32 und 33 jeweils gleichzeitig vom Steuerkanal -JO 29 angesteuert.

Die Aussteuerung des Wechselrichters kann über die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung 13 mit Hilfe eines der 128 gespeicherten Pulsmuster erfolgen. Beim Regelverhaiten ist die bereits erläuterte Totzeit zu beachten, die zwischen dem Zeitpunkt einer Abtastung der Reglerausgangsspannung und ihrer Eingabe in den Analog-Digital-Wandler in der Schaltungsanordnung 35 und dem Zeitpunkt liegt, an dem aufgrund des umgewandelten Analogwertes ein neues Pulsmuster aufgerufen werden kann. Es wird darauf hingewiesen, daß die Schaltflanken nicht kontinuierlich geändert werden können, da nur eine begrenzte Anzahl von Pulsmustern gespeichert werden kann. Es kann somit bei einer Änderung der Ausgangsspannung der Regeleinrichtung 13 immer nur von einem Pulsmuster auf ein anderes Pulsmuster geschaltet werden. Je nach Reglerschaltung sind Maßnahmen erforderlich, um Instabilitäten zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nicht nur zur Bildung von Steuersignalen, insbesondere pulsbreitenmodulierten Steuersignalen für einphasige Stromrichter, sondern auch zur Erzeugung von Steuersignalen für mehrphasige Stromrichter geeignet, insbesondere für dreiphasige Stromrichter. Zur Erzeugung von mehrphasigen Steuersignalen gibt es mehrere Möglichkeiten, aus denen man im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungsfall

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die günstigst* Möglichkeit auswählen kann. Im folgenden werden einige dieser Möglichkeiten beschrieben, die jeweils auf den in der Praxis häufigsten Anwendungsfall eines dreiphasigen pulabreltenmodulierten Steuersignals abgestellt sind.

Eine erste Möglichkeit zur Erzeugung eines dreiphasigen pulsbreitenmodulierten Steuersignals besteht gemäß der Erfindung darin, ein einphasiges Steuersignal in der bereits beschriebenen Weise zu erzeugen und die Steuersignale für die weiteren Phasen aus dem Steuersignal für die erste Phase durch entsprechende Verzögerungen des Steuersignals für die erste Phase abzuleiten.

FIG 6 zeigt 3chematisch das Blockschaltbild dieser ersten Möglichkeit zur Erzeugung, von dreiphasigen pulsbreitenmodulierten Steuersignalen mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die einphasige Schaltungsanordnung 35 kann den gleichen Aufbau aufweisen wie in den Darstellungen der FIG 1 und FIG 4. Die Schaltungsanordnung 35 erzeugt ein pulsbreltenmoduliertes Steuersignal Uej_R als Steuersignal für die Phase R eines Stromrichters.

Das pulsbreitenmodulisrte Steuersignal U₃₃ für die Phase S des Stromrichters wird durch eine Verzögerung des Steuersignals Ug_R um eine Anzahl von Taktperioden des Zählers 5 verzögert, die einer Verschiebung von 120° entsprich-:. Das Steuersignal U₃₃ stellt somit eine Wiederholung des Steuersignals ü_gR in einem zeitlichen Abstand von 120° el dar. Zur Bildung des Steuersignals U₃₃ für/Phase S des Stromrichters wird das Steuersignal U_gR für die Phase R einer Schieberegisteranordnung 41 zugeführt, die aus der Hintereinanderschaltung eines 64-Bit-Schieberegisters 42, eines 64-Bit-Schieberegisters 43 und eines 256-Bit-Schieberegisters 44 besteht. Die

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Takteingänge dar Schieberegister 42, 43, 44 sind mit dem Takteingang des Z^hlera 5 in der Schaltungsanordnung verbunden. Der lining des ersten Schieberegisters 42 ist mit öse StauarsiijnaT. ?üjp für die Phase R des Stromrichters belegt

Das Steuersignal 0%,_φ für die !'hase T des Stromrichters stellt eine Wiederholung das Steuersignals U_gR für die Phase R in einem zeltlichen Abstand von 240° el dar. Es wird durch Verzögerung des Steuersignals Ug^ um eine Anzahl von Taktpet'iöden des Zählers 5 gewonnen, die einer Verschiebung von 240° entspricht. Hierzu wird das Steuersignal UgK in analoger Vie.i.3ö einer weiteren Schieberegisterartordnung 47 zugeführt:, die aus der Hintereinandeiv schaltung eines 64-Blt-Sehifihsregtsters 48, eines 128-Bit-Schieberegisters 49 m-.O. eines 512-Bit-Schieberegisters 50 besteht. Die Takteingänge der Schieberegister

48, 49, 50 sind wiederum mit dem Takteingang des Zählers 5 in der Schaltungsanordnung o5 verbunden.

Venn die Verzögerungen des pulsbreitenmodulierten Steuersignals U_sfi in den Schieberegistern 42, 43, 44 bzw. 48,

49, 50 jeweils fest vorgegeben werden, so kann eine konstante Verzögerung des Steuersignals Ugg um 120° el

bzw. des Steuersignals U_gT um 240° el erreicht werden. Für viele Anwendungsfälle ist es jedoch wünschenswert, die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Steuersignalen in einem begrenzten Bereich zu verändern. Hierzu kann beim Schieberegister 42 und beim Schieberegister 48 ctercä eine externe 6-Bit-Adresse bestimmt werden, um wieviele Takteinheiten das Steuersignal U_SR von den Schieberegistern 42 bzw. 48 verzögert werden soll. Die 6-Bit-Adressen werden durch Analog-Digital-Umsetzer 45 bzw. 51 gebildet, deren Analogeingänge mit Phasenreglern 46 bzw. 52 verbunden sind. Hierdurch kann die Phasenverschiebung zwischen dem Steuersignal U_SR für die

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Phase R urad aera Steuersignal U für die Phase S in Stufen von OjTo⁰ el zwischen den Werten 112,9° el und 135,5° el eingestellt werden. Die Verschiebung zwischen dem Steuersignal Ug_R für die Phase R und dem Steuersignal U_gT für die Phase T kann jedenfalls stufenweise zwischen 225,9° el und 248,5° el eingestellt werden.

Bei der in FIG 6 dargestellten Anordnung kann eine Viertelperiode des Steuersignals nicht mehr in 256 Inkremente eingeteilt werden, da bei einer derartigen Einteilung die gewünschten Phasen-Verzögerungen von 120° el bzw. 240° el keiner ganzen Anzahl von Taktperioden entsprechen würden. Man kann jedoch den Zähler 5 in der Schaltungsanordnung 35 jeweils bereits nach einem Zählerstand von 254 wieder¹ auf Null setzen. Dann entsprechen 340 Taktperioden einer Verzögerung um 120° el und 680 Taktperioden einer Verzögerung von 240° el.

Die in FTC 6 dargestellte Schaltungsanordnung weist einen geringen Schaltungsaufwand auf. Jede der beiden Verzögerungseinheiten besteht lediglich aus einem Schieberegister mit ggf. einstellbarer Verzögerung und zwei Schieberegistern mit fest vorgegebener Verzögerung. Allerdings wird nur das Pulsmuster des Steuersignals Ug^ für die Phase R des Stromrichters in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Regeleinrichtung 13 bestimmt. Die Steuersignale Ug₅ und Ug^ für die weiteren Phasen S und T des Stromrichters können nicht unabhängig von der Phase R beeinflußt werden. Eine Änderung der Ausgangsspannung cUsr Regeleinrichtung 13 wird bei der Phase S erst mit einer Verzögerung von 120° el zusätzlich zu der bereits beschriebenen Totzeit wirksam, bzw. bei der Phase T erst mit ι
lieh zur Totzeit.

Phase T erst mit einer Verzögerung von 240° el zusatz-

Eine weitere Möglichkeit zur Bildung eines dreiphasigen

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pulsbreitenreorf.v.lier*i;en Steuersignals salt einer erfindungsgsir-aSez! Schaltungsanordnung besteht darin, drei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen vorzusehen und mit einer fest vorgegebenen Phasenverzögerung zu betreiben.

FIG 7 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines dreiphasigen Steuersignals U_Sr» ^uss ^¹⁰ ^ST ^m^ ^dre^ einphasigen Schaltungsanordnungen 35R, 35S und 35T, wobei der Phasenwinkel zwischen den Steuersignalen für die Phasen, R, S, T fest vorgegeben ist. Die erste Schaltungsanordnung 35R, deren Aufbau in FIG 4 näher erläutert wurde, erzeugt das Steuersignal Uq,, für die Phase R des StFomx'i caters. Die weiteren Schaltungsanordnungen 35Sj, 35? ₉ die jeweils einen gleichartigen Aufbau wie die Schaltungsanordnung 35R aufweisen, erzeugen die Steuersignale Ugg und Ug^ für die Phasen S und T des Stromrichters. Die Schaltungsanordnungen 35S und 35T werden von der Schaltungsanordnung 35 über Decoder 53 und 54 nach 120° el und 240° el getriggert. Die zentralen Steuerzahler 18S und 18T in den Schaltungsanordnungen 35S und 35T werden von Startimpulsen der Decoder 53 bzw. 54 gestartet. Die Decoder 53 bzv?«, 54 erzeugen immer dann einen Startimpula, wenn ein Zählerwort des Zählers 5R mit einem vorgegebenen Codewort übereinstimmt, das der vorgesehenen Phasenverschiebung entspricht. Es ist auch möglich, die Decoder mit Zählerworten des zentralen Steuerzählers 18R anzusteuern. Der Oszillator 17 taktet die drei Schaltungsanordnungen 35 R, 35S und 35T gemeinsam. Jede der drei Schaltungaenordmmgen hat einen eigenen Speicher 1R, 1S, 1T. Jeder der Schaltungsanordnungen ist eine eigene Regeleinrichtung 13R, 13S und 13T vorgeschaltet. Somit kann jede Phase des Stromrichters über entsprechende Pulsmuster einzeln geregelt werden.

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Die In FIG ? dargestellte Möglichkeit zur Bildung eines dreiphasigen pulsbreitenmodulierten Steuersignals mit einer Einzelphasenregelung kann auch mit einer einstellbaren Phasenverschiebung zwischen den Phasen R, S, T weitergebildet werden. FIG θ zeigt eine derartige Schaltungsanordnung«, deren Aufbau im Prinzip der Schaltungsanordnung dar FIG 7 entspricht. Anstelle der Decoder sind jedoch Phasenwinkel-Steuerungen 55 und 57 vorgesehen, die eine in Abhängigkeit von den Ausgangsspanmangen der Phasenregler 56 und 58 beeinflußbare Phasenverschiebung zwischen den Phasen R und S bzw. zwischen den Phasen R und T des Stromrichters ermöglichen. Die Phasenwinkelsteuerungen 55 und 57 erzeugen Startsignale für die zentralen Steuerzähler 18S und 18T in den Schaltungsanordnungen 35S und 35T- Der Aufbau der Phasenwinkel-Steuerungen wirddanhand der Phasenwinkel-Steuerung 55 im einzelnen beschrieben.

Die Phasenwinkel-Steuerung 55 enthält einen Komparator 59, ein Schieberegister 60 und einen Analog-Digital-Umsetzer 61 in der dargestellten Schaltung. Der eine Vergl ei eher eingang des !Comparators 59 ist mit dem Zählerwortausgang des Zählers 5ft in der Schaltungsanordnung verbunden. Der zweite Vergleichereingang des !Comparators 59 ist mit dem Ausgang des Schieberegisters 60 verbunden. Der Eingang des Schieberegisters 60 ist mit dem Analog-Digital-Wandler 61 verbunden, dessen Analogeingang mit der Ausgangsspannung des Phasenreglers 56 beaufschlagt ist. Der Analog-Digital-Umsetzer 61 wandelt die Reglerausgangsspanaung in ein digitales Wort um, das zu Beginn einer jeden Periode des Steuersignals vom Schieberegister

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6θ auf den zweiten Vergleichereingang des !Comparators gegeben wird. Dieses Wort gibt die vom Regler 56 bestimmte Phasenverschiebung zwischen den Phasen R und S des Stromrichters an. Bei Übereinstimmung dieses Wortes mit dem Zählerwort des Zählers 5R wird der zentrale Steuerzähler 18S in der Schaltungsanordnung 35S gestartet. Das Steuersignal Ug₃ beginnt somit gegenüber dem Steuersignal Ug_R mit einer Verzögerung, die einer durch die Ausgangsspannung des Reglers 56 bestimmten Anzahl von Taktperioden des Taktgebers 17 entspricht. Die Phasenwinkel-Steuerung 57 für die Phase T arbeitet in gleicher Weise.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines mehrphasigen pulsbreitenmodulierten Steuersignals besteht darin, die Pulsmuster der einzelnen Phasen zu einem Summenmuster zusammenzufassen und die Schaltflanken des Summenmusters in einem Festwertspeicher abzuspeichern. Bei der Abfrage der Schaltflanken des Summenmusters wird durch eine Ventilanwahlschaltung jede Schaltflanke demjenigen Ventil des Stromrichters zugeordnet, das im entsprechenden Augenblick angesteuert werden soll.

FIG 9 zeigt schematisch den Aufbau eines dreiphasigen Brückenwechselrichters mit den zünd- und löschbaren Ventilen n1 bis n6, sowie den zugehörigen Rückstromdioden.

FIG 10 zeigt die Stromführungszeiten der Ventile n1 bis n6 des Brückenwechselrichters der FIG 9 bei einer Aussteuerung mit nur jeweils einer Zündung pro Periode.

FIG 11 zeigt die Schaltflanken eines Summenmusters als Summe der Pulsmuster für die einzelnen Phasen des Wechselrichters. Man erkennt, daß bei jeder Änderung in der Stromführung eines der Ventile n1 bis n6 des Wechsel-. richters eine Schaltflanke im Summenmuster auftritt. Bei

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Schaltflanke &sb Stämmemnisters wird somit ein Ventil des Wechselrichters gezündet mid ein weiteres Ventil gelöscht, Di® erforderlich® Koaiimitierungspause kann durch eine geeignete VsrsSg&rungsschaltung gebildet werden. Das Suffiissranust&r weist creimal soviel® Schaltflanken auf wie ein vergleichbares ISinphasenmuster. Auch 1st es nicht ©ehr möglich,» ©ia® Periode des Steuersignals in vier . .Viertelp©riQd@n za unterteilen und die Schaltflanken jeder Viertelperiode durch Vorwärtszählen und Rückwärtszählen des Zählers 5 zu ermitteln. Vielmehr sretß ,jeweils das. Pulsmuster für eine gesamte Periode gespeichert werden« Hieraus folgt_s daß bei der schaltungst@clmisch©n Realisierung der in FlG 12 dargestallten Sehaltflanken eines Suauaenmur-tera insgesamt der 12f ache Speicherplatz -benötigt wird im Vergleich zu einem einphasigen Steuersignal O

FIG 12 seigt die Schaltflenken eines Sumiaemiusters unter Berücksichtigung dsr Koasiautierungsvorgänge. Bei ^eder einzelnen Schaltflaake wird jeweils aur ein bestimmtes Ventil angesteuert« 3eispielsweis@ wird bei der Schaltllaeke SF₁* ein Löschinipuls für das Yentll a5 ausgegeben und bei der Schaltflanke SF₂ wird ein Zündimpuls für das nachfolgende Ventil n6 ausgegebene, Zur schaltungstechnisehen Realisierung der in FIG 12 dargestellten Möglichkeit zur Speicherung der Zündzeitpunkte sowohl für die Hauptventile als auch für die Löschventile eines Wechselrichters wird nochmals der doppelte Speicherplatz benötigt im Vergleich zur in FIG 11 dargestellten Möglichkeito

FIG 13 zeigt schematisch die Realisierung der in FIG 11 beschriebenen Speicherung der Schaltflanken eines Summenmusters ohne Berücksichtigung der Kommutierungsvoränge. Die Schaltungsanordnung 35 entspricht wiederum den vorherigen Beispielen wobei jedoch ein Speicher

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mit entsprechend größerer Speicherkapazität vorgesehen ist. Weiterhin ist eine Ventilanwahlschaltung vorgesehen, die einen zweiten Speicher 62 umfaßt, der von der Adressiereinheit 10 parallel zum Festwertspeicher 1 adressiert wird. Dem Ventilanwahlspeicher 62 sind NAND-Gatter 63 bis 68 nachgeschaltet, deren Eingänge Jeweils mit dem Ausgang des Impulsformers 7 und mit einer der Ausgangsleitungen des zweiten Ventilanwahlspeichers 62 verbunden sind. Die Ausgänge der NAND-Gatter 63 bis 68 sind mit den dynamischen Eingängen von Kippstufen 69 bis 74 verbunden. An den Ausgängen der Kippstufen erscheinen pulsbreitenmodulierte Steuersignale zur Steuerung der Hauptventile und der Löschventile des Wechselrichters.

Im Ventilanwahlspeicher 62 sind Worte gespeichert, die jeweils an fünf Stellen eine logische 0 und an einer sechsten Stelle eine logische ⁿ1" enthalten, also beispielsweise 010000. Sobald die Adressiereinheit 10 die einer bestimmten Schaltflanke zugeordnete Adresse ausgibt, erscheint an den Ausgängen des Ventilanwahlspeichers 62 ein für diese Schaltflanke programmiertes Wort, also beispielsweise 010000. Die logische ^K1ⁿ in diesem Wort steht an einem Eingang des NAND-Gatters 67 an. Sobald nun in der Schaltungsanordnung 35 Übereinstimmung zwischen dem Zählerwort des Zählers 5 und dem aus dem Speicher 1 ausgelesenen Zahlwort besteht, gibt die Impulsstufe 7 einen Impuls nicht nur an die Adressiereinheit 10, sondern auch an den weiteren Eingang des NAND-Gatters 67. Das NAND-Gatter 67 wird durchgesteuert und stößt die Kippstufe 73 an. Das entsprechende Ventil wird gezündet.

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11 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

f 1.jSteuersatz für einen Stromrichter mit einer Schal- ^tungsanordnung zur Bildung eines periodischen Steuersignals mit vorgegebenem Pulsmuster, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) In einem Speicher (1) sind Zahlworte gespeichert, die die Lage der Schaltflanken des Steuersignals (U_g) in einer in eine Anzahl von Inkrementen unterteilten Periode bzw. Teilperiode der Eingangs- bzw. Ausgangswechselspannung des Stromrichters bezeichnen,

b) der Adressiereingang (2) des Speichers (1) ist mit einer Adressiereinheit (10) verbunden, die Adressen erzeugt, die dem Pulsmuster des Steuersignals (Ug) und den Schaltflanken innerhalb des Pulsmusters zugeordnet sind,

c) der Zahlwortausgang (3) des Speichers (1) ist mit dem ersten Vergleichereingang (A) eines digitalen Komparators (4) verbunden, dessen zweiter Vergleichereingang (B) mit einem Zähler (5) verbunden ist, der die Impulse eines Taktgebers (6) zählt, wobei jedem Taktimpuls die Bedeutung eines Inkrements zugeordnet ist,

d) bei jeder Übereinstimmung des aus dem Speicher (1) ausgelesenen Zahlwortes mit einem vom Zähler (5) gebildeten Zählerwort stößt das Ausgangssignal des !Comparators (4) eine Impulsstufe (7) an, deren Ausgangssignal das Steuersignal (U_g) darstellt und schaltet die Adressiereinheit (10) zur Ausgabe der nächsten Adresse weiter.

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2. Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die von der Adressiereinheit (10) gebildeten Adressen jeweils aus einer ersten und einer zweiten Teiladresse aufgebaut sind, wobei die erste Teiladresse von einem bei jeder Übereinstimmung von Zahlwort und Zählerwort angestoßenen Zähler (14) und die zweite Teiladresse von einem Schieberegister (15) gebildet wird, das ein die Aussteuerung des Stromrichters bestimmendes Signal zyklisch weitergibt. 10
3. Steuersatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Schieberegisters (15) über einen Analog-Digital-Umsetzer (16) mit einer analogen Einstellvorrichtung oder einer Regeleinrichtung (13) verbunden ist.
4. Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Adressiereinheit durch einen Mikrocomputer gebildet wird, der die Adressen aus digital eingegebenen Regelsignalen ermittelt.
5. Steuersatz nach Anspruch 1 für ein periodisches Steuersignal mit veränderlicher Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (6) mit variabler Frequenz getaktet wird.
6. Steuersatz nach Anspruch 1 für ein periodisches Steuersignal mit stufenweise veränderlicher Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler (6) ein steuerbarer Frequenzteiler vorgeschaltet ist.
7. Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch g β kennzeichnet, daß der Zähler (6) von einem äußeren Synchronisiersignal synchronisiert wird.

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8. Steuersatz nach Anspruch 1 für ein einphasiges Steuersignal, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (1) die Schaltflanken für eine Viertelperiode des Steuersignals gespeichert sind und daß der Zähler (5) am Ende jeder Viertelperiode des Steuersignals seine Zählrichtung umkehrt.
9. Schaltung nach Anspruch 1 zur Bildung eines mehrphasigen Steuersignals, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrphasige Steuersignal aus einem einphasigen Steuersignal durch Verzögerungsschaltungen (41, 47) abgeleitet wird, die das einphasige Steuersignal um jeweils eine Anzahl von Taktperioden des Taktgebers (6) verzögern.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Bildung eines mehrphasigen Steuersignals, dadurch gekennzeichnet , daß für jede Phase eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines einphasigen Steuersignals vorgesehen ist und daß die den einzelnen Phasen zugeordneten Schaltungsanordnungen über Decoder (53, 54) oder Phasenwinkel-Steuerungen (55, 57) miteinander verbunden sind.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Bildung eines mehrphasigen Steuersignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsmuster der einzelnen Phasen zu einem Summenmuster zusammengefaßt sind, dessen Schaltflanken im Speicher (1) gespeichert sind, und daß eine von der Adressiereinheit (10) gemeinsam mit dem Speicher (1) adressierbare Ventilanwahlschaltung vorgesehen ist, die einen weiteren Speicher (62) und logische Verknüpfungsglieder (63 - 68) enthält, die jeweils mit der Impulsstufe (7) und einer Ausgangsleitung des weiteren Speichers (62) verbunden sind.

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