DE3015109C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wechselrichtersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (US-PS 41 39 885).

Bei Stromrichtern mit einer Brückenschaltung aus steuerbaren Ventilen (Thyristoren od. dgl.) zum Umformen von Gleich­ strom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in Gleichstrom können als "Durchschuß" bezeichnete Kommutierungsfehler auftreten, wenn ein oder mehrere Thyristoren nicht zur rich­ tigen Zeit sperren. Es gibt für Durchschüsse viele Ursachen, aber in allen Fällen kann der Thyristorstrom nicht auf einen Wert abnehmen, bei dem der Thyristor zu leiten aufhört. Die Auswirkungen des Durchschusses ändern sich mit dem ver­ wendeten Stromrichtertyp. Spannungsquellen müssen bei einem Durchschuß im allgemeinen abgeschaltet werden. In einer Stromquelle gibt es dagegen bei einem Durchschuß von kurzer Dauer gewöhnlich keine nachteilige Auswirkung. Viele Systeme enthalten Schutzeinrichtungen, die einen Durchschuß erkennen und korrigierend eingreifen sollen, wenn dieser bevorsteht oder bereits erfolgt ist. Der schützende Eingriff kann auf vielfältige Weise erfolgen, wobei der Endzweck aber immer darin besteht, den Thyristorstrom auf einen Punkt zu ver­ ringern, wo der Thyristor zu leiten aufhört. Die Form des besonderen Systems wird häufig in großem Ausmaß durch die Art der Umformerbrücke und deren Steuerung und/oder durch die Art der Belastung selbst festgelegt. Viele derartige Schutzanordnungen sind sehr kompliziert und damit teuer.

Das gilt insbesondere in Systemen mit Vorgriffsanordnungen, die einen beginnenden Durchschuß zu erkennen und Gegen­ maßnahmen ergreifen sollen, bevor der Durchschuß tatsäch­ lich erfolgt. In anderen Anwendungsfällen sind jedoch die Kosten einer solchen Anordnung nicht gerechtfertigt, da das Vorhandensein eines nicht dauerhaften Durchschusses unschädlich ist. Beispielsweise beeinflussen in großen Motorantrieben, die wegen ihrer Trägheit eine relativ große Ansprechzeit haben, vorübergehende Durchschüsse, die inner­ halb eines Teils des Zyklus korrigiert werden, die Gesamt­ systemleistungsfähigkeit nicht ernstlich oder nachteilig.

Bei einem aus der US-PS 41 39 885 bekannten Wechselrichter­ system der eingangs definierten Gattung wird das zweite stromproportionale Rückführungssignal am Eingang der Gleich­ stromquelle erzeugt. Dieses bekannte System spricht deshalb auf gewisse Vorgänge in der Gleichstromquelle und im Wechsel­ richter unvollkommen bzw. überhaupt nicht an. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten, einen Durchschuß von an sich möglichen Differenzen zwischen den beiden stromproportionalen Rückführungssignalen aufgrund sonstiger Ursachen, die keinen Fehler bedeuten müssen, zu unterscheiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beispiels­ weise für einen Wechselstrommotorantrieb geeignetes Wechsel­ richtersystem zu schaffen, das zuverlässiger als bisher auf einen Durchschuß oder ähnliche Kommutierungsfehler anspricht und hierbei bei niedrigem Betriebsstrom auf kleinere Differenzen zwischen den beiden stromproportionalen Rückführungssignalen reagiert als bei hohem Betriebsstrom.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeich­ nete Wechselrichtersystem gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, durch Bildung eines richtigen Verhältnisses von leicht erhältlichen Rückführungssignalen für eine wirksame und schnelle Fehlererkennung und -korrektur in dem gesamten Bereich von Betriebszuständen zu sorgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das bekannte Grundschaltbild eines Wechsel- oder Gleichrichters mit gesteuerten Halbleiter­ ventilen (Thyristoren);

Fig. 2 einen an sich bekannten gesteuerten Wechsel­ richter, der bei dem hier beschriebenen System verwendet werden kann;

Fig. 3 ein Schaltbild der Erfindung in ihrer bevorzug­ ten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Diagramm, das ein bekanntes Verfahren der Durchschußerkennung zeigt; und

Fig. 5 ein Diagramm, wie es sich bei der Erfindung ergibt.

Fig. 1 zeigt die grundlegende Form einer dreiphasigen Wechsel- oder Gleichrichtereinheit 10. Die Einheit 10 hat Gleichstrom­ sammelschienen 11 und 12, an denen die Gleichspannung ent­ weder abgegeben oder empfangen wird. Ebenso liefern oder empfangen Wechselstromsammelschienen 13 Wechselstromener­ gie, je nach der Umformrichtung. Die grundlegende Umform­ einheit besteht aus sechs Thyristoren 14 bis 19, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Bekanntlich be­ wirkt, wenn Gleichstrom den Sammelschienen 11 und 12 zuge­ führt wird, das geeignete Zünden oder Leitendmachen der Thyristoren der Brücke, daß eine Wechselspannung an den Sammelschienen 13 erscheint. Umgekehrt, wenn ein Wechsel­ strom den Sammelschienen 13 zugeführt wird, kann durch ge­ eignete Steuerung der Thyristoren 14 bis 19 der Brücke die Größe der an den Sammelschienen 11 und 12 erscheinen­ den Gleichspannung gesteuert werden. Diese Steuerung wird normalerweise durch die sogenannte "Phasensteuerung" er­ zielt, die auf das Leitendmachen der Thyristoren der Brüc­ ke zu einem variablen Zeitpunkt innerhalb der angelegten Wechselspannungssinuswelle hinausläuft und durch die die Aus­ gangsspannung verändert wird.

Fig. 2 zeigt die grundlegende Form eines typischen gesteu­ erten Wechselrichters, der eine Leistung mit veränderli­ chem Strom und veränderlicher Frequenz an eine Belastung abgibt. In Fig. 2 wird eine veränderliche Gleichspannung (und somit ein veränderlicher Gleichstrom) über Sammel­ schienen 21 und 22 (von denen erstere eine Drossel 23 ent­ hält) an die insgesamt mit 20 bezeichnete Wechselrichter­ schaltung angelegt, die ihrerseits eine veränderliche elek­ trische Leistung an eine Belastung 26 abgibt, welche, wie dargestellt und wie häufig der Fall, ein Wechselstrominduk­ tionsmotor sein kann. Die Wechselrichterschaltung 20 be­ steht in der dargestellten dreiphasigen Ausführungsform aus sechs Thyristoren 30 bis 35, welche in einer Grundbrücken­ schaltung angeordnet sind. Die Thyristoren 30, 31 und 32 bilden den grundlegenden Teil dessen, was üblicherweise als die positive Hälfte der Brücke betrachtet wird, während die Thyristoren 33, 34 und 35 den grundlegenden Teil der negativen Seite der Wechselrichterbrücke bilden. Die in Fig. 2 gezeigte Brücke hat drei Zweige, wobei der erste Zweig die Thyristoren 30 und 33 und weiter zwei in Reihe geschaltete Dioden 36 und 39 enthält. In gleicher Weise enthält der zweite Zweig die Thyristoren 31 und 34 und zwei in Reihe geschaltete Dioden 37 und 40, während der dritte Zweig die Thyristoren 32 und 35 und in Reihe ge­ schaltete Dioden 38 und 41 enthält. Kommutierungskondensa­ toren sind zwischen jedes Diodenpaar geschaltet. Das heißt ein erster Kommutierungskondensator 44 ist zwischen die Kathoden der Thyristoren 30 und 31 geschaltet, während ein Kondensator 45 zwischen die Kathoden der Thyristoren 31 und 32 geschaltet ist. Der dritte Kommutierungskondensa­ tor 46 in dem positiven Teil der Wechselrichterschaltung ist zwischen die Kathoden der Thyristoren 30 und 32 ge­ schaltet. In gleicher Weise sind Kommutierungskondensato­ ren 47, 48 und 49 zwischen Paare der Anoden der Thyristo­ ren 33, 34 und 35 geschaltet. Das Durchschalten (Leitend­ machen) der Thyristoren 30 bis 35 der grundlegenden Wech­ selrichterschaltung 20 ist eine Funktion von Steuersigna­ len, die an die Steuerelektroden derselben über geeignete Leitungen angelegt werden, die Signale führen, welche aus einer in Fig. 2 nicht gezeigten Steuerschaltung stammen.

Fig. 3 zeigt die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausfüh­ rungsform. Gemäß Fig. 3 ist eine steuerbare Gleichstrom­ quelle 50 vorgeshen, die von dem grundlegenden Typ sein kann, der mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben worden ist. Demnach wird die veränderliche Gleichstromquelle 50 aus einer durch Leitungen L ₁, L ₂ und L ₃ dargestellten Wechsel­ stromquelle gespeist. Die Steuerung der Quelle 50 erfolgt über geeignete Eingangsleitungen 52 von einer Gleichstrom­ quellensteuerschaltung 54 aus. Die Art der Gleichstromquellensteuer­ schaltung 54 wird selbstverständlich von dem Typ der Gleichstromquelle 50 abhängig sein. In dem Fall beispielsweise, in welchem die Quelle 50 von dem in Fig. 1 gezeigten Typ ist, sind die Leitungen 52 zu den Steuer­ elektroden führende Leitungen und die Gleichstromquellensteuer­ schaltung 54 könnte eine Rampen- und Sockel (ramp and pe­ destal)-Steuerung sein, so daß die Quelle 50 ein veränderbares Ausgangssignal gemäß dem Wert eines Eingangssi­ gnals auf einer Eingangsleitung 56 der Steuerschaltung 54 abgibt. (Es ist selbstverständlich klar, daß andere Arten von Gleichspannungs- oder Gleichstromquellen benutzt werden können, solange sie auf ein Eingangssteuersignal anspre­ chen und gemäß diesem einstellbar sind.) Die veränderliche Gleichstromquelle 50 ist mit einer dreiphasigen Wechsel­ richterschaltung 58 über einen Gleichstromzwischenkreis verbunden, der Leiter 60 und 62 und eine Drossel 64 sowie einen einen geringen Widerstandswert aufweisen­ den Shunt 66 aufweist. Die Wechselrichterschaltung 58 ist vorzugs­ weise ein gesteuerter Wechselrichter, wie er mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben worden ist, und steht unter der Steue­ rung von geeigneten Steuersignalen, die über Leitungen 68 geliefert werden und aus einer Wechselrichtersteuerschaltung 70 stammen. Die Wechselrichtersteuerschaltung 70 empfängt einen Steuerbefehl oder ein Steuersignal über eine Eingangslei­ tung 72. Wenn angenommen wird, daß die Wechselrichterschaltung 58 von dem weiter oben beschriebenen Typ ist, dienen die Si­ gnale auf der Leitung 68 zum Durchschalten der Thyristoren der Wechselrichterbrücke, um eine Ausgangsleistung über Leitungen 74 an eine geeignete Belastung abzugeben, die als ein Motor 76 dargestellt ist. Die genaue Art der Steuerschal­ tung 70 ist nicht von großer Bedeutung für die Erfindung, in einem typischen System könnte sie aber einen Ringzähler enthalten, der mit Impulsen aus einer geeigneten Quelle, wie einem spannungsgeregelten Oszillator, versorgt wird, welche als ein Eingangssignal ein Spannungssignal auf der Leitung 72 empfängt, das die Sollbetriebsfrequenz der Wech­ selrichterschaltung 58 darstellt oder zu dieser proportional ist. Jeweils einen geringen Widerstandswert aufweisende Shunts 80 sind jeweils in den Leitungen 74, die dem Motor 76 elektrischen Strom zuführen, für im folgenden erläuterte Zwecke angeordnet.

Gemäß dem hier beschriebenen System wird ein erstes Stromrückführungssi­ gnal geliefert, das in Fig. 3 mit I _DC bezeichnet ist und von dem in dem Gleichstromzwischenkreis angeordneten Shunt 66 stammt. Der Shunt 66 hat, wie weiter oben erläutert, einen niedrigen Wert und wird deshalb eine Spannung bil­ den, die zu dem Wert des in diesem Gleichstromzwischen­ kreis fließenden Stroms proportional ist. Diese Spannung wird über irgendeine geeignete Gleichstromtrennschaltung 82 abgegriffen, so daß an deren Ausgang (Leitung 86) das Rückführungssignal I _DC erscheint, bei dem es sich um ein Signal handelt, dessen Wert zu dem Strom in dem Gleich­ stromzwischenkreis proportional ist.

Das zweite Rückführungssignal, das in dem System benutzt wird, ist ebenfalls ein Stromrückfüh­ rungssignal, welches mit I _M bezeichnet ist und einen zu dem Belastungsstrom (Motorstrom) proportionalen Wert hat. Zu diesem Zweck sind die drei Shunts 80 in den Leitungen 74 so angeordnet, daß an den drei Shunts Spannungssignale gebil­ det werden, die zu den in diesen Leitungen fließenden Augen­ blickströmen proportional sind. Diese Signale werden an ei­ ne geeignete dreiphasige Gleichrichterbrücken- und Trenn­ schaltung 84 angelegt, deren Ausgangssignal das Signal I _M (Leitung 88) ist.

Die normale Schaltungstheorie würde besagen, daß, wenn das System, das den Motor speist, richtig arbeitet, die beiden Signale I _DC und I _M gleich sind, sofern eine geeignete Kom­ pensation für verschiedene Schaltungsverluste vorgenommen worden ist. Dieselbe Theorie würde besagen, daß, wenn ein Kommutierungsfehler oder ein Durchschuß in dem Wechselrich­ ter auftritt, der Strom I _DC durch den Wechselrichter neben­ geschlossen und den Motor umgehen würde. Das Signal I _M würde bestrebt sein, auf null mit einer Geschwindigkeit abzufallen, die weitgehend von dem gesamten induktiven Blindwiderstand des Belastungskreises abhängig ist. Der Durchschuß könnte somit erkannt werden, indem die Dif­ ferenz zwischen I _DC und I _M abgefühlt wird. Diese normale Theorie ist grundsätzlich richtig und wird bei der Erfin­ dung angewandt. Es sei jedoch angemerkt, daß es in vielen Systemen erwünscht ist, in dem Motor zu allen Zeiten ei­ nen kleinen Strom am Fließen zu halten, selbst wenn der Motor sich nicht dreht (Leerlaufzustand oder idle condition), so daß in dem Motor ein Fluß aufrechterhalten wird, um eine kürzere An­ sprechzeit zu gewährleisten. Wenn ein Durchschuß im Leer­ lauf auftritt, würde deshalb, weil der dem Signal I _DC ensprechende Strom einen sehr kleinen Wert haben kann, eine relativ kleine Diffe­ renz zwischen dem I _DC -Stromrückführungssignal und dem I _M - Stromrückführungssignal vorhanden sein. Diese kleine Dif­ ferenz zwischen I _DC und I _M braucht jedoch nicht in allen Fällen einen Durchschuß zu bedeuten, da es sich gezeigt hat, daß, wenn der Wechselrichter bei höheren Frequenzen betrieben wird, die Differenz zwischen den beiden Rückfüh­ rungssignalen I _DC und I _M während des richtigen Betriebes an­ steigt. Das hat seinen Grund darin, daß die Kommutierungs­ kondensatoren in der gesteuerten Wechselrichterschaltung beginnen, einen Teil des Stroms I _DC zu absorbieren, der dann nicht in die Motorbelastung geschaltet wird. Das ist eine Erscheinung, die mit zunehmender Betriebsfrequenz stärker wird.

Somit kann ein Durchschuß erkannt werden, indem eine Dif­ ferenz zwischen I _DC und I _M abgefühlt wird, wobei aber die Erkennung für kleine Differenzen unempfindlich sein muß, die bei einem Betrieb des Wechselrichters mit hoher Fre­ quenz auftreten. Wenn jedoch der gewünschte Betriebsstrom des Motors sehr klein ist, wie es im Stillstand ("Ruhe- oder Leer­ lauf"-Betrieb) der Motoren der Fall sein kann, wird ein Durch­ schuß, der auftritt, bewirken, daß der Strom I _M auf null abfällt, wobei aber die Differenz zwischen den Signalen I _DC und I _M sehr klein sein kann. Um in diesem Fall einen Durchschuß feststellen zu können, muß der Detektor für sehr kleine Differenzen von I _DC und I _M empfindlich sein. Zur Berücksichtigung des Zustandes mit hoher Drehzahl und des Ruhe- oder Leerlaufzustandes mit niedrigem Strom muß der Durch­ schußdetektor in der Lage sein, zwischen den Werten der Strom­ differenz in diesen beiden grundsätzlichen Betriebszustän­ den zu unterscheiden.

Das wird gemäß der Erfindung erreicht, indem mit Rückfüh­ rungssignalen I _DC und I _M begonnen wird, die während norma­ ler Betriebszustände ungefähr gleich sind, und indem diese beiden Signale mit einem festen relativen Prozentsatz oder mit einem festen Verhältnis verknüpft (z. B. verglichen) werden, wodurch an dem Vergleichspunkt das I _M -Rückführungs­ signal unter diesen normalen Bedingungen größer als das I _DC -Rückführungssignal erscheint. Vorzugsweise wird außer­ dem eine Rauschbereichsvorspannung addiert, um das System stabil zu machen.

Die bevorzugte Ausführungsform zum Erzielen dieser Funk­ tion ist in Fig. 3 gezeigt. Das I _DC -Signal, das auf der Leitung 86 erscheint, liegt über einen Eingangswiderstand 90 als ein Eingangssignal an dem invertierenden Eingang (Knotenpunkt 104) eines als Vergleichsschaltung dienenden Operationsver­ stärkers 92 an, dessen nichtinvertierender Eingang über ei­ nen Widerstand 94 mit Masse verbunden ist. Für die Zwecke dieser Darstellung wird angenommen, daß das I _DC -Signal, das von der Gleichstromtrennschaltung 82 geliefert wird, ein negatives Signal ist, dessen Absolutgröße sich direkt pro­ portional zu der Größe des Gleichstroms ändert, der durch den Shunt 66 abgefühlt wird, wie es weiter oben erläutert wurde (eine gleich zuverlässige, bekannte Methode des Ab­ fühlens eines Gleichstroms besteht darin, das Gleichstrom­ signal mittels Stromwandlern zu bilden, die in den Lei­ tungen L ₁, L ₂ und L ₃ angeordnet sind). Das zweite Strom­ rückführungssignal, das zu dem Motorstrom I _M proportional ist, erscheint auf der Leitung 88 als ein positives Si­ gnal und bildet ein zweites Eingangssignal an dem inver­ tierenden Eingang des Verstärkers 92 über einen geeigneten Eingangswiderstand 96. Der Absolutwert des I _M -Signals wird, wie weiter oben erwähnt, unter normalen Betriebsbe­ dingungen in derselben Größenordnung wie der Absolutwert des Signals I _DC liegen und normalerweise etwas kleiner sein, und das Ausmaß der Differenz ist von dem Betriebszu­ stand der Belastung oder des Motors 76 abhängig. Wenn ein Durchschuß oder ein Kommutierungsfehler vorhanden ist, wird diese Differenz beträchtlich größer sein. Das Refe­ renz- oder Vorspannungssignal, das weiter oben erwähnt wurde, wird von einer geeigneten Quelle geliefert, die als ein Potentiometer 108 dargestellt ist, das zwischen eine Quelle positiven Potentials und Masse geschaltet ist. Die Einstellung eines Schleifarms 109 des Potentiometers 108 legt den Wert des Vorspannungssignals fest, und dieses Si­ gnal wird über eine Leitung 102 und einen Widerstand 100 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 92 an dem Kno­ tenpunkt 104 angelegt.

Gemäß der Erfindung erscheinen die beiden Rückführungssi­ gnale I _DC und I _M , was die folgende Beschreibung (einschließ­ lich der folgenden Erläuterung der Fig. 4 und 5) noch deut­ lich zeigen wird, an dem Knotenpunkt 104 und damit an dem invertierenden Eingang des Verstärkers 92 mit einem festen Prozentsatz oder Verhältnis in bezug aufeinander. Ein typisches Verhältnis von I _DC zu I _M würde 7 zu 10 sein (d. h. I _DC würde 70% der Auswirkung von I _M bei Signalen der­ selben Größe haben). Das wird in der Darstellung von Fig. 3 erreicht, indem die Widerstände 90 und 96 in umgekehr­ tem Verhältnis bemessen werden. Das heißt, wenn beispiels­ weise der Widerstand 96 einen Wert von 70 Ohm hat, hat der Widerstand 90 einen Wert von 100 Ohm. Das Ausgangssignal des Verstärkers 92 wird daher seinen Zustand in Abhängig­ keit von dem Prozentsatz der Differenz zwischen den beiden Rückführungssignalen und nicht in Abhängigkeit von der Absolutgröße dieser Differenz ändern.

Beispielsweise sei für den Augenblick das Rauschbereichsvorspannungs­ signal außer Betracht gelassen und angenommen, daß ein nor­ maler Betriebszustand herrscht, in welchem der volle Nenn­ strom in dem System vorhanden ist und zu einem I _DC -Signal von (-) 100 Einheiten und einem I _M -Signal von (+) 100 Ein­ heiten führt. An dem Knotenpunkt 104 wird der Strom I _DC als (-) 70 Einheiten und der Strom I _M als (+) 100 Einheiten erscheinen, was eie Differenz von (+) 30 Einheiten aus­ macht, und das Ausgangssignal des Verstärkers 92 wird ne­ gativ sein. Es sei nun angenommen, daß ein Durchschußzu­ stand in dem Wechselrichter vorhanden ist, welcher der Ein­ fachheit halber nicht den Gleichstromzwischenkreisstrom be­ einflußt, sondern einen plötzlichen Abfall in dem Bela­ stungsstrom und damit in dem I _M -Rückführungssignal verur­ sacht. Sobald der Strom I _M um mehr als 30 Einheiten ab­ fällt, beispielsweise auf (+) 69 Einheiten, wird in diesem Beispiel die Gesamtspannung an dem Knotenpunkt 104 negativ sein und der Verstärker wird sein Ausgangssignal auf den positiven Zustand umschalten, um die im folgenden zu be­ schreibende Abhilfemaßnahme einzuleiten.

Als zweiter Teil dieses Beispiels sei nun angenommen, daß das System in einem Betriebszustand mit sehr niedriger Lei­ stung ist und daß die beiden Rückführungssignale I _DC und I _M (-) 10 Einheiten bzw. (+) 10 Einheiten betragen. Aus vor­ stehenden Darlegungen ist zu erkennen, daß ein Abfall von 3 Einheiten in I _M keine Änderung in dem Ausgangssignal des Verstärkers 92 auslösen wird. Daher ist das gewünschte Ziel erreicht worden, das niedrige Differenzen bei niedrigen Be­ triebswerten und hohe Differenzen bei hohen Betriebswerten verlangt.

In dem Beispiel ist bis hierher das Referenz- oder Vorspan­ nungssignal, das über den Widerstand 100 angelegt wird, außer Betracht gelassen worden. Aus vorstehenden Erläute­ rungen ist zu erkennen, daß, wenn sich der Systemstrom dem Wert null nähert, die erforderliche Differenz zum Hervor­ rufen einer Änderung in dem Ausgangssignal des Verstärkers 92 sich ebenfalls null nähert. Da kein System der hier be­ schriebenen Art frei von unregelmäßigen Abweichungen auf­ grund von Temperaturänderungen, Alterung, usw. ist und da insbesondere keine in einer praktischen Ausführungsform ge­ gen elektrisches Rauschen und andere Einschwing- und Aus­ gleichsvorgänge immun ist, ist klar, daß ein gewisser Spiel­ raum erwünscht ist, um einen "gestörten" Betrieb des Korrek­ tursystems zu verhindern. Das ist die Funktion des Vor­ spannungssignals. Dadurch, daß diesem Vorspannungssignal ein konstanter positiver Wert gegeben wird, ist selbst bei einem Systemstrom von null eine endliche Differenz erfor­ derlich, um den Ausgangszustand des Verstärkers 92 umzu­ schalten. Da das Vorspannungssignal eine Konstante ist, wird dessen Auswirkung bei höhren Betriebsleistungswerten rela­ tiv gering sein. Der Wert des Vorspannungssignals ist von den Systemkomponenten und Betriebserfordernissen abhängig; ein zu verwendender typi­ scher Wert beträgt z. B. 5% des vollen Systemnennwertes. In dem obigen Beispiel, das zu einem I _M -Signal von (+) 100 Ein­ heiten an dem Knotenpunkt 104 führt, wird das Vorspannungs­ signal diesem Knotenpunkt (+) 5 Einheiten zuführen. Das än­ dert dann die Differenzen, die in den obigen Beispielen er­ forderlich sind, von 30 und 3 auf 35 und 8.

Die Fig. 4 und 5 zeigen graphisch ein bekanntes System bzw. das System nach der Erfindung. In beiden Fällen bildet der Gleichstromzwischenkreisstrom I _ZK die Abszisse, während die an einem Summierpunkt erscheinenden Signaleinheiten die Ordinate bilden. Außerdem sind in beiden Fällen sämtliche Signale zum leichteren Verständnis im positiven Sinne ge­ zeigt worden. Es wird vorausgesetzt, daß Fig. 4, die das bekannte System veranschaulicht, aus einer physikalischen Anordnung ähnlich der in Fig. 3 gezeigten gewonnen worden ist, aber ohne die Verhältnisbemessung der Signale, die gemäß der Erfindung erfolgt. Zur Erleichterung des Ver­ gleiches werden die dem erfindungsgemäßen System entspre­ chenden Bezeichnungen jeweils mit einem hochgesetzten Strich benutzt. In Fig. 4 zeigt die Linie I _DC ′/R ₉₀′ die Einheiten­ zunahme an dem Knotenpunkt mit einer Zunahme des Zwischen­ kreisstroms. Eine konstante Versetzung oder Vorspannung wird durch den vertikalen Abstand I _B ′/R ₁₀₀′ veranschaulicht. Die Linie I _M ′/R ₉₆′ + I _B ′/R ₁₀₀′ stellt die Summe der Einheiten aus der Vorspannung und dem Wechselrichterausgangsstrom dar, die, wie gezeigt, mit dem Zwischenkreisstrom und parallel zur Linie I _DC ′/R ₉₀′ ansteigt. Da die Vorspannung ausreichend groß sein muß, um Rauschauswirkungen bei allen Betriebswer­ ten zu unterdrücken, und da diese Auswirkungen bei hohen Leistungswerten zeimlich groß sein können, muß der Abstand oder der Spielraum zwischen den Linien (d. h. der Vorspan­ nungswert) ziemlich groß sein. Das ist bei niedrigen Lei­ stungswerten kein erwünschtes Merkmal, da bei diesen niedri­ geren Rückführungssignalwerten das Rauschen zu niedrigen Werten tendiert. Wenn in dieser Darstellung ein Durchschuß auftritt, der das I _M ′-Signal verringert, könnte die obere Linie auf der vertikalen Skala abfallen, und wenn sie unter die I _DC ′/R ₉₀′-Linie fällt, ändert der Verstärker seinen Aus­ gangszustand.

Fig. 5 zeigt im Vergleich mit Fig. 4 deutlich die Vorteile der Erfindung. Zuerst sei die Divergenz der beiden Linien be­ achtet, wenn der Gleichstromzwischenkreisstrom zunimmt. Das ist, wie weiter oben erwähnt, auf das Prozentsatz- oder Ver­ hältnismerkmal der Erfindung zurückzuführen. Es sei außerdem beachtet, daß das Vorspannungssignal I _B /R ₁₀₀ nicht so groß zu sein braucht, da die Divergenz des Systems automa­ tisch einen breiteren "Spielraum" bei höheren Leistungs­ werten liefert, bei denen das Rauschen größere Werte haben kann. Durch das Verhältnismerkmal ist die Erfindung somit in der Lage, genauer auf Fehlerzustände bei niedrigen Lei­ stungswerten anzusprechen und trotzdem einen ausreichen­ den Spielraum bei hohen Leistungswerten beizubehalten, so daß scheinbare Fehler aufgrund von Faktoren, wie elektri­ schem Rauschen, usw., vermieden werden.

Fig. 3 zeigt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 92 als ein Eingangssignal an einem Funktionsgenerator 112 ange­ legt wird, der in der bevorzugten Ausführungsform ein nega­ tives Sägezahnwellenausgangssignal liefert. Das heißt, auf ein positives Eingangssignal aus dem Verstärker 92 hin, das einen Durchschußzustand anzeigt, fällt das Ausgangssi­ gnal des Generators 112 (Leitung 113) plötzlich von seinem Ruhewert ab und beginnt dann langsam wieder auf seinen Ruhe­ wert anzusteigen. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 112 wird als ein Eingangssignal an ein Minimalwertgatter 114 angelegt, an das außerdem das normale Steuersignal (Leitung 115) für die steuerbare Gleichstromquelle angelegt wird. Das Minimalwertgatter 114 kann von irgendeiner geeigneten Form sein, beispielsweise zwei parallel geschaltete Dioden enthalten, von denen jede eines der Signale auf den Leitungen 115 und 113 empfängt und deren Anoden über einen Widerstand mit ei­ nem positiven Potential verbunden sind, so daß das Ausgangs­ signal des Minimalwertgatters 114, das auf der Leitung 56 erscheint, negativer oder kleiner als dessen beide Eingangs­ signale ist. Da die Gleichstromquellensteuerschaltung 54 auf den Wert seines Eingangssignals auf der Leitung 56 anspricht und da die Steuerschaltung 54 bewirkt, daß die variable Gleich­ stromquelle 50 auf ein negativeres Signal hin eine kleinere Ausgangsspannung abgibt, ist zu erkennen, daß durch richti­ ges Bemessen der Werte der Signale auf den Leitungen 113 und 115, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 92 einen Fehler- oder Durchschußzustand anzeigt, das Minimalwertgatter 114 die Steuerung auf das Signal aus dem Funktionsgenerator 112 (Leitung 113) überträgt, um auf diese Weise die von der Gleichstromquelle 50 abgegebene Spannung zu verrin­ gern und so den Strom in dem Gleichstromzwischenkreis auf null zu verringern. Die Verringerung des Gleichstromzwi­ schenkreisstroms, der zu der Wechselrichterschaltung 58 fließt, bewirkt eine entsprechende Verringerung des Wech­ selrichterstroms auf null und gestattet dem unrichtig lei­ tenden Thyristor der Wechselrichterschaltung, das Leiten zu beenden.

Das normale Steuersignal auf der Leitung 115 ist das Aus­ gangssignal eines Summierpunktes 116, der als ein Ein­ gangssignal das negative I _DC -Signal (Leitung 86′) empfängt, um eine Stromrückführungsschleife zu bilden, und als ein zweites Eingangssignal ein positives Signal aus einer ge­ eigneten Steuereinrichtung 117, die durch eine Bedienungs­ person zu betätigen ist. Die Steuereinrichtung 117 wird so eingestellt, daß die gewünschte Systemleistung erzielt wird, und liefert ein Signal T*, das zu dem Sollausgangs­ drehmoment des Motors proportional ist.

Es ist somit zu erkennen, daß ein System zur Korrektur ei­ nes Kommutierungsfehlers oder Durchschusses geschaffen wor­ den ist, das durch Bildung des richtigen Prozentsatzes oder Verhältnisses von leicht erhältlichen Rückführungssignalen für eine wirksame und schnelle Fehlererkennung und -kor­ rektur in dem gesamten Bereich von Betriebszuständen sorgt.

Beispielsweise ist zwar eine Be­ lastung in Form eines Motors gezeigt. Die Erfindung ist jedoch allgemein bei Systemn anwendbar, in denen unge­ achtet des Belastungstyps eine Änderung im Betriebsbela­ stungszustand auftritt. Wenn andere Typen von Belastungen benutzt werden, kann es offensichtlich erforderlich sein, andere Formen der Zustandsabfühlung zu benutzen. Es ist außerdem zu erkennen, daß die spezifischen Verhältniswerte und der Relativwert für das Vorspannungssignal in Überein­ stimmung mit der Gesamtsystemauslegung und den gewünschten Betriebsmerkmalen geändert werden können.

Claims (7)

1. Wechselrichtersystem (50, 58) zum Abgeben von elektri­ scher Leistung an eine Belastung (76) mit gesteuerter Spannung, gesteuertem Strom und gesteuerter Frequenz,
mit einer steuerbaren Gleichstromquelle (50) zum Liefern eines Ausgangsgleichstroms;
mit einer Wechselrichterschaltung (58), die den Ausgangs­ gleichstrom empfängt und einen Ausgangswechselstrom mit ge­ steuerter Frequenz, gesteuerter Spannung und gesteuerter Stromstärke an die Belastung (76) abgibt;
mit einem Gleichstromzwischenkreis (60, 62, 64), welcher den Ausgangsgleichstrom der Gleichstromquelle (50) der Wechsel­ richterschaltung (58) zuführt;
mit einer Schaltungsanordnung (66, 80, 82, 84, 88, 92, 96, 104) zum Erkennen eines Kommutierungsfehlerzustandes in der Wechselrichter­ schaltung (58),
die eine Einrichtung (66, 82) zum Erzeugen eines ersten Rück­ führungssignals (I _DC ), das zu der Größe des Gleichstroms im Gleichstromzwischenkreis (60, 62, 64) proportional ist,
Einrichtungen (80, 84) zum Erzeugen eines zweiten, zur Größe eines weiteren Stromes proportionalen Rückführungssignals (I _M )
sowie eine Vergleichsschaltung (92) enthält, die die beiden stromproportionalen Rückführungssignale (I _DC , I _M ) empfängt und bei einer unzulässigen Abweichung der Rückführungssignale voneinander im Fehlerfall ein Korrektursignal erzeugt;
und mit einer Steuereinrichtung (112, 114, 54) zum Steuern des Ausgangs­ gleichstroms der Gleichstromquelle (50) und zu dessen Ver­ ringerung aufgrund des der Steuereinrichtung (112, 114, 54) zugeführten Korrektursignals,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Rückführungssignal (I _M ) zu der Größe des Aus­ gangswechselstroms der Wechselrichterschaltung (58) proportional ist,
und daß die Vergleichsschaltung (92) die beiden Rückführungs­ signale (I _DC , I _M ) in einem von eins verschiedenen, festen Verhältnis in bezug auf deren Absolutgrößen vergleicht.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (90, 96) zum Bilden des Verhältnisses des ersten Rückführungssignals (I _DC ) zu dem zweiten Rückführungs­ signal (I _M ) von ungefähr 7 : 10.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (92) einen Operationsverstärker enthält und daß das erste und das zweite Rückführungssignal (I _DC , I _M ) als Eingangs­ signal des Operationsverstärkers vorgesehen sind.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (112, 114, 54) einen Funktionsgenerator (112) zum Erzeugen eines insbesondere sägezahnförmigen Steuerimpulses sowie ein Minimal­ wertgatter (114) zum wahlweisen Anlegen des Korrektursignals oder einer Führungsgröße (über 115) an die Steuerschaltung (54) der Gleichstromquelle (50) enthält.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Vorspannungs­ vorrichtung (100) zum Abgeben eines Vorspannungssignals an die Vergleichsschaltung (92), durch das die Abweichung, bei der das Korrektursignal erzeugt wird, auf einem Mindest­ wert gehalten wird.

6. System nach Anspruch 2 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mindestwert ungefähr 5% des Nennstroms des Systems entspricht.

7. Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1-6 für einen Wechselstrommotor (76).