DE3306983A1

DE3306983A1 - Steuerschaltung fuer wechselrichter

Info

Publication number: DE3306983A1
Application number: DE19833306983
Authority: DE
Inventors: Ralph D Jessee
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1983-09-08
Also published as: JPH0685633B2; GB8303397D0; CA1191892A; FR2530890B1; JPS58163274A; DE3306983C2; FR2530890A1; US4443842A

Description

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Steuerschaltung für Wechselrichter

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen elektrischen Wechselrichter nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Impulsbreitenmodulierte Wechselrichter, die Gleichstrom in Wechselstrom umsetzen, erzeugen eine angenähert sinusförmige Ausgangsspannung, indem Leistungs-Polumschalter häufiger umgeschaltet werden als es der Frequenz der Sinus-Grundwelle entspricht. Bei der Konstruktion von impulsbreitenmodulierten Wechselrichtern ist es wünschenswert, die Leistungsstufe so umzuschalten, daß gewisse Harmonische einen geringen Wert aufweisen und die Filterung der Ausgangsleistung zur Erzeugung einer sinusförmigen Spannung erleichtert wird. Relativ kleine Fehler in den Schaltzeiten können harmonische Spannungen erzeugen, die ein Vielfaches größer als gewünscht sind. Dadurch werden beträchtlich größere Schaltkreisfilter erforderlich als es theoretisch zur Unterdrückung dieser Harmonische notwendig wäre.

Bei einem Transistor-Wechselrichter darf beispielsweise keine Überlappung der Impulse auftreten, wenn ein Durchschalten während des Uinschaltvorgangs verhindert werden soll. Das bedeutet, daß zur Umschaltung eines Ausgangs von einer Polarität zur anderen eine Verzögerung nach dem Abschalten des leitenden Transistors eingebaut werden muß, um sicherzustellen, daß kein leitfähiger Pfad vorhanden ist, bevor der zweite Transistor eingeschaltet wird. In vielen Fällen sind die Lastbedingungen so, daß der zweite Transistor überhaupt nicht leitet, da der Laststrom

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über eine Diode (Frcilaufdiode) als Nebenschluß fließt und dadurch die Umschaltzeit auf die Abschaltzeit des Transistors reduziert wird. Die Schaltzeit ist daher ziemlich von der momentanen Last abhängig und ebenso von den Abschaltcharakteristiken des Transistors. Wenn also das vorgeschriebene Umschaltverhalten nicht erreicht wird, ergeben sich nicht vorhersehbare Harmonische.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Steuerschaltung für Wechselrichter der eingangs genannten Art anzugeben, bei der Schaltfehler reduziert, sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Verzerrung des Ausgangssignals aufgrund von Schaltfehlern dadurch verhindert, daß die für jeden Schaltpunkt erforderliche Umschaltzeit vorhergesagt wird und mit dieser Vorhersage eine Einstellung des Beginns für jede Schaltperiode erfolgt, so daß der Umschaltvorgang zu den gewünschten.Zeitpunkten erfolgt. Im allgemeinen verfügen die Steuerschaltkreise für das Umschalten über eine Bezugswelle, die am Leistungsausgang reproduziert werden soll (sogenannter fremd geführter Wechselrichter). Die Impulse innerhalb dieser Bezugswelle sind am Ausgang der Leistungsstufe nach einem vorgewählten Zeitintervall zu reproduzieren.

Dies verzögerte Umschalten wird dadurch erreicht, daß die Umschaltzeit des Leistungspols für einen gegebenen Impuls im Ausgangszyklus gemessen und dann die gemessene Umschaltzeit vom vorgewählten Zeitintervall abgezogen wird, um eine Verzögerungszeit zu erhalten. Die Umschaltzeit für den entsprechenden Impuls

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im nächsten Ausgangszyklus wird dann zu einem Zeitpunkt eingeleitet, der um die aus dem vorhergehenden Zyklus ermittelte Verzögerungszeit hinter dem zugehörigen impuls der Bezugswelle liegt. Dieser Vorgang wird für jeden Ausgangsimpuls des Leistungspols durchgeführt. Während des eingeschwungsnsn Betriebs kann man vernünftigerweise erwarten, daß die Umschaltzeiten bei einander entsprechenden Umschaltpunkten in jedem folgenden Zyklus dieselbe Länge aufweisen. Der.Leistungspol schaltet daher nach einem vorgewählten Zeitintervall hinter den Impulsen der Bezugswelle.

Eine gemäß dieser Erfindung ausgelegte Steuerschaltung enthält Einrichtungen, mit denen die Umschaltzeit gemessen wird, Einrichtungen, mit denen der Unterschied zwischen einem vorgewählten Zeitintervall und der gemessenen Umschaltzeit bestimmt und damit eine Verzögerungszeit erhalten wird, und Einrichtungen, mit denen die Umschaltsequenz für den Leistungspol für den entsprechenden Impuls im nächstfolgenden Ausgangszyklus nach der Verzögerungszeit hinter dem entsprechenden Impuls in der Bezugswelle eingeleitet wird. Durch entsprechende zeitliche Steuerung der Umschaltfunktion können Mehrphasen-Wechselrichter durch eine einzige Steuerschaltung gesteuert werden.

Der Gleichstromgehalt des Wechselrichter-Ausgangs wird dadurch gesteuert, daß der Gleichstromgehalt abgefühlt wird, ein Ausgleichssignal erzeugt und die Impulsbreite der Ausgahgsimpulse in Abhängigkeit vom Ausgleichssignal variiert wird. Eine Schaltung, die diesen Ausgleich durchführt, enthält einen Integrator, der den Gleichstromgehalt des Ausgangs abfühlt und ein Ausgleichssignal erzeugt und einen Vergleichskreis, der das Ausgleichssignal mit .der Ausgangsspannung des Leistungspols vergleicht, die durch einen Spannungsteiler herabgesetzt und modifiziert wurde, um bestimmte Anstiegs- und Abfallzeiten aufzuweisen. Der Vergleichsschaltkreis erzeugt dann ein Signal, das

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die Phasenspannung darstellt, deren Impulsbreite entsprechend dem Gleichstromgehalt modifiziert ist. Wenn das modifizierte Signal der Phasenspannung an die Steuereinheit für das Einschalten der Leistungsstufe zurückgeführt wird, ändert diese die Breite der Leistungsimpulse, um den Gleichstromanteil aus dem Ausgangssignal zu entfernen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von

Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
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Fig. 1 eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung der Betriebsweise einer Steuereinheit für einen Wechselrichter nach der vorliegenden Erfindung;

Pig'. 2 eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung der Betriebsweise einer Steuereinheit für einen Wechselrichter nach der vorliegenden Erfindung für einen Ausgangszyklus des Wechselrichters, der dem Ausgangszyklus von Fig. 1 nachfolgt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit für einen Wechselrichter nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Prüfschaltung zur Verwendung mit einer Steuereinheit für Wechselrichter nach Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausgleichsschaltung für Gleichstromanteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung der Betriebsweise der Ausgleichsschaltung für Gleichstromanteile nach Fig. 5.

Die

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Dia in Pig. 1 dargestellten W©ll©nforman erläutern die Betriebsweise dta Verfahrens und der linriehtung zur Steuerung ©ines impulgbreit©nmeduli©rt@n Wechselrichters für ©in©n Tail ein·« ©inzif©n Ausgangsiyklua. Fig ι ¹Ih zeigt ein© ausjlmpulssn b@it@h§nd© Wa 11a P, die Teil eines B©ssugssignal§ ist, dai am Leistungsauigang des Wechselrichters rapr©duzi©rt w@rd©n eoll. Das Bezugssignal kann innerhalb der Steuerschaltung^ für dsn Wtehi©lrieht©r ©rzsügt werden (s©gtnannt©r ©igan-ftfiührtar Wtchiilrichttr) oder kann von einer externen Quell© ©mpfangen ^ 10 werden (aogtnannter fremd-geführter Weehselriehtsr). Für jeden übergang der ImpulswtlX© P ist ein fa§tes 2©itint©rvall T angegeben. Der Leistungspol§@halt@r des Wechielrichters wird gemäß dieaerSrfindung am Ende jeder Period© T geschaltet/ so daß der Ausgang des Wechselrichters das Bezugssignal roproduziert. Um ©ine ordnungsgemäß© Steuerung der Äuslösefunktion für di© Leiatungspolishiiltsr zu erhalten, muß das Zeitintervall T mindestens so lang sein wie die maximale Umschaltzeit des Leistungspols.

Die Impulswelle TS von Fig« 1B enthält eine Gesehichta der Umsehaltzeiten für jeden Umaehaltpunkt im vorhergehenden Ausgangszyklus des Washselricht©rs. Die Länge jedes Impulses.in "* der Impulswelle TS entspricht der Differenz zwischen ©iner Umschaltzeit für den Leistungspol und dem festen Zeitintervall T,

Das Steuersignal CM von Fig. 1C entspricht dom Abschluß jedes Impulses in der Impulswell© TS und wird dazu verwsndet, di© Umschaltsequenz für den Leistungspol einzuleiten. Im eingeschwungenen Betrieb kann erwartst w©rdan, daß die Umsehaltz©iten an ©inander entsprechenden Umschaltpunktsn in jedtm nachfolgenden Zyklus dieselbe Läng© aufweisen. Wenn also eine Umschalts©qu©nz nach ©in@r Verzögerung TS ©ing@l©it@t wird, dig d©m Unterichied zwischen einem festen Zeitintervall T und der Um-

ichalt

BAD ORJGfNAL

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schaltzeit des vorhergehenden Zyklus entspricht, müßte das tatsächliche Umschalten nach einem vollen Zeitintervall T erfolgen.

Die Vorrichtungen, die zur Erzielung dieses Resultats verwendet werden, sind durch die anderen Wellenformen von Fig. 1 erläutert. Ein Signal OP ist in Fig. 1D dargestellt, das die Ausgangsspannung des Wechselrichter-Pols darstellt. Die Umschaltverzögerungen D1, D2 und D3, die jedem Übergang des Steuersignals CN folgen, sind angegeben.

Die Kurve TC von Fig. 1E stellt einen Zeitmesser dar, mit dem die Umschaltzeit des Leistungspols gemessen wird. Diese Funktion kann durch einen abwärts zählenden Zähler realisiert werden, der bei einem für das feste Zeitintervall T charakteristischen Zählerstand beginnt und durch das Auftreten eines Übergangs im Steuersignal CN ausgelöst wird. Der Zählvorgang stoppt, wenn der Leistungspol umschaltet, so daß der Endstand des Zählers einer Verzögerungszeit TS entspricht, die zur Steuerung eines Impulses während des nächsten Ausgangszyklus verwendet werden soll. Dieser Zählerstand wird dann in einem Speicherelement gespeichert, beispielsweise einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder einem Schieberegister. Als Alternative kann auch ein hochzählender Zähler wie in Fig. 3 verwendet werden. In jedem Fall entspricht der maximale Zählerstand des Zählers der Länge des festen Zeitintervalls T.

Die Impulswelle W von Fig. 1F veranlaßt, daß die Daten des Zählers, die für den nächsten Ausgangszyklus benötigt werden, in ein Speicherelement eingegeben werden, beispielsweise ein Schieberegister, das die für die nächste Umschaltoperation notwendigen Daten weitergibt und anzeigt. Die Anzahl der Stufen im Schieberegister entspricht der Anzahl der Umschaltvorgänge

für INSPECTED

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für den Leistungspol in einem Ausgangszyklus des Wechselrichters, Die Impulswelle R von Fig. 1G setzt den Zähler zurück, nachdem seine Daten in das Schieberegister eingegeben wurden.
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Die Wellenformen'von Fig. 2 erläutern die Betriebsweise der Erfindung für einen Ausgangszyklus des Wechselrichters,, der den in Fig. 1 dargestellten Ausgangszyklus des Wechselrichters folgt. Der erste übergang des Steuersignals CN wird durch eine Verzögerungszeit TS1 verzögert, die im Speicherelement enthalten ist und das Umschaltverhalten des Leistungspols für den entsprechenden Impuls des vorangehenden Zyklusses entsprechend Fig. 1 wiedergibt. Im eingeschwungenen Betrieb ist zu erwarten, daß die Umschaltzeit für einen gegebenen Impuls in einem Zyklus gleich ist der Umschaltzeit für den entsprechenden Impuls im vorangehenden Zyklus. Das Ausgangssignal OP des Wechselrichters schaltet daher nach einer Verzögerung D1 hinter den ersten (Pegel-)übergang des Steuersignals CN. Dadurch entsteht eine Umschaltverzögerung, die gleich dem festen Zeitintervall T ist und dem übergang in der Impulswelle P des Bezugssignals folgt.

Im eingeschwungenen Zustand wiederholt sich dieser Vorgang für jeden Impuls im Ausgangszyklus, so daß die Summe der Verzögerung TS des Steuersignals und der Umschaltverzögerung D immer gleich dem festen Zeitintervall T entspricht. Das geht deutlich aus Fig. 2 hervor, wo (TS1+D1) ~ (TS2+D2) = (TS3+D3) = T. Die Untersuchung der Wellenformen der Fig. 1 ergibt, daß der Ausgang OP nicht nach einem festen Zeitintervall T hinter einen übergang in der Bezugsimpulswelle P umschaltet. Dies stellt das Verhalten des Schaltkreises dar, wenn unmittelbar vor dem betrachteten Punkt eine Änderung aufgetreten war. Wenn sich wieder ein eingeschwungener Zustand eingestellt hat, ist das gewünschte Zeitverhalten wieder erreicht.

Fig. 3

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Fig. 3 stellt in schematischer Weise eine Steuereinheit für die Auslösung des Leistungspols in einem Wechselrichter dar, die nach, einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Bezugssignal P und das Steuersignal CN werden an die Eingangsklemmen eines EXCLUSIV ODER-Gliedes Z3A gelegt, dessen Ausgangssignal das Verzögerungssignal TS ist. Unter der Annahme, daß der Wechselrichter schon arbeitet und sich die Last gerade vor Beginn des laufenden Zyklus geändert hat, wird ,im Speicherelement 10 der Schaltung ein logisches Wort abgespeichert, das die Länge jedes Impulses im Verzögerungssignal TS für den vorhergehenden Ausgangszyklus des Wechselrichters darstellt. In dieser Ausführungsform besteht das Speicherelement 10 aus einem Schieberegister mit den Gliedern Z5,Z6,Z7, ZS, Z9 und Z10. Zur Erläuterung soll angenommen werden, daß anfangs sowohl das Bezugssignal P als auch das Steuersignal CN beide den hohen Pegel aufweisen. Wenn P in den niederen Pegel übergeht, geht das Verzögerungssignal TS in den hohen Pegel über. Da TS über den logischen Inverter Z21 mit der Rücksetzwelle R des Zählers Z2 verbunden ist und außerdem mit dem Eingang eines UND-Gliedes Z1A, fängt Zähler Z2 an, Taktimpulse zu zählen, die von der Welle C über UND-Glied Z1A empfangen werden, so lange der Ausgang des NAND-Glieds Z19 den hohen Pegel aufweist. Die Funktion des NAND-Glieds Z19 wird unten erläutert.

Der Ausgang des Zählers Z2 stellt ein logisches Datenwort dar, das mit dem Eingang eines Vergleichsschaltkreises 20 verbunden ist, ebenso wie der Ausgang des Speicherelements 10, dessen logisches Datenwort die Länge der Verzögerungszeit des entsprechenden Ausgangsimpulses des Wechselrichters im vorhergehenden Zyklus angibt. Der Vergleichsschaltkreis enthält eine Vielzahl von EXCLUSIV ODER-Gliedern Z3C, Z3D und Z4 und eine Vielzahl von UND-Gliedern Z15, die so miteinander verbunden sind, daß ein Ausgangssignal entsteht, wenn die

Ausgangs-

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Ausgangs-Datenworte des Zählers Z2 und des Speicherelements zueinander binär komplementär werden. Handelte es sich bei dem Zähler Z13 um einen nach unten zählenden Zähler, müßte ein Vergleichsschaltkreis verwendet werden, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Datenworte des Zählers Z2 und des Speicherelements 10 einander gleich wären. Der Ausgang des Vergleichsschaltkreises ist mit einem D-Flipflop Z16 verbunden, der ein Ausgangssteuersignal CN abgibt, das mit dem Bezugssignal P übereinstimmt. Das Steuersignal CN und das Bezugssignal P stim-, <*■"*. 10 men dann am Eingang des EXCLUSIV ODER-Gliedes Z3A überein. Dadurch wird das Verzögerungssignal TS über den niederen Pegel gesetzt und somit das UND-Glied Z1A angewiesen, die übertragung von Taktimpulsen an den Zähler Z2 zu beenden.

Steuersignal CN ist mit dem Pol des Wechselrichters verbunden, wo es das Umschalten auslöst; außerdem ist es mit dem Eingang des EXCLUSIV ODER-Gliedes Z3B verbunden. Eine Vielzahl von NAND-Gliedern Z19 empfängt die Ausgangssignale PHA, PHB und PHC des Ausgangs des Wechselrichters. Die Ausgänge von Z19 sind über UND-Glied Z1C mit dem EXCLUSIV, ODER-Glied Z3B verbunden. Dadurch erzeugt EXCLUSIV ODER-Glied Z3B ein Ausgangssignal mit hohem Pegel, wenn das Steuersignal CN und die Ausgangssignale des Wechselrichters nicht übereinstimmen. Dieses Ausgangssignal mit hohem Pegel durchläuft eine Vielzahl von NOR-Gliedern Z18 und U.ND-Glied Z1B, um den Zähler Z13 zu aktivieren. Taktimpulse, die in den Zähler Z13 aus der Klemme C durch das UND-Glied Z1B gelangen, werden vom Zähler Z13 so lange gezählt, bis das Steuersignal CN und die Ausgänge des Wechselrichters übereinstimmen. Zu diesem Zeitpunkt geht ein Eingangssignal für UND-Glied Z1B in den niederen Pegel über und stoppt damit die übertragung der Taktimpulse an den Zähler Z13. Der Zähler Z13 zählt also so lange hoch, bis ein Datenwort entsteht, das die Umschaltverzögerungszeit des Leistungspolschalters im Wechselrichter darstellt,

NAND-Glied

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NAND-Glied Z12 empfängt Eingangssignale von allen Ausgangs-Datenleitungen des Zählers Z13, mit Ausnahme von einer, und erzeugt ein Ausgangssignal mit niederem Pegel,, wenn alle außer der niedrigststelligen Datenstellungen in den hohen Pegel übergehen. Dann wird die Übertragung von Taktimpulsen durch UND-Glied Z1B unterbrochen und damit auch der Zählvorgang im Zähler Z13 bei einem Zählstand von einem unterhalb seinem Maximalwert, der der Länge des festen Zeitintervalls T entspricht. Damit wird sichergestellt, daß der Zähler Z13 nicht über seinen Maximalstand hinauszählt und wieder bei Null beginnt.

Wenn der Ausgang des Wechselrichters und Steuersignal CN übereinstimmen, geht der Ausgang des Gliedes ZI8 in'den niederen logischen Pegel über. Dieses Signal gelangt über den logischen Inverter Z20 zur monostabilen Kippschaltung (MonoFlop) Z14A. Der Ausgang Q des Mono-Flops Z14A ist üiit dem Speicherelement 10 verbunden und verursacht dieses, die vorhandenen Daten in die nächste Zelle zu schieben und die neuen Daten vom Zähler Z13 zu speichern. Der Ausgang φ des Mono-Flops Z14A ist mit dem Eingang des Mono-Flops Z14B verbunden, der ein Ausgangssignal Q abgibt, um den Zähler Z13 zurückzusetzen, wenn der Mono-Flop Z14A wieder zurückgeschaltet hat und so eine zeitliche Verzögerung ergibt, mit der die Verschiebung des Speichers 10 erfolgen kann, bevor der Zähler Z13 zurückgesetzt wird.

Die Eingänge eines NOR-Gliedes Z11 sind mit jedem Ausgang des Zählers Z13 verbunden und liefern ein Ausgangssignal mit hohem Pegel an den Koppelschaltkreis 30, wenn der Ausgang des Zählers Z13 nur aus Nullen besteht. Wenn der Zähler Z13 anfängt zu zählen, geht das NOR-Glied Z11 in den niederen logischen Pegel über und bewirkt, daß Mono-Flop Z17A an seinem

Ausgang

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Ausgang Q ©inen Ausgangsimpuls mit hohem Pegel abgibt; d@r logische Inverter 222 gibt dann ebenfalls ©in Ausgangssignal mit hohem Pegel ab, NAND-Glied Z19 reagiert dann auf seine beiden Eingangssignale mit hohem Pegel, indem es ein Ausgangssignal mit niederem Pegel abgibt, das an UND-Glied Z1A gegeben wird und so die übertragung von Taktimpulsen an den Zähler Z2 so lange unterbricht, wie die Zählsequenz des Zählers Z13 anhält. Diese Sperrung des Zählers Z2 stellt die richtige Betriebssequenz dieser beiden Zähler sicher. Wenn dar Zähler Z13 seinen Zählvorgang abgeschlossen hat und zurückgesetzt wurde, wobei an allen seinen Ausgangsklemmen logische Nullen erscheinen, erzeugt NOR-Glied Z11 einen hohen logischen Pegel, der über den Koppelschaltkreis 30 zum UND-Glied Z1A gelangt und so wieder ermöglicht, daß Taktimpulse zur richtigen Zelt zum Zähler Z2 gelangen. Der Koppelschaltkreis 30 dient nur dazu, die ordnungsgemäße Betriebsweise der Steuerschaltung beim Einschalten sicherzustellen. Mono-Flop ZΠΑ erzeugt einen relativ langen Ausgangsimpuls, so daß die vom Zähler Z13 ausgelösten Signale nicht gestört werden. Der Koppelsehaltkreis 30 stellt sicher, daß die Taktsignale für den Zählsr Z2 nicht dauernd gesperrt werden können, für den Fall, daß Zähler Z13 nicht nur Nullen enthält, wenn der Schaltkreis zum ersten Mal ©Ingeschaltet wird.

Die Klemmen V__ sind mit einer Gleichspannungsversorgung

WV

verbunden, die in diesem Ausführungsbeispiel 15 Volt beträgt. Die Anzahl der in den Zählern und den Schieberegistern verwendeten Datenbits bestimmt die Auflösung des Schaltkreises. Zähler und Schieberegister können also ohne weiteres so ausgewählt werden, daß die in einer bestimmten Anwendung erforderliche Auflösung erreicht wird. Die Kondensatoren C1 bis C4 bestimmen zusammen mit den Widerständen R1 bis R4 die Ausgangsimpulszeiten der Mono-Flops. Beim

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Beim Betrieb von Wechselrichtern ist es üblich, die Steuerschaltkreise zum Aufwärmen einzuschalten, bevor die Leistungsstufe angeschlossen wird. Dadurch wird nicht nur eine stabile Betriebsweise vorbereitet, sondern auch eine überwachung der Betriebsweise der Steuerschaltkreise ermöglicht. Der Steuerschaltkreis kann in Abwesenheit des Wechselrichter-Ausgangssignals betrieben werden, indem ein Ersatzsignal zugeführt wird. In Fig. 3 bietet eine mit D bezeichnete Ausgangsklemme eine Möglichkeit, zwischen zwei Signalen auszuwählen, um den Betrieb des Zählers Z13 zu ermöglichen. Wenn Klemme D mit einem Signal niederen logischen Pegels verbunden ist, läuft der Betrieb des Schaltkreises in der oben beschriebenen Weise ab. Wenn Klemme D mit einem hohen Signalpegel beaufschlagt wird, ist der normale Signaleingang für Z18 unterbrochen, und ein Ersatzsignal kann das UND-Glied Z1B beaufschlagen. Dieses Ersatzsignal wird von einem Monovibrator Z17B geliefert, der bei jeder Änderung des Steuersignals CN startet. Der Steuerschaltkreis arbeitet dann in der üblichen Weise, wobei die Verzögerung zwischen dem Bezugssignal P und dem Steuersignal CN durch die Länge des Ausgangsimpulses des Monoflop Z17B bestimmt ist.

Obwohl die Wellenformen der Figuren 1 und 2 auf einen Wechselrichter mit einem einzigen Polumschalter bezogen sind, dessen Umschaltcharakteristik durch das Ausgangssignal OP dargestellt wird, zeigt der Schaltkreis nach Fig. 3 ein Beispiel für eine Mehrpolumschaltung. In dem Schaltkreis nach Fig. 3 sind die Klemmen PHA, PHB und PHC mit Signalen verbunden, die die Polumschaltcharakteristik jedes Pols in einem Dreiphasen-(Drehstrom-) system darstellen. Durch. Multiplexen dieser Signale kann eine einzige Steuereinheit zur Steuerung aller drei Polumschalter verwendet werden.

Bei

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Bei einem Modulationsverfahren für einen Dreiphasen-Wechselrichter wird ein bestimmter Pol nur während einer Periode von weniger als 60 Grad umgeschaltet. Dieser Pol wird dann während mehr als 120 Grad in einem konstanten Zustand belassen, bevor er wieder umgeschaltet wird. Während dieser nicht geschalteten Periode von 120, Grad kann jede der anderen Phasen der Reihenfolge nach, geschaltet werden. So werden alle drei Phasen in identischen Schaltmustern geschaltet, zu jedem Zeitpunkt jedoch nur eine und der Reihe nach. Das Ausgangssignal OP stellt dann den Ausgang eines Poles dar, dann den eines anderen, usw. Wenn das Steuersignal CN jeder Phase zum richtigen Zeitpunkt in den 60 Grad Abschnitten zugeführt wird, können alle drei Phasen gesteuert werden. Nach der Darstellung in Fig. 3 kann das Ausgangssignal OP mit Hilfe einer einfachen Majorltäts-Logik abgeleitet werden, beispielsweise in der logischen Schaltung Z19, da zur· Zeit des Umschaltens einer Phase die anderen beiden Phasen entgegengesetzte Polarität aufweisen und sich nicht ändern,

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Prüfschaltung, die zusammen mit dem Schaltkreis nach Fig. 3 verwendet werden kann. Das Steuersignal CN wird an der Klemme S angelegt und dient dazu, ein simuliertes Phasenausgangssignal PHA¹ zu erzeugen. Wenn das simulierte Ausgangssignal einem Phaseneingang von Fig. 3 zugeführt wird, beispielsweise an der Klemme PHA, wobei PHB und PHC logisch entgegengesetzt sind, so arbeitet die Schaltung, als würde sie einen Wechselrichter steuern, dessen Pole mit Verzögerung umgeschaltet werden.

Wechselrichter mit Steuerschaltungen nach dieser Erfindung

liefern aufgrund der hohen Schalttreue im allgemeinen nur einen kleinen Gleichspannungsbeitrag im Ausgangssignal. Ein geringer Gleichstromanteil wird aber wahrscheinlich trotzdem noch vorhanden

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handcn sein, da geringe Schaltfehler und Unterschiede in den Spannungsabfällen der Schalter auftreten.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltung, mit der Gleichspannungen im Ausgang des Wechselrichters bezüglich des Mittelpunktes der Gleichspannungsquelle festgestelltwerden können und mit der ein Ausgleichssignal erzeugt wird, das die.scheinbaren Schaltpunkte des Wechselrichter-Ausgangs modifiziert und als Polsignäleingang dem Schaltkreis von Fig. 3 zugeführt wird. Die Gleichspannungsquelle für den Wechselrichter ist an die Klemmen +DC und -DC angeschlossen. Die Transistoren Q1 und Q2 sind die Schaltelemente für den POL A des Wechselrichters. Der Kondensator C6 ist mit POL A über Widerstand R7 verbunden. Der Hauptanteil der Wechselstromkomponente der Polspannung fällt in Widerstand R7 ab, während die Gleichstromkomponente an Kondensator C6 erscheint. Ein Integrator mit einem Kondensator C8, einem Widerstand R8, einem Verstärker OP1 und Dioden CR3 und CR4 akkumuliert die Gleichspannungs-Voltsekunden des Kondensators C6 und erzeugt ein Ausgleichssignal, das mit den Dioden CR3 und CR4 auf einem iWert gehalten wird, der kleiner ist als das Polspannungssignal. Die Kombination der Widerstände R9 und R10 und des Verstärkers 0P2 liefert an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers OP1 ein neutrales Gleichspannungssignal.

Das vom Integrator erzeugte Ausgleichssignal wird als Bezugssignäl an den invertierenden Eingang des Vergleichsschaltkreises 0P3 angelegt. Der nicht invertierende Eingang des Vergleichsschaltkreises 0P3 ist mit POL A über einen Spannungsteiler verbunden, der aus den Widerstanden R11 und R12 besteht. Der Kondensator C7 liefert einen kontrollierten Anstieg des an den Vergleichsschaltkreis angelegten Polspannungssignals. Bei Mehrfachpol-Wechselrichtern ist der Schaltkreis von Fig. 5 für jeden Pol vorzusehen. _Dj__e '

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Die Wirkungsweise des Ausgleichssignals wird durch die Wellenformen von Fig. 6 erläutert. Fig. 6A zeigt eine Wellenform mit kontrolliertem Anstieg, die für das Ausgangssignal des Pols A mit positivem Gleichspannungs-Fehleranteil charakteristisch ist. Als Reaktion auf diese Fehlerspannung erzeugt die Schaltung nach Fig. 5 ein Glelchspannungs-Ausgleichssignal CS1 mit einem Betrag E aufgrund des Gleichspannungs-Fehleranteils aber mit entgegensetzter Polarität. Das Ausgangssignal der Schaltung von Fig. 5, PHA, ändert die Schnittpunkte der Polspannung und des Gleichspannungs-Ausgleichssignals. Dies wird durch das Impulsausgleichssignal von Fig. 6B dargestellt. Ohne Ausgleich würde das Polsignal PHA umschalten, wenn die Polspannung die Nullachse schneidet. Es ist ersichtlich, daß die Hinzufügung des Gleichspannungs-Ausgleichssignals die positive Impulsbreite von PHA vergrößert hat und die negative Impulsbreite verkleinert. Die tatsächliche Impulsbreite des Leistungspols vom Wechselrichter hängt vom Pegel des Gleichspannungs-Ausgleichssignals ab. Wenn das modifizierte PHA-Signal der Schaltung von Fig. 3 zugeführt wird, reduziert sich die positive Impulsbreite der Ausgangsimpulse des Wechselrichters und damit auch der positive Gleichspannungsfehler im Wechselrichterausgang. Wenn der Gleichspannungsanteil des Wechselrichterausgangs Null wird, bleibt das Gleichspannungs-Ausgleichssignal des Integrators konstant, bis wieder eine Gleichspannungskomponente in der Ausgangsspannung auftaucht.

Fig. 6C zeigt ein Beispiel eines Impulsausgleichssignals CS2 für den Fall, daß der Ausgang des Pols A eine negative Gleichspannungskomponente enthält. Das Ausgleichssignal CS2 hat aufgrund des Gleichspannungs-Fehleranteils einen Betrag F, jedoch die entgegengesetzte Polarität. Da die Umschaltung an den Schnittpunkten der Polspannung und des Ausgleichssignals erfolgt, wird die positive Impulsbreite von PHA herabgesetzt.

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Wenn das modifizierte PHA-Signal an die Schaltung von Fig. 3 zurückgeführt wird, nimmt die positive Impulsbreite des Wechselrichterausgangs zu, um den negativen Gleichspannungs-Pehleranteil zu kompensieren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.} Steuerschaltung für einen impulsbreitenmodulierten · Wechselrichter, der ein Ausgangssignal in Übereinstimmung mit einem Bezugssignal liefert,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- eine Meßschaltung zur Messung der Schaltzeit eines Polumschalters für einen gegebenen Impuls in einem ersten Ausgangszyklus;

-'eine Subtrahierschaltung (Z2,10,20,Z13), mit der die gemessene Schaltzeit von einem vorgegebenen Zeitintervall abgezogen wird, um eine Verzögerungszeit zu erhalten; und

- eine Schaltung (Z 16) zur Erzeugung eines Steuersignals, mit dem eine Polumschaltsequenz nach einem Zeitintervall eingeleitet wird, das gleich der Verzögerungszeit für einen zweiten Impuls ist, der in einem zweiten Ausgangszyklus dem gegebenen Impuls entspricht.

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Steuerschaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

daß die Meßschaltung für die Schaltzeit einen ersten Zähler (Z2) enthält, der Taktimpulse mißt und dazu durch einen Signalübergang im Steuersignal zwischen diesem und einem Schaltzeitpunkt des .Polumschalters aktiviert wird.

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