DE3390044T1

DE3390044T1 - Leistungs-Zuführvorrichtung

Info

Publication number: DE3390044T1
Application number: DE19833390044
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Hitachi Ibaraki Kubota; Toshiaki Ibaraki Okuyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1983-06-17
Publication date: 1984-11-15
Also published as: JPS58222782A; WO1984000086A1; JPH0126273B2; US4625272A

Description

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STHKHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZ

WIDKNMAYKKSTRASSE 17, D-8000 MÜNCHEN 22

HITACHI, LTD,
DEA-26429

17. Februar 1984

Leistungs-Zuführvorrichtung

Technisches Gebiet:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungs-Zuführvorrichtung, in der ein Umformer (PWM-Umformer) Verwendung findet, der durch Pulsbreitenmodulation gesteuert wird, und sie betrifft insbesondere eine Leistungs-Zuführvorrichtung, die geeignet ist, eine Gleichspannung auf einen gewünschten Wert einzustellen, wenn der Umformer dem Regenerationsbetrieb ausgesetzt ist.

Stand der Technik:

Es ist ein PWM-Umformer bekannt, der aus in einer Graetz-Schaltung verbundenen Transistoren oder selbstlösehenden Elementen, wie z.B. Gate-Abschalt-Thyristoren, gebildet ist. Die Intensität und Phase eines Eingangsstromes kann gesteuert werden, wenn die Wechselstrom-Eingangsanschlüsse des PWM-Umformers über Drosseln mit einer Wechselstrom-Leistungszuführung verbunden sind, und wenn die Intensität und die Phase einer Wechselstrom-Eingangsspannung unmittelbar mit der Spannung der Wechselstrom-Leistungszuführung als Referenz gesteuert werden. Es ist deshalb möglich, die effektive elektrische Leistung, die dem PWM-Umformer von der Wechselstrom-Leistungs-

zuführung geliefert wird, beliebig zu steuern. Beispielsweise wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 94583/1980 eine Vorrichtung und ein Verfahren zu diesem Zweck vorgeschlagen. Da die effektive Leistung durch den PWM-Ümformer in eine Gleichstromleistung umgeformt wird, ist es möglich, die Ausgangs-Gleichspannung (Gleichstrom) auf einen beliebigen Wert einzustellen.

Rückkoppeldioden sind parallel, jedoch in Gegenrichtung mit den selbstlöschenden Elementen geschaltet, die den PWM-Umformer aufbauen. Um den PWM-Umformer durch die Pulsbrei-, tenmodulation zu steuern, muß die Ausgangs-Gleichspannung größer als eine diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Spannungszuführung sein. Der Grund dafür liegt hierin, daß, wenn die Gleichspannung kleiner als die diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Spannungszuführung wird, die Gleichleistung durch die Rückkoppeldioden des PWM-Umformers zugeführt wird, wodurch die Steuerung über die Pulsbreitenmodulation verhindert wird.

Wenn darüberhinaus die Last des PWM-Umformers dem Regenerationsbetrieb ausgesetzt ist, ist auch der PWM-Umformer dem Regenerationsbetrieb ausgesetzt. In diesem Falle wird die Gleichspannung wahrscheinlich erheblich größer als die diodengleichgerichtete Spannung.

In Abhängigkeit von der mit der Gleichspannungsseite des PWM-Umformers verbundenen Last muß andererseits die Gleichspannung oft gleich oder kleiner als die diodengleichgerichtete Spannung einer Wechselleistungs-Spannungszuführung sein. Wenn die Last ein Inverter oder ein Zerhacker ist, ist das notwendig, um das Durchbrechen der Elemente zu verhindern.

Wenn der PWM-Umformer verwendet wird, besteht damit die zwingende Notwendigkeit, daß die Gleichspannung gleich der dioden-

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gleichgerichteten Spannung einer Wechselleistungs-Spannungszuführung wird.

Offenbarung der Erfindung:

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungs-Zuführungsvorrichtung anzugeben, die geeignet ist, die Spannung auf der Gleichstromseite des PWM-Umformers so zu steuern, daß sie kleiner als eine diodengleichgerichtete Spannung einer Wechselleistungs-Spannungszuführung wird. Wenn die Abweichung zwischen einem Sollwert und einem erfaßten Wert der Gleichspannung anzeigt, daß der erfaßte Wert größer als der Sollwert ist, wird die Leistungs-Zuführungsvorrichtung mit
einem nacheilenden Leistungsfaktor betrieben. Deshalb wird
die in den PWM-Umformer eingegebene Wechselspannung so abgesenkt, daß sie kleiner als die Wechselleistungs-Zuführungsspannung ist, um dadurch die Spannung auf der Gleichstromseite abzusenken.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltkreisdiagramm eines PWM-Umformers;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Charakteristika eines Phasenschiebers nach Fig. 1 zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das schematisch den Aufbau zur Erklärung des Prinzips der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 5

und 6 sind Vektordiagramme zur Erklärung des Prinzips der

vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Aufbau gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist ein Vektordiagramm zur Erklärung des Betriebs
von Fig. 7;

Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Charakteristika eines Phasenschiebers von Fig. 7 zeigt;

Fig. 10

und 11 sind Diagramme, die den Aufbau gemäß weiterer Ausführungsformen zeigen; und

Fig. 12 ist ein Diagramm, das Charakteristika eines Blindstrom-Anweisungsschaltkreises in der Ausführungsform

nach Fig. 11 zeigt.

Bestes Verfahren zur Durchführung der Erfindung:

In Fig. 1 ist ein PWM-Umformer 1 über eine Drossel L mit einer Wechselleistungszuführung AC verbunden. Der PWM-Umformer 1 besteht, wie in Fig. 2 gezeigt, aus in einer Graetz-Schaltung angeordneten Gate-Abschalt-Thyristoren GTO und Rückkoppeldioden FD, die mit den Gate-Abschalt-Thyristoren GTO parallel, aber in Gegenrichtung geschaltet sind. Eine Last und ein Glättungskondensator C sind über die Gleichstrom-Ausgangsanschlüsse des PWM-Umformers 1 geschaltet. Die Spannung (Ausgangs-Gleichspannung des PWM-Umformers 1) über den Anschlüssen des Kondensators C wird von einem Spannungsdetektor 12 erfaßt. Ein Sollwert V eines eine Spannung festsetzenden Schaltkreises 2, der die Größe der Ausgangs-Gleichspannung des Umformers 1 festlegt, und ein vom Spannungsdetektor 12 erfaßter praktischer Wert V_n werden auf einen Spannungsvergleicher 3 gegeben, wobei die Polaritäten wie gezeigt eingehalten werden. Ein Spannungs-Abweichungssignal AV des Spannungsvergleichers 3 wirdan einen Polaritäts-Unterscheidungsschaltkreis 6 und an einen Strom-Anweisungsschaltkreis 7 angelegt. Die Wechselleistungs-Zuführspannung E der Wechselleistungs-Zuführung AC wird von einem Transformator 4 erfaßt und auf einen Phasenschieber 5 gegeben, der die Phase der Wechselleistungs-Zuführspannung E um einen vorgegebenen Winkel in Abhängigkeit von der Polarität eines Polaritätssignals S des Polaritäts-Unterscheidungsschaltkreises 6 verschiebt und ein phasenverschobenes Wechselleistungs-Zuführspannungs-Signal S an den Strom-Anweisungsschaltkreis 7 anlegt. Der Strom-Anweisungsschaltkreis 7 gibt ein durch Multiplizieren der phasenverschobenen Wechselleistungs-Zu-

führspannung S_E mit dem Spannungs-Abweichungssignal AV erhaltenes Strom-Anweisungssignal I_ (Momentanwert-Anweisung eines Eingangs-Wechselstroms des Umformers 1) unter Einhaltung einer gezeigten Polarität auf einen Vergleicher 9. Der in den Umformer 1 fließende Eingangs-Wechselstrom I wird von einem Stromwandler 8 erfaßt. Der Vergleicher 9 weist Hysterese-Charakteristika auf, erzeugt in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Strom-Anweisungssignal I_p und dem erfaßten Wert I ein PWM-Signal und gibt dieses auf eine Gate-Schal^ tung 10.

Fig. 1 zeigt nur die Bauteile für eine Phase. Die Bauteile 7 bis 10 müssen deshalb auch für die anderen zwei Phasen vorgesehen werden; sie sind jedoch nicht dargestellt.

Vor der Beschreibung des Betriebs nach Fig. 1 wird zunächst das Prinzip des Umformbetriebs des PWM-Umformers beschrieben, so daß die Erfindung leicht zu verstehen ist.

Fig. 4 zeigt vereinfacht die Wechselleistungs-Zuführung AC und den Umformer 1, wobei E eine Wechselleistungs-Zuführspannung, V eine Eingangs-Wechselspannung des Umformers 1 und I einen Eingangs-Wechselstrom angibt.

Fig. 5 ist ein Vektordiagramm, das eine Beziehung zwischen den Spannungen E, V und dem Strom I zeigt, wobei das Diagramm (a) den Fall des Vorwärts-Umformbetriebs und das Diagramm (b) den Fall des Rückwärts-Umformbetriebs verdeutlicht.

Wie aus Fig. 5 verständlich wird, erfährt die an der Drossel X anliegende Spannung eine Änderung, wenn die Größe und Phase der Eingangs-Wechselspannung V mit der Spannung E als Referenz geändert werden. Demgemäß werden die Größe und Phase ψ des Eingangs-Wechselstroms I eingestellt. Fig. 5 zeigt den Fall, in dem der Umformer 1 den Betrieb mit dem Leistungs-

faktor 1 durchführt. Wenn die Einstellung so erfolgt, daß der Strom I in Phase (oder in Gegenphase) mit der Leistungs-Zuführspannung E kommt, kann der Betrieb mit dem Leistungsfaktor 1 der Leistungszuführung durchgeführt werden. In diesem Falle wird die Eingangsspannung V jedoch aufgrund eines Spannungsabfalles XI durch die Drossel größer als die Leistungs-Zuführspannung E.

In dem PWM-Umformer 1 werden andererseits die Gate-Abschalt-Thyristoren GTO der positiven Seite und der negativen Seite abwechselnd leitend gemacht, und die Gleichspannung der positiven Polarität und die Gleichspannung der negativen Polarität treten abwechselnd an den Wechselstrom-Eingangsanschlüssen des Umformers 1 auf. Das Verhältnis der positiven und negativen Polaritäten ändert sich in Abhängigkeit von den PWM-Signalen kontinuierlich, und die Grundwelle der Eingangs-Wechselspannung. V wird entsprechend einer sinusförmigen Welle eingestellt. Da die Eingangs-Wechselspannung V durch Pulsbreitensteuerung der Gleichspannung erhalten wird, ist damit ein Maximalwert in der Grundwelle der Eingangsspannung V durch die Gleichspannung begrenzt. Wenn in anderen Worten die Gleichspannung nicht hinreichend groß ist, ist es nicht zulässig, den oben genannten, auf den PWM-Signalen aufbauenden Betrieb durchzuführen, und es wird schwierig, die Eingangsspannung V auf einen gewünschten Wert einzustellen. Bei der Durchführung des Betriebes mit dem Leistungsfaktor 1 der Leistungszuführung nimmt die Eingangsspannung V proportional zur Größe des Stromes I zu. Die Gleichspannung muß deshalb auf einen höheren Wert festgesetzt werden, um einen Spielraum vorzugeben.

Fig. 6 ist ein Vektordiagramm, das das Prinzip der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei das Diagramm (a) den Fall des Vorwärts-ümformbetriebs und das Diagramm (b) den Fall des Rück-» wärts-Umformbetriebs zeigt.

Wie aus Fig. 6 deutlich wird, ist im Falle des Vorwärts-Umformbetriebs die Phase des Stromes I innerhalb eines Bereiches von 0<ψ<90° bezüglich der Spannung E nacheilend, und im Falle des Rückwärts-Umformbetriebs ist die Phase des Stromes I innerhalb eines Bereiches von 90°<ψ<180° bezüglich der Spannung E nacheilend, wodurch aufgrund des Spannungsabfalls XI durch die Drossel L die Eingangs-Wechselspannung V kleiner als die Wechselleistungs-Zuführspannung E wird. Die Gleichspannung kann deshalb so abgesenkt werden, daß sie kleiner als eine diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Zuf uhr spannung E wird.

Im vorhergehenden wurde das Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben. Um dieses Prinzip umzusetzen, ist der Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 1 unten beschrieben.

Der Sollwert V_c des Spannungsfestsetzenden Schaltkreises 2 und der vom Spannungsdetektor 12 erfaßte praktische Wert V_Q werden durch einen Spannungsvergleicher 3 verglichen. Ein Spannungs-Abweichungssignal Δν des Spannungsvergleichers 3 wird an den Polaritäts-Unterscheidungsschaltkreis 6 und an den Strom-Anweisungsschaltkreis 7 angelegt. Der PWM-Umformer 1 führt den Umformbetrieb in der Vorwärtsrichtung durch, wenn das Spannungs-Abweichungssignal AV die positive Polatität aufweist, und er führt den Umformbetrieb in der Rückwärtsrichtung durch, wenn das Spannungs-Abweichungssignal AV die negative Polarität aufweist. Der Polaritäts-Unterscheidungsschaltkreis 6 unterscheidet die Polarität des Spannungs-Abweichungssignals AV und gibt ein Polaritätssignal S_p an den Phasenschieber 5 weiter. In Abhängigkeit vom Polaritätssignal S- verschiebt der Phasenschieber 5 die Phase der vom Transformator 4 erfaßten Wechselleistungs-Zufuhrspannung E um einen vorgegebenen Winkel und erzeugt ein phasenverschobenes, sinusförmiges Signal S„. Konkret gesprochen wird die Phase um einen vorgegebenen Winkel ψ verzögert, wenn, wie in Fig. 3

-B-

gezeigt, das Spannungs-Abweichungssignal Δν die positive Polarität aufweist, und die Phase wird um den vorgegebenen Winkel ψ nach vorne geschoben, wenn das Spannungs-Abweichungssignal AV die negative Polarität aufweist. Der Winkel ψ ist innerhalb eines Bereiches von 0<ψ<90° gewählt. Der Strom-Anweisungsschaltkreis 7 vervielfacht das phasenverschobene sinusförmige Signal S„ mit dem Spannungs-Abweichungssignal Δν und erzeugt ein Strom-Anweisungssignal I_p. Der Vergleicher 9 vergleicht das Strom-Anweisungssignal I_p mit einem vom Stromwandler 8 erfaßten Eingangs-Wechselstrom I und erzeugt ein PWM-Signal. Durch Steuerung des Schlagbetriebs (striking operation) des PWM-Umformers 1, der auf das PWM-Signal des Vergleichers 9 aufbaut, kann die Größe und Phase des Eingangs-Wechselstroms I in Übereinstimmung mit dem Strom-Anweisungssignal I gebracht werden.

Der PWM-Umformer 1 wird auf diese Weise gesteuert, und der Eingangs-Wechselstrom I wird unter Bezug auf seinen Momentanwert so gesteuert, daß er proportional zum Strom-Anweisungssignal I- verändert wird. Wenn der Umformer 1 den Umformbetrieb in der Vorwärtsrichtung durchführt, wird deshalb die Phase des Eingangs-Wechselstroms I um den Winkel ψ bezüglich der Wechselleistungs-Zufuhrspannung E verzögert, wie in Fig. 6(a) gezeigt. Wenn der Umformbetrieb in der Rückwärtsrichtung durchgeführt wird, verschiebt der Phasenschieber 5 die Phase des phasenverschobenen sinusförmigen Signals S_ um den Winkel ψ bezüglich der Wechselleistungs-Zuführspannung E nach vorne. Da das Spannungs-Abweichungssignal Δν die negative Polarität aufweist, besitzt das Strom-Anweisungssignal Ip jedoch die Phase entgegengesetzt zu der des phasenverschobenen sinusförmigen Signals S„. Im Falle des Umformbetriebs in der Rückwärtsrichtung wird die Phase des' Eingangs-Wechselstromes I um (ττ-ψ) bezüglich der Wechselleistungs-Zuführspannung verzögert, wie in Fig. 6(b) gezeigt. Wenn der

PWM-Umformer 1 den Umformbetrieb in der Vorwärtsrichtung öder in der Rückwärtsrichtung durchführt, kann deshalb immer die Eingangs-Wechselspannung V so erniedrigt werden, daß sie kleiner als eine diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Zuführspannung E wird. Als Folge daraus kann die Spannung auf der Gleichstromseite des PWM-Umformers 1 so verringert werden, daß sie kleiner als die diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Zuführspannung E wird.

Wie oben beschrieben, kann die Eingangs-Wechselspannung des PWM-Umformers so verringert werden, daß sie kleiner als die diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Zuführspannung ist, und daher kann die Ausgangs-Gleichspannung des Umformers so verringert werden, daß sie kleiner als die diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Zuführspannung wird. Demgemäß kann die Ausgangs-Gleichspannung des Umformers auf eine Spannung festgesetzt werden, die für die Last erforderlich ist.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 verschiebt darüberhinaus der Phasenschieber 5 die Phase um einen vorgegebenen Winkel. Der Phasenschieber kann deshalb ein Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung sein, der einfach aufgebaut ist.

Fig..7 zeigt eine weitere Ausführungsförm der vorliegenden Erfindung.

Nach der Ausführungsform von Fig. 7 wird die Eingangs-Wechselspannung V zu jedem Zeitpunkt unabhängig vom Eingangs-Wechselstrom I konstant gehalten.

Der Unterschied von Fig. 7 zu Fig. 1 besteht darin, daß das Spannungs-Abweichungssignal Δν des Spannungsvergleichers 3 direkt auf den Phasenschieber 15 gegeben wird.

Der Phasenschieber 15 hat eine derartige Phasenverschiebungs Charakteristik, daß er den Winkel ψ der Phasenverschiebung proportional zur Größe des Spannungs-Abweichungssignals AV verändert, wie in Fig. 9 gezeigt.

Um die Eingangs-Wechselspannung V unabhängig vom Eingangs-Wechselstrom I konstant zu halten, sollte der Winkel ψ der Phasenverschiebung entsprechend der folgenden Gleichung

* - _Sin-1 M (D

^ψ - ^Sin

ZE

verändert werden, wie aus einem Vektordiagramm nach Fig. 8 deutlich wird.

In der Gleichung (1) bleiben die Reaktanz X der Drossel L und die Wechselleistungs-Zuführspannung E konstant, und der Winkel ψ der Phasenverschiebung ist durch sin I vorgegeben. Die Größe des Stromes I ist durch das Spannungs-Abweichungssignal AV gesteuert. Durch das Anlegen des Spannungs-Abweichungssignals AV an den Phasenschieber 15, um den Winkel ψ der Phasenverschiebung unter Einhaltung einer Beziehung, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, kontinuierlich zu verändern, ändert sich deshalb die Spannung V entlang einer Ortskurve, die in Fig. 8 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, und die zu jedem Zeitpunkt konstant bleibt.

Selbst in der Ausführungsform nach Fig. 7 kann die Eingangs-Wechselspannung verringert werden, und der Winkel ψ der Phasenverschiebung kann so verringert werden, daß er unter Teillastbedingungen kleiner als der im Falle von Fig. 1 wird, um den Betrieb mit einem guten Leistungsfaktor durchzuführen.

Das wesentliche Merkmal dieser Ausführungsformen liegt darin, daß die Phase eines durch Erfassung der Wechselleistungs-

Zuführspannung erhaltenen Wechselleistungs-Zuführspannungssignals in Abhängigkeit von der Polarität eines Spannungs-Abweichungssignals zwischen einem angewiesenen Wert der Gleichspannung und einem praktischen Wert in Richtung "nacheilen" oder in Richtung "voreilen" verschoben wird, daß das derart phasenverschobene Wechselleistungs-Zuführspannungssignal mit dem Spannungs-Abweichungssignal multipliziert wird, um ein Strom-Anweisungssignal zu erhalten, und daß der Schlagbetrieb des PWM-Umformers durch das Strom-Anweisungssignal gesteuert wird, so daß die Phase des Eingangs-Wechselstromes hinter der Wechselleistungs-Zuführspannung nacheilt.

Weitere Ausführungsformen werden unten in Verbindung mit den Fig. 10 bis 12 beschrieben. Das wesentliche Merkmal dieser Ausführungsformen liegt darin, daß eine erste Spannung und eine zweite Spannung von der Wechselleistungs-Zuführspannung erhalten werden, wobei die erste Spannung dieselbe Phase wie die Phasenspannung hat, und die zweite Spannung eine Phase aufweist, die von der Phasenspannung um 90° abweicht, und daß die Gleichspannung des PWM-Umformers unter Ausnutzen der ersten und zweiten Spannungen gesteuert wird.

In den Ausführungsformen der Fig. 10 und 11 repräsentieren die Teilbereiche, die mit denselben Bezugsziffern in Fig. bezeichnet sind, dieselben Teilbereiche wie in Fig. 1 oder sie zeigen äquivalente Funktionen zu denen der Fig. 1.

In Fig. 10 ist ein PWM-Umformer 1 mit der Wechselleistungs-Zuführung AC über die Drossel L verbunden. Der PWM-Umformer 1 besteht, wie z.B. in Fig. 2 gezeigt, aus Gate-Abschart-Thyristoren GTO, die in einer Graetz-Schaltung verbunden sind, und aus Rückkoppeldioden FD, die mit den Gate-Abschalt-Thyristoren GTO parallel, jedoch in Gegenrichtung geschaltet sind. Eine Last 11 und ein Glättungskondensator C

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sind über den Gleichstrom-Ausgangsanschlüssen des PWM-Umformers 1 geschaltet. Die Spannung (Ausgangs-Gleichspannung des PWM-Umformers 1) über beiden Anschlüssen des Kondensators C wird von dem Spannungsdetektor 12 erfaßt. Ein Sollwert V„ des die Gleichspannung festsetzenden Schaltkreises 2, der die Größe der Ausgangs-Gleichspannung des Umformers 1 festlegt, und ein vom Spannungsdetektor 12 erfaßter praktischer Wert V₀ werden unter Einhaltung der gezeigten Polaritäten auf den Spannungsvergleicher 3 gegeben. Ein Gleichspannungs-Abweichungssignal AV des Spannungsvergleichers 3 wird in den Multiplizierer 7 eingegeben. Ein Sollwert (Gleichstromsignal) E. eines eine Wechselspannung festsetzenden Schaltkreises 20, der die Größe der an den Umformer 1 angelegten Eingangs-Wechselspannung festlegt, und ein erfaßter Wert E. ~ eines Spannungsdetektors 21, der die Eingangs-Wechselspannung erfaßt, werden an einen Spannungsvergleicher 22 angelegt, wobei die Polaritäten wie dargestellt eingehalten werden. Ein Wechselspannungs-Abweichungssignal (Gleichstromsignal) ΔΕ des Spannungsvergleichers 22 dient als Eingabe für einen Multiplizierer 23. Ein Transformator 24 erfaßt die Wechselleistungs-Zuführspannung (Phasenspannung) E der Wechselleistungs-Zuführung AC und erzeugt eine erste Spannung E₁ derselben Phase wie die Spannung E und eine zweite Spannung E-mit einer Phase, die um 90° hinter der Spannung E nacheilt.

Die Spannung E₁ wird in den Multiplizierer 7 und die Spannung E2 in den Multiplizierer 23 eingegeben. Der Multiplizierer 7 vervielfacht die Spannung E₁ mit dem Gleichspannungs-Abweichungssignal Δν und erzeugt ein Wirkkomponenten-Stromanweisungssignal I₁ mit derselben Phase wie die Leistungs-Zuführspannung E des Leistungs-Zuführstroms I. Der Multiplizierer 23 vervielfacht die Spannung E₂ mit dem Wechselspannungs-Abweichungssignal ΔΕ und erzeugt ein Blindkomponenten-Stromanweisungssignal I-1 dessen Phase um 90° hinter der Leistungs^-Zuführungsspannung E nacheilt. Ein Addierer 25 addiert die Vektoren der beiden Strom-Anweisungs-

signale I₁ und I₂ und gibt ein Strom-Änweisungssignal I_p auf den Vergleicher 9, wobei eine Polarität wie dargestellt eingehalten wird. Der in den Umformer 1 fließende Eingangs-Wechselstrom I wird von einem Stromwandler 8 erfaßt. Der Vergleieher 9 weist eine Hysterese-Charakteristik auf, erzeugt in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Strom-Anweisungssignal I_p und dem erfaßten Wert I ein PWM-Signal und legt dieses an die Gate-Schaltung 10 an.

Der von dem eine Gleichspannung festsetzenden Schaltkreis 2 festgelegte Sollwert V_& und der vom Spannungsdetektor 12 erfaßte praktische Wert V_Q werden von dem Spannungsvergleieher 3 verglichen. Das Spannungs-Abweichungssignal AV.des Spannungsvergleichers 3 dient als Eingabe für den Multiplizierer 7, der die vom Transformator 24 erfaßte erste Spannung E₁ mit dem Spannungs-Abweichungssignal AV multipliziert, um durch Änderung der Amplitude der Spannung E₁ in Antwort auf die Größe des Spannungs-Abweichungssignals AV das Ström-Anweisungssignal I₁ zu erzeugen. Das Strom-Anweisungssignal I₁ ist mit der Leistungs-Zuführungsspannung E in Phase und gibt die Größe der Wirkkomponente im Leistungs-Zuführungsstrom I an. Auf der anderen Seite werden der Sollwert E des eine Wechselspannung festsetzenden Schaltkreises 20 und der vom Spannungsdetektor 21 erfaßte praktische Wert E, _n vom Spannungsvergleicher 22 verglichen, und ein Spannungs-Abweichungssignal ΔΕ, das eine Differenz davon ist, dient als Eingabe für den Multiplizierer 23. Die Sollwerte der eine Spannung festsetzenden Schaltkreise 2, 22 werden hier so gewählt, daß eine Beziehung V_C>E, gilt. Der Multiplizierer 23

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vervielfacht die zweite Spannung E» mit dem Spannungs-Abweichungssignal ΔΕ und erzeugt unter Änderung der Amplitude der Spannung E^ proportional zur Größe des Spannüngs-Abweichungssignals ΔΕ ein Strom-Anweisungssignal I„. Das Strom-Anweisungssignal I₂ hat eine Phasendifferenz von 90° bezüglich der Leistungs-Zuführungsspannung E und gibt die Größe

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der Blindkomponente im Leistungs-Zuführungsstrqm I an. Die zwei Strom-Anweisungssignale I₁, I_ der Multiplizierer 7, 23 werden durch den Addierer 25 zusammengezählt, um ein Strom-Anweisungssignal I_p zu bilden. Das Strom-Änweisungssignal Ip und der von dem Stromwandler 8 erfaßte Eingangs-Wechselstrom I werden von dem Vergleicher 9, der ein PWM-Signal erzeugt, verglichen. Durch Steuerung des Schlagbetriebs des PWM-Umformers 1 in Antwort auf die vom Vergleicher 9 erzeugten PWM-Signale ist es möglich,'die Größe und Phase des Eingangs-Wechselstromes I in Übereinstimmung mit dem Strom-Anweisungssignal I_p zu bringen.

Der PWM-Umformer 1 wird wie oben erwähnt gesteuert. Der Eingangs-Wechselstrom I wird hier unter Bezugnahme auf seinen Momentanwert so gesteuert, daß er proportional zum Strom-An> weisungssignal Ip verändert wird. Das Strom-Anweisungssignal Ip besteht aus den Vektoren des Wirkkomponenten-Stromanweisungssignals I₁ und des Blindkornponenten-Stromanweisungssignals I„. Die Amplitude des Wirkkomponenten-Stromanweisungssignals I₁ ändert sich proportional zum Spannungs-Ab- weichungssignal Δν. Die Wirkkomponente I₁ des Eingangs-Wechselstromes I wird deshalb in Antwort auf das Gleichspannungs-Abweichungssignal Δν gesteuert. Der Ausgangs-Gleichstrom des PWM-Umformers 1 verändert sich proportional zur Wirkkomponente I- des Eingangs-Wechselstromes I. Die Ausgangs-Gleichspannung V_ des PWM-Umformers 1 wird deshalb so eingestellt, daß sie in Übereinstimmung mit dem Sollwert V_c kommt, der von dem eine Gleichspannung festsetzenden Schaltkreis 2 festgelegt ist. Die Amplitude des Blindkomponenten-Stromanweisungssignals I₂ ändert sich andererseits proportional zum Spannungs-Abweichungssignal ΔΕ. Deshalb wird die Eingangs-Wechselspannung E._Q so gesteuert, daß sie in Übereinstimmung mit dem Sollwert E₄. kommt.

Wie oben beschrieben, werden die Gleichspannung V_Q und die Ein-

gangs-Wechselspannung E so gesteuert, daß sie Sollwerte V_c und E annehmen. Die Stromphase ψ wird klein, wenn ^VS^>V0 ^{gilt/ und wird} groß, wenn E_t0>E gilt.

Wenn V_Q>V_S ist, nimmt das Wirkkomponenten-Stromanweisungssignal I₁ die Phase entgegengesetzt zu der der Wechselleistungs-Zuführungsspannung E an, da das Spannungs-Abweichungssignal Δν die negative Polarität hat. Deshalb führt der PWM-Umformer 1 den Umformbetrieb in der rückwärtigen Richtung durch.

Ίο In der Ausführungsform von Fig. 10 kann weiterhin die Gleichspannung V- eingestellt werden, daß sie die Anforderungen der Last erfüllt, indem der Eingangs-Wechselspannungs-Sollwert E. so geändert wird, daß er dem Gleichspannungs-Sollwert V_g folgt.

Im folgenden wird die Ausführungsform von Fig. 11 beschrieben.

Nach dieser Ausführungsform wird die Blindkomponente I₂ im Eingangs-Wechselstrom I in Abhängigkeit von der Größe des Gleichspannungs-Sollwertes V_g direkt gesteuert.

Der Unterschied von Fig. 11 zu Fig. 10 liegt darin, daß ein Blindstrom-Anweisungsschaltkreis 26 vorgesehen ist, der ein Blindkomponenten-Steuersignal I₂ in Antwort auf den Gleichspannungs-Sollwert Vg erzeugt, und daß das vom Anweisungsschaltkreis 26 erzeugte Blindkomponenten-Steuersignal I_ an den Multiplizierer 23 angelegt wird.

Wie in Fig. 12 gezeigt, arbeitet der Blindstrom-Anweisungsschaltkreis 26 so, daß er den Blindstrom I₂ zu Null setzt, wenn der Gleichspannungs-Sollwert V_g in einem Bereich von vorgegebenen Werten V_g2 bis V_g3 liegt, und er arbeitet so, daß er den Blindstrom I„ nach und nach erhöht, wenn der

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Gleichspannungs-Sollwert V_c in einem Bereich von vorgegebenen Werten V_g2 bis V .. liegt.

Nach der im vorhergehenden ausgeführten vorliegenden Erfindung ist es erlaubt/ die Spannung auf der Gleichstromseite der PWM-Umformers so zu erniedrigen, daß sie kleiner als die diodengleichgerichtete Spannung der Wechselleistungs-Zuführungsspannung wird. Demgemäß kann die Größe der an die Last angelegten Gleichspannung in Abhängigkeit von der Stehspannung der Last beliebig festgesetzt werden.

In den oben genannten Ausführungsformen wird ein PWM-Signal erhalten, das auf einer Stromdifferenz zwischen dem Strom-Anweisungssignal und dem Eingangs-Wechselstrom beruht. Das PWM-Signal kann jedoch auch unter Verwendung eines Strom-Anweisungssignals und einer Dreieck-Trägerwelle erhalten werden.

Der PWM-Umformer kann selbstverständlich auch aus Transistoren und Dioden aufgebaut sein.

In den oben genannten Ausführungsformen ist der PWM-Umformer über die Drossel L mit der Wechselleistungs-Zuführung verbunden. Die Drossel kann jedoch weggelassen werden. Der Grund dafür liegt hierin, daß die im Leistungs-Zuführungssystem, mit dem der PWM-Umformer verbunden ist, enthaltene Drossel dieselbe Wirkung wie die oben genannte Drossel erzeugt. In diesem Fall wird die an den PWM-Umformer angelegte Eingangs-Wechselspannung erfaßt, anstatt die Wechselleistungs-Zuführungsspannung zu erfassen, und über einen Filter in ein sinusförmiges Wellensignal umgeformt, um sie als die Wechselleistungs-Zuf ührungsspannung zu nutzen.

Claims

1.· Leistungs-Zuführvorrichtung, die

einen PWM-Umformer, der eine Wechselleistungs-Zuführungsspannung in eine Gleichspannung umformt,

einen über den Gleichstrom-Ausgangsanschlüssen des genannten PWM-Umformers geschalteten Kondensator, einen über den genannten Gleichstrom-Ausgangsanschlüssen geschalteten Umformer und

einen Spannungsvergleicher aufweist, der einen Sollwert der genannten Gleichspannung mit einem praktischen Wert vergleicht und ein Spannungs-Abweichungssignal erzeugt, wobei der genannte PWM-Umformer, wenn der genannte praktische Wert den genannten Sollwert überschreitet, so gesteuert wird, daß er die nacheilende Blindleistung verbraucht.

2. Leistungs-Zuführvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte Vorrichtung aufweist:

einen Spannungsdetektor, der die genannte Wechselleistungs-Zufuhrungsspannung erfaßt;

einen Phasenschieber, der die Phase eines vom genannten Spannungsdetektor erfaßten Wechselleistungs-Zuführungsspannungssignals abhängig von der Polarität des genannten Spannungs-Abweichungssignals auf die voreilende Seite oder auf die nacheilende Seite verschiebt;

einen Strom-Anweisungsschaltkreis, der das Wechselleistungs-Zuführungsspannungssignal, dessen Phase vom genannten Phasenschieber verschoben ist, mit dem genannten Spannungs-Abweichungssignal multipliziert, um ein Strom-Anweisungssignal zu erzeugen; und

einen Schlag-Steuerschaltkreis, der den Schlagbetrieb des genannten PWM-Umformers in Abhängigkeit vom genannten Strom-Anweisungssignal steuert.

3. Leistungs-Zuführvorrichtung nach Anspruch 2,

wobei der genannte Phasenschieber das Wechselleistungs-Zu'-führungsspannungssignal um einen vorgegebenen Winkel verschiebt.

4. Leistungs-Zuführvorrichtung nach Anspruch 2,

wobei der genannte Phasenschieber den Winkel der Phasenverschiebung für das Wechselleistungs-Zuführungsspannungssignal in Abhängigkeit von der Größe des Spannungs-Abweichungssignals verändert.

5. Leistungs-Zuführvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte Vorrichtung aufweist:

eine Blindstrom-Anweisungseinrichtung, die ein Blindkomponenten-Steuersignal erzeugt, das die Größe der Blindkomponente in einem in den genannten PWM-Umformer fließenden Eingangs-Wechselstrom vorgibt; ■■

einen Transformator, der die genannte Wechselleistungs-Zuführspannung erfaßt und der eine erste Spannung mit derselben Phase wie die Leistungs-Zuführspannung sowie eine zweite Spannung mit einer sich um 90° von der Leistungs-Zuführspannung unterscheidenden Phase erzeugt; eine Strom-Anweisungseinrichtung, die die erste Spannung mit dem genannten Gleichspannungs-Abweichüngssignal multipliziert, um ein Wirkkomponenten-Anweisungssignal zu erhalten, die die zweite Spannung mit dem genannten Blindkomponenten-Steuersignal multipliziert, um ein Blindkomponenten-Anweisungssignal zu erhalten, und die das genannte Wirkkomponenten-Anweisungssignal und das genannte Blindkomponenten-An-. Weisungssignal zusammen addiert, um ein Strom-^Anweisungssignal zu erzeugen; und

eine Schlag-Steuereinrichtung, die den Schlagbetrieb des genannten PWM-Umformers in Abhängigkeit vom genannten Strom-Anweisungssignal steuert.

6. Leistungs-Zuführvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die genannte Blindstrom-Anweisungseinrichtung den SoIlwert der Eingangs-Wechselspannung des genannten PWM-Umformers mit dem praktischen Wert vergleicht und das Spannungs-Abweichungssignal als ein Blindkomponenten-Steuersignal erzeugt.

Ah/bi