DE3529591A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines wechselrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, insbesondere eines gepulsten Wechselrichters, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein gepulster Wechselrichter ist ein Wechselrichter mit vorgegebenem Eingangs-Gleichstrom oder Eingangs-Gleichspannung, an dessen Ausgängen eine Strom- oder Spannungsgrundschwingung in Form einer breitmodulierten Pulsfolge höherer Pulsfolgefrequenz erzeugt wird.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Betrieb einer Drehfeldmaschine, der anhand von Fig. 1 am Beispiel einer feldorientierten Regelung schematisch dargestellt ist. In der Drehfeldmaschine 1 soll dabei ein Flußsollwert F* dadurch aufrechterhalten werden, daß der als Vektor i aufgefaßte) Ständerstrom eine dem Fluß proportionale feldparallele Komponente if* als Magnetisierungsstrom eingeprägt wird, während die feldsenkrechte Komponente des Stromes als Wirkstrom durch einen Drehmomentsollwert M* vorgegeben wird. Für diesen in kartesischen Koordinaten berechneten feldorientierten Sollstromvektor kann mittels eines kartesisch/polaren Koordinatenwandlers der Strombetrag I* sowie sein Richtungswinkel wif* bezüglich der Feldachse berechnet werden, um daraus mittels eines Strombetrag-Reglers und eines Winkelreglers oder einer anderen Entkopplungsschaltung eine Steuergröße U* für die Amplitude sowie eine Steuergröße f* für die Frequenz als Kenndaten einer Sollkurve U(t)* für Strom oder Spannung des Wechselrichters zu erzeugen.

Diese in der digitalen Regeleinrichtung CU ermittelten Kenndaten für Amplitude und Frequenz werden als Steuergrößen dem Steuersatz eines Umrichters eingegeben, mit dem der Ständerwicklung der Drehfeldmaschine 1 eine entsprechende Umrichter-Ausgangsspannung eingeprägt wird. Der in der beschriebenen Regeleinrichtung CU enthaltene Winkelregler kann dabei auch in den Steuersatz verlagert sein, der dann anstelle eines Frequenzsteuereingangs einen Phasensteuereingang aufweist. Für manche Anwendungen sind Steuersätze mit einem Frequenzsteuereingang und einem eigenen Phasensteuereingang bekannt, wobei dann, ausgehend vom am Frequenzsteuereingang eingegebenen Steuerwert, die Sollfrequenz f* vorübergehend verstellt wird, bis die Sollspannung U(t)* die vorgegebene Soll-Phasenlage annimmt.

Die von der Regeleinrichtung CU benötigten Istwerte für den Strombetrag und den Winkel wif zwischen Strom und Feldachse werden von einem Istwertrechner CAL gebildet, der im dargestellten Beispiel einen Flußrechner enthält, der aus den elektrischen Größen der Ständerwicklung und ggf. auch aus dem Stellungswinkel wL des Läufers oder der Läuferdrehzahl den Richtungswinkel wf der Flußachse berechnet. Werden aus den drei Istwerten des Systems der Ständerströme die beiden kartesischen Komponenten des Stromvektors berechnet, die nach einer kartesisch-polaren Koordinatenwandlung den Richtungswinkel wi des Ständerstromes bezüglich der Ständerachse festlegen, so ergibt der Differenzwinkel wi-wf den feldorientierten Richtungswinkel wif. Der Sollwert if* für die dem Fluß proportionale flußparallele Ständerstromkomponente kann dabei, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, von einem überlagerten Flußregler geliefert werden, während der Drehmomentsollwert M* von einem Drehzahlregler aus der Regelabweichung des (z. B. durch Differenzieren des Läuferstellungswinkels wL gewonnenen) Drehzahlistwert von einem entsprechenden Sollwert fL* bestimmt werden kann, wobei dieser Drehzahlsollwert z. B. von einem überlagerten Winkelregler gebildet werden kann, wenn die Läuferstellung z. B. bei einem Schrittmotor auf einen Sollwert wL* eingeregelt werden soll.

Aufgrund der elektrischen Trägheit der Maschine 1 ist z. B. am elektrischen Anschluß R für den Maschinenstrom nur ein gemittelter Wert der anliegenden, von einem Wechselrichter INV bereitgestellten Spannung UR wirksam. Für diese geglättete Spannung kann durch die aus den Meßwerten ermittelten Steuergrößen U* und f* die Sollspannung UR(t)* errechnet werden, deren Amplitude Uo* bzw. Kurvenform uo(t)* eine Funktion von U* bzw. f* ist. Soll eine sinusförmige Spannung erzeugt werden, so ist für den in Fig. 2 gezeigten stationären Fall zu setzen: Für die an den Anschlüssen S und T anliegenden Spannungen gilt entsprechend: Die Sollspannungen werden durch Pulsbreitenmodulation in digitale Signalfolgen SR, SS und ST umgewandelt. Im Beispiel der Fig. 1 ist die digitale Signalfolge SR durch die Impulse SR der Fig. 2 gegeben, die durch Abtasten der Sollspannung UR(t)* mit der Modulationsspannung up(t) gemäß bestimmt werden, wobei up(t) eine Dreieckspannung oder Sägezahnspannung mit einer Amplitude ist, die im Allgemeinen konstant vorgegeben wird, aber auch an die jeweilige dem Wechselrichter vorgegebene Eingangsgleichspannung UD angepaßt werden kann. Wird mit T = 2π/fp die Periode der durch die Pulsfolgefrequenz fp vorgegebenen Modulationsfrequenz bezeichnet, so sind die Impulsflanken durch die Zeitpunkte t1 = n·T + T1 und t2 = (n+1/2)·-T + T2 gegeben, für die gilt: Mittelt man das Binärsignal SR in der ersten Modulations- Halbperiode (Dauer T/2) über die Impulsdauer T⁺ = T1 und die Impulspause T ^- = T/2 - T1, so ergibt sich für diesen Mittelwert Wird nun die dem Wechselrichter INV eingegebene Gleichspannung UD für die Impulsdauer T⁺ durch einen entsprechenden Wechselrichterschalter S 1 mit positivem und während der Dauer T ^- der Impulspause über einen entsprechenden Schalter S 2 mit negativem Vorzeichen auf den Maschinenanschluß R durchgeschaltet, so ergibt sich an diesem Anschluß der Spannungsistwert UR = UD·SR, für dessen Mittelwert in der ersten Halbperiode gilt: Der Mittelwert der Wechselspannung in dieser Periode nimmt also den durch UR(T1)* gegebenen Wert an. Das gleiche gilt auch für die zweite Halbperiode und den Zeitpunkt t2 sowie für die beiden anderen Wechselspannungen US und UT bzw. deren zugeordnete Sollwerte US* und UT*, Binärsignale SR und ST und Schalterpaare S 3, S 4 bzw. S 5, S 6.

Die Signale SR, SS und ST liefern also die Steuerimpulse für die alternierende Betätigung der jeweiligen Wechselrichter- Schalter. Sie werden im Beispiel der Fig. 1 aus äquidistanten Sollwerten U* sin ∫f*dt, U* sin (∫f*dt+2π/3) und U* sin (∫f*dt+4π/3) bestimmt. Ein Zeitgeber, der mit der Modulationsfrequenz fp = 2π/T angesteuert ist, liefert die Dreieckspannung up(t) mit der Amplitude UD, mit der die Spannungen UR*, US*, UT* abgetastet werden.

Die Abtastung geschieht entsprechend der Beziehung (4) mittels Schwellwertgliedern SWR, SWS, SWT. Anschließende Impulsformstufen IFR, IFS, IFT liefern die Steuerspannungen für die Schalter, die in diesem Fall aus zwangslöschbaren Halbleiterventilen, z. B. Schalttransistoren, mit antiparallelen Freilaufdioden bestehen. Nicht dargestellt ist, daß die Impulsformerstufen in der Regel Verriegelungen enthalten, damit z. B. nach Sperren des Schalters S 1 (Zeitpunkt t1) der Schalter S 2 noch gesperrt bleibt, bis der Schalter S 1 seine vollständige Sperrfähigkeit erreicht hat und somit die Eingangsgleichspannung nicht kurzgeschlossen werden kann.

Die Impulsflanken von SR, SS und ST in Fig. 2 geben somit jeweils die Zeitpunkte an, bei denen der Strom in einem der Drehstromanschlüsse von einem Schalter auf den anderen Schalter kommutiert. Bei diesen Kommutierungen treten transiente Zustände auf, die jeweils zu Stromspitzen führen, wie dies für den Istwert IR des Stromes im Anschluß R in Fig. 2 dargestellt ist. Für die Berechnung der Steuergrößen U* und f* wirken diese Stromspitzen störend und sollten durch entsprechende Filter bei der Istwerterfassung unterdrückt werden. Derartige Filter verursachen aber Totzeiten und Phasenverschiebungen, durch die die an sich statisch und dynamisch sehr genaue Regelung der Maschine gestört werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb eines Pulswechselrichters anzugeben, bei dem kommutierungsbedingte Stromspitzen bei der Istwerterfassung auf eine Weise unterdrückt werden, die zu keinen die istwertabhängige Steuerung oder Regelung der Spannung verfälschenden Phasenverschiebungen führen.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, daß die Anzahl dieser Stromspitzen pro Modulationsperiode - wie aus den Impulsflanken der Primärsignale SR, SS und ST der Fig. 2 ersichtlich ist - bei gegebenem Frequenzverhältnis fp: f* konstant ist (sofern die jeweils eine vorgegebene Mindestzeit unterschreitenden Pulsbreiten oder Pulslücken unterdrückt werden). Bezüglich bestimmter Phasenlagen, insbesondere den zu maximalem und minimalem Wert von up(t) gehörenden Phasenlagen m·T/2 (m = 0,1,. . .) sind die Phasenlagen der Schaltflanken annähernd symmetrisch und ihre Einflüsse auf den zu diesen Phasenlagen vorliegenden Strom-Istwert sind ungefähr gleich.

Daher wird die zugrunde gelegte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Modulationsspannung up(t) mit der Modulationsfrequenz fp in Fig. 2 bestimmt somit nicht nur die Pulsdauerverhältnisse für den gepulsten Betrieb des Wechselrichters, sondern beeinflußt auch die Erfassung der Strom-Istwerte so, daß diese stets bei einer bestimmten vorgegebenen Phasenlage innerhalb der Perioden (T) der Modulationsfrequenz abgetastet werden. So wird z. B. in Fig. 2 jeweils beim Beginn einer Modulationsperiode (Impuls "Start") oder in der Mitte einer Periode (Impuls "int") der Momentanwert des Ist-Stromes abgelesen und zur Bestimmung von U* und f* verwendet. Es können aber besonders vorteilhaft auch integrale Abtastverfahren benutzt werden, bei denen jeweils der Strom-Momentanwert über eine oder mehrere ganze Halbperioden der Modulationsfrequenz integriert und das jeweils gebildete Integral als Meßwert der Bestimmung von U* und f* zugrunde gelegt wird. Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere zur digitalen Durchführung des Verfahrens, sowie Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Anhand von zwei Ausführungsbeispielen und drei weiteren Figuren ist die Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 die bereits beschriebene feldorientierte Regelung einer Drehfeldmaschine, die von einem Pulswechselrichter gespeist wird,

Fig. 2 das bereits beschriebene Pulsverfahren zum Betrieb des Umrichters mit den Zeitpunkten und Phasenlagen für die Abtastung des Momentanwertes des Ist-Stromes,

Fig. 3 schematisch eine erste, zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 2 vorgesehene Vorrichtung,

Fig. 4 schematisch eine zweite Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, und

Fig. 5 Strom, Spannungssollwert sowie Steuerimpulse beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 4.

Gemäß Fig. 3 werden die Sollwerte für Amplitude und Frequenz und/oder Phasenlage der Ausgangsspannung wieder durch eine Regeleinrichtung CU bestimmt, wie sie z. B. in Fig. 1 genauer dargestellt ist. Diese Sollwerte werden in Abhängigkeit von Strom-Istwerten berechnet, die von einer Abtasteinrichtung 2 gebildet werden, wobei Fig. 3 nur die für den Wechselrichter-Ausgang R (Strom-Istwert IR und das Binärsignal SR) wesentlichen Teile genauer wiedergibt. Die Abtastvorrichtung 2 enthält dabei einen Steuereingang zur Bestimmung der Abtastzeitpunkte. Vorteilhaft enthält die Abtastvorrichtung eine Speicherschaltung, in Fig. 3 als "sample and hold"-Schaltung ausgebildet, und einen Analog/Digital-Umsetzer.

Im Prinzip genügt es, diesen Steuereingang über eine Steuerleitung so mit dem Zeitgeber CLK der Fig. 1 zu verbinden, daß es z. B. beim Minimalpunkt (Phasenlage n·T) und/oder beim Maximalpunkt (Phasenlage (n+1/2)·T) der durch die Modulationsfrequenz fp gegebenen Modulationsspannung up(t) angesteuert wird. Die dann vorliegenden Ist-Werte IR, die in Fig. 2 als besondere Meßpunkte markiert sind, entsprechen praktisch der Grundschwingung des Stromes und sind von kommutierungsbedingten Stromspitzen weitgehend unbeeinflußt. Sie werden bei der Ausbildung der Abtasteinrichtung 2 nach Fig. 3 in die sample- eingelesen und stehen als analoger bzw. nach Umsetzung als digitaler Istwert bis zum nächsten Abtastvorgang zur Verfügung, woraus dann die Regeleinrichtung CU die Kenndaten der Sollspannung (U* und f*) bestimmt.

Das Meßintervall, d. h. der Abstand der Abtastzeitpunkte, ist also durch die Modulationsfrequenz vorgegeben und beträgt eine ganze Modulationsperiode, wenn jeweils nur beim Minimalwert oder nur beim Maximalwert von up(t) abgetastet wird, bzw. eine Halbperiode, wenn bei jedem Extremalpunkt abgetastet wird. Dies bedeutet zwar für die Istwerterfassung eine bestimmte Totzeit, die aber ohne Bedeutung ist, da die Totzeit der gesamten Vorrichtung durch das Pulsverfahren selbst bestimmt ist, das gemäß den Beziehungen (7) und (8) auf einer Mittelwertbildung über eine volle Halbperiode beruht. Man kann aber die Genauigkeit der Istwerterfassung durch eine Mittelwertbildung noch weiter verbessern, indem z. B. die Regeleinrichtung CU das arithmetische Mittel zweier nacheinander eingelesener Meßwerte bildet und zur Berechnung der Kenndaten weiterverwendet.

Bei der Ausbildung des Steuersatzes nach Fig. 1 wird aus diesen Kenndaten eine stetige Kurve mit der gewünschten, z. B. sinusförmigen Form gebildet und anschließend mit der Dreieckspannung up(t) abgetastet. Insbesondere für eine digitale Verarbeitung ist es häufig vorteilhafter, wenn als Sollkurve UR(t)* in Beziehung (4) eine diskontinuierliche Funktion eingesetzt wird, die jeweils für eine Halbperiode (oder eine Ganzperiode) einen entsprechend den Kennwerten U*, f* ermittelten, konstanten Mittelwert annimmt.

Eine derartige, eine sinusförmige Kurve annähernde Treppenkurve (t)* ist in Fig. 5 dargestellt. Die Dauern, in denen diese Treppen-kurve jeweils ein konstantes Niveau aufweist, sind dabei vorzugsweise gleich den Zeitintervallen, in denen von der Abtasteinrichtung 2 jeweils der eingelesene Momentanwert gespeichert wird, so daß zwischen den Abtastzeitpunkten des Istwertes und den Zeitpunkten, bei denen jeweils der Wert (t)* verändert wird, eine feste Phasenkorrelation bezüglich des Modulationstaktes besteht. Ist diese Dauer gleich einer Vollperiode des Modulationstaktes, so entsteht dabei ein jeweils gegenüber dem Periodenmittelpunkt symmetrisches Pulsmuster, dessen Mittelwert über eine Periode gleich dem entsprechenden Mittelwert der Sollspannung-Grundschwingung ist. Es kann aber natürlich anstelle einer sinusförmigen Grundschwingung auch jede andere Kurvenform auf diese Weise treppenförmig angenähert werden.

Für die damit erzwungene Symmetrie des Pulsmusters gilt T2 = T/2 - T1, wobei T1/T und T2/T jeweils die Phasenlage der Schaltflanken des Binärsignals SR angibt. Wird die Modulationsfrequenz fp = 2π/T des Zeitgebers CLK gleichzeitig mit der Sollspannung (t)* von einem Pulsbreitenrechner (Steuereinrichtung PWC) errechnet, so geben die Pulsbreitenverhältnisse (T1/T und T2/T) die Impulsdauern und damit die Schaltflanken von SR in einer zeitunabhängigen, nunmehr auf die Modulationsfrequenz bezogenen Phasenskala wieder. Entsprechend ist in Fig. 3 der Zeitgeber CLK über einen Steuereingang mit dem Pulsbreitenrechner PWC verbunden und der Pulsbreitenrechner gibt jeweils zu Beginn eines Modulationstaktes die Pulsbreitenverhältnisse in einen Speicher CP, dessen Ausgang zusammen mit der Modulationsspannung up(t) einem Kaparator COM zur Bildung von SR zur Verfügung gestellt wird. Mit dem jeweils zu Beginn eines Modulationstaktes abgegebenes Startsignal "start" wird dabei sowohl das Abtasten der Strom-Istwerte wie die Vorgabe eines neuberechneten Pulsbreitenverhältnisses getriggert.

Die Verwendung des Pulsbreitenrechners PWC ermöglicht es, nunmehr für jede Halbperiode der Modulationsfrequenz statt einer einzigen Schaltflanke auch mehrere Schaltflanken durch ihre Phasenlagen bezüglich des Modulationstaktes festzulegen. Dadurch können beliebige Pulsmuster erzeugt werden, deren Oberwellengehalt bezüglich der Modulationsfrequenz optimiert werden kann, während der Mittelwert von SR in jeder Periode nach wie vor gleich dem Mittelwert der gewünschten Sollspannung vorgegeben werden kann. Insbesondere ist es dabei auch möglich, für verschiedene Betriebsbereiche unterschiedliche Modulationsverfahren und Pulsmuster vorzugeben. So kann z. B. für hohe Frequenzen f* auf ein niedrigeres Frequenzverhältnis fp/f* mit weniger Umschaltungen pro Modulationsperiode übergegangen werden.

In Fig. 5 ist angenommen, daß beim Wert ∫fp · dt= 4π vom Pulsbreitenrechner PWC die Modulationsfrequenz fp herabgesetzt wird. Dies entspricht z. B. dem Zustand, daß die Regeleinrichtung eine geringere Frequenzsteuergröße f* vorgibt. Dadurch vergrößern sich die durch den jeweiligen Befehl "start" gegebenen Zeitabstände für die Abtastung des Stromistwertes IR sowie die Pulsbreiten von SR; die Phasenlagen der Abtastzeitpunkte und der Schaltflanken bezüglich des Modulationstaktes bleiben jedoch erhalten.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Fall ist kein ganzzahliges Frequenzverhältnis fp angenommen. Die Kurve (t)* verläuft daher insofern unsymmetrisch zum Maximalwert der ungeglätteten Sollspannung, als links vom Maximalwert der ungeglätteten Kurve U* sin ∫f*dt andere Spannungsniveaus errechnet werden als rechts. Da sich außerdem bezüglich der durch fp vorgegebenen Phase der Modulationsfrequenz die Phasenlagen der Nulldurchgänge der ungeglätteten Sollspannung ständig ändern, ergibt sich daraus, daß das aus (t)* bestimmte Pulsmuster SR eine Istspannung erzeugt, die nicht phasenstarr auf die ungeglättete Sollspannung synchronisiert ist, sondern gewisse Schwebungen aufweist.

Da diese Schwebungen vor allem bei niedrigen Frequenzverhältnissen f*/fp störend wirken können, ist eine Synchronisierung der Modulationsfrequenz auf die durch f* bestimmte ungeglättete Sollspannung vorteilhaft. Eine derartige Synchronisierung wird durch ganzzahlige Verhältnisse von fp/f* erzwungen. Bei einer Änderung von f* wird also gleichzeitig auch fp entsprechend geändert. Z. B. kann der Zeitgeber bei bestimmten Phasenlagen einen Synchronisierbefehl auf einen Interrupt-Eingang des Pulsbreitenrechners PWC geben, bei dem dann die Werte für (t)*, f* und fp aktualisiert und neue Pulsbreitenverhältnisse für die folgende Modulationsperiode ausgegeben werden. Ein derartiger Interrupt-Befehl kann z. B. von der Schaltflanke int (n-1) des Binärsignals SR in Fig. 5 abgegeben werden. Abweichend von Fig. 5 wird die Synchronisierung vorteilhaft so vorgenommen, daß ein Nulldurchgang der modulierten Sollspannung U* sin (f*dt) jeweils mit dem Start einer neuen Modulationsperiode zusammenfallen soll.

Der Zeitgeber CLK ist vorteilhaft ein Impulsgeber, der seine Impulse über den Bus an einen als Komparator dienenden Zähler CT (Fig. 5) für jede Ausgangsspannung abgibt. Die Funktion der Vorrichtung nach Fig. 4 sei im folgenden anhand von Fig. 5 näher erläutert.

Ein im Impulsgeber CLK integrierter Zählbaustein oder ein anderer Zähler der Vorrichtung erzeugt jeweils nach einer Anzahl von Zeitimpulsen, die entsprechend dem Frequenzverhältnis fp/f* und der Sollfrequenz f* vom Pulsbreitenrechner PWC errechnet sind und der Dauer einer Halbperiode des Modulationstaktes entsprechen, abwechselnd einen Interruptbefehl "int" und einen Startbefehl "start". Z. B. bei einem Interruptbefehl "int" (n-1) berechnet der Pulsbreitenrechner PWC aus von der Regeleinrichtung CU bereitgestellten Kenndaten (U*, f*) das Pulsbreitenverhältnis als Zählwort für eine entsprechende Anzahl von Taktimpulsen des Impulsgebers CLK. Dieses Zählwort steht beim Befehl "start" (n) am Eingang eines Zählers CT zur Verfügung, der dann durch Herabzählen dieses Zählworts bis auf Null oder durch einen ähnlichen Zählvorgang den Zeitpunkt für die entsprechende Schaltflanke von SR ermittelt. Mit L ist ein weiterer, gegebenenfalls auch in Hardware ausgeführter Baustein angedeutet, der z. B. die bereits erwähnte gegenseitige Verriegelung der Schalter S 1 und S 2 in Fig. 1 sowie eine Überwachung vorgegebener Mindestimpulsbreiten vornehmen kann.

Gleichzeitig mit diesem Startbefehl wird auch in der Regeleinrichtung CU die Übernahme der Istwerte aus der Abtasteinrichtung 2′ getriggert, so daß die Regeleinrichtung beim nächsten Interruptbefehl int (n) die Kenndaten der Sollspannung dem Pulsbreitenrechner PWC zur Verfügung stellen kann. In Fig. 5 ist dabei angenommen, daß die mit "start" (n) eingelesenen Istwerte und mit "int" (n) bereitgestellten Kenndaten der Sollspannung den bereits erwähnten Übergang auf eine niedrigere Sollfrequenz f* erfordern.

Die von der Regeleinrichtung CU verarbeiteten Meßwerte werden bei der in Fig. 2 gezeigten Abtastvorrichtung 2′ in einem integrierenden Abtastverfahren gebildet, das einen Mittelwert über eine oder mehrere ganze Halbperioden durchführt. Wird insbesondere, wie der Verlauf des Strom- Momentanwertes IR(t) in Fig. 5 zeigt, über zwei aufeinanderfolgende Halbperioden gemittelt, so heben sich die Einflüsse der einzelnen Kommutierungsstromspitzen auf.

Zu diesem Zweck wird bei dem erwähnten Impuls "start" (n) ein Integrator INT rückgesetzt, der die Impulse eines als Analog/Digital-Umsetzer dienenden, vom Momentanwert IR(t) gesteuerten Frequenzgenerators FG dient. Ferner wird die berechnete Periodendauer T des Modulationstaktes einem dem Integrator nachgeschalteten Dividierer zugeführt, der somit beim nächsten Befehl "start" (n+1) das durch die Periodendauer dividierte, in Fig. 5 als gestrichelte Fläche dargestellte Stromintegral bildet. Dadurch steht beim Befehl "start" (n+1) das auf die Periodendauer normierte Stromintegral (n) am Eingang der Regeleinrichtung CU zur Verfügung, während gleichzeitig der Integrator INT erneut rückgesetzt wird. Dieser Strommittelwert führt dann beim nächsten Interruptbefehl int (n+1) zu neuen Sollwerten U* und f* und beim Befehl start (n+2) zu neuen Pulsbreitenverhältnissen.

Während die Regeleinrichtung CU entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall vollkommen unterschiedlich und für umfangreiche Regel- und Steuervorgänge ausgelegt sein kann, braucht der als Steuereinrichtung dienende Pulsbreitenrechner PWC lediglich aus Pulsmustern, die für verschiedene Werte für U* und f* vorgegeben (z. B. eingespeichert) sind, die jeweils benötigten Pulsdauerverhältnisse auszuwählen. Er kann daher sehr einfach als Prozessor, z. B. Ein-Chip-Prozessor ausgebildet sein. Echtzeit-Überwachungen, wie sie sonst zur Bildung von Wechselrichter-Steuerimpulsen nötig sind, werden nicht vom Prozessor, sondern von den vom Zeitgeber CLK angesteuerten Zählern CT ausgeführt. Es steht somit auch ein einfacher Steuersatz zur Verfügung, mit dem die gemäß der Erfindung ebenfalls aufwandsarme Abtasteinrichtung kombiniert werden kann.

Die hier anhand einer pulsbreitenmodulierten Spannung dargestellte Erfindung ist ebenso auch auf eine Pulsbreitenmodulation der Wechselrichterströme anwendbar.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb eines gepulsten Wechselrichters (INV), wobei Meßwerte (IR) des Wechselrichter-Stroms erfaßt und die Steuerimpulse (SR, SS, ST) für die Wechselrichter- Schalter (S 1, . . . .S 6) aus einer hochfrequenten Modulationsfrequenz (fp) und einem aus den Meßwerten bestimmten Pulsdauerverhältnis (T ₁/T) abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt ("start") der Meßwerterfassung durch eine vorgegebene, auf die Modulationsfrequenz (fp) bezogene Phasenlage (n·2π) innerhalb der Modulationsperioden (T) bestimmt wird (Fig. 2, Fig. 5).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Pulsdauerverhältnisse mit den für die Zeitpunkte der Meßwerterfassung vorgegebenen Phasenlagen (n·T) korreliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Meßwert der jeweils über eine oder mehrere ganze, vorzugsweise zwei aufeinander folgende ganze Halbperioden der Modulationsfrequenz gemittelte Strom-Momentanwert erfaßt wird (Fig. 5).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenz auf eine vorgegebene Frequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung (UR(t)) synchronisiert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
a) eine Abtasteinrichtung (2) für den Wechselrichterstrom mit einem Steuereingang ("start") zur Bestimmung der Abtastzeitpunkte,
b) eine Regeleinrichtung (CU) zur Bestimmung von Sollwerten für Amplitude (U*) und Frequenz (f*) und/oder der Phasenlage der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes in Abhängigkeit der erfaßten Meßwerte des Wechselrichterstroms,
c) eine nachgeschaltete Steuereinrichtung (PWC) zur Berechnung der Pulsdauerverhältnisse (T ₁/T),
d) einen Zeitgeber (CLK), der jeweils nach einem vorgegebenen, die Periodendauer der Modulationsfrequenz bestimmenden Zeitintervall (T) einen Abtastbefehl ("start") auf den Steuereingang der Abtastvorrichtung gibt, und
e) an den Zeitgeber (CLK) angeschlossene Mittel (CP, COM) zur Erzeugung von Steuerimpulsen für die Wechselrichterschalter mit Impulsflanken, deren Phasenlage innerhalb der Periodendauer durch die berechneten Pulsdauerverhältnisse bestimmt sind (Fig. 3, Fig. 4).

6. Digitale Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen von der digitalen Steuereinrichtung entsprechend einer berechneten Modulationsfrequenz angesteuerten Steuereingang des Zeitgebers (Fig. 3, Fig. 4).

7. Digitale Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen vom Zeitgeber mit einem auf die Abtastbefehle abgestimmten Interruptbefehl angesteuerten Interrupteingang der Steuereinrichtung zum Triggern der Berechnung der Pulsdauerverhältnisse (Fig. 4).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Abtastvorrichtung eine Speicherschaltung (S, INT) und einen Analog/Digital-Umsetzer (A/D, FG) enthält (Fig. 3, Fig. 4).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Umsetzer einen von Momentanwerten des Stromes gesteuerten Impulsgenerator (FG) enthält und daß dem Impulsgenerator ein von den Abtastbefehlen rücksetzbarer Zähler (INT) mit einer durch eine oder mehrere Halbperioden oder vorzugsweise eine ganze Periode der Modulationsfrequenz vorgegebenen Zähldauer nachgeschaltet ist, dessen durch die Zähldauer dividierter, jeweiliger Endstand als digitaler Meßwert auslesbar ist (Fig. 4).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Prozessor mit Speicher ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber ein Impulsgeber ist, und daß die Mittel zur Erzeugung der Steuerimpulse Zähler (CT) für die Impulse des Impulsgebers enthalten und nach von den Pulsdauerverhältnissen bestimmten Zählschritten einen Steuerbefehl für die Wechselrichterschalter auslösen (Fig. 4).