DE4439932C2

DE4439932C2 - Wechselrichtervorrichtung

Info

Publication number: DE4439932C2
Application number: DE19944439932
Authority: DE
Inventors: Takao Kawabata; Hidenori Kohmo; Masahiko Akamatsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2014-11-09
Also published as: JP3352182B2; CN1102919A; DE4439932A1; JPH07135797A; CN1041780C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselrichter, der ein Element in einer Ausführung mit selbsttätiger Licht bogenlöschung, wie zum Beispiel einen Transistor oder einen GTO-Thyristor (Gate-Abschalt- bzw. Gate-turn-off-Thyristor) verwendet, und insbesondere eine Wechselrichtervorrichtung, die als Vielfachwechselrichter bezeichnet wird und zum An steuern eines Wechselstrommotors, wie zum Beispiel eines Asynchronmotors oder eines Synchronmotors, verwendet wird, der eine Betriebsart verwendet, in welcher die Ausgangssi gnale einer Vielzahl von Wechselrichtern zusammengesetzt wer den, um die Ausgangsleistung zu erhöhen und die höheren Har monischen in der Ausgangsspannungswellenform zu reduzieren.

Die Fig. 8A und 8B zeigen schematische Anordnungen ei nes herkömmlichen einen GTO-Thyristor verwendenden Viel fachwechselrichter zum Ansteuern eines Wechselstrommotors.

In den Darstellungen stellen die durch vereinfachte Kä sten gezeigten Wechselrichter 40, 41 typische Dreipha sen/Zweipunktwechselrichter dar, wie sie in Fig. 9A gezeigt sind.

Fig. 8A zeigt einen Vielfachwechselrichter, der Strom von einer Gleichstromquelle 44 in den zwei den GTO-Thyristor ver wendenden Zweipunktwechselrichtern 40 und 41 in Spannungsaus führung in Wechselstrom wandelt und die sich ergebenden Aus gangssignale an den Sekundärseiten von Übertragern 42 und 43 seriell zusammensetzt. Ein bevorzugtes Verfahren, die höheren Harmonischen in einer Ausgangsspannungswellenform zu reduzie ren, besteht darin, eine Schaltfrequenz des GTO-Thyristors von ungefähr 500 Hz bezüglich einer Ausgangssignalfrequenz des Wechselrichters, die sich von 0 bis 50 Hz erstreckt, auszu wählen und eine 180°-Phasenverschiebung zwischen den 500 Hz- Trägerwellen vorzusehen, um das zeitliche Schaltverhalten der jeweiligen Wechselrichter zu bestimmen. In diesem Fall ist es möglich, eine ausgezeichnete Ausgangsspannungswellenform zu liefern. Wenn die Frequenz des Ausgangssignals jedoch in der Nähe von 0 Hz liegt, kann eine ausreichende Ausgangsspannung aufgrund der Sättigung des magnetischen Flusses des Transfor mators nicht erreicht werden. Es ist somit nicht möglich, für Frequenzen des Ausgangssignals von 5 Hz oder weniger, ein ausreichendes Drehmoment sicherzustellen. Desweiteren benö tigt eine solche Vorrichtung zwei Transformatoren, was zu den Problemen eines hohen Preises und einer großen Abmessung führt. Außerdem hat die Vorrichtung darin einen Vorteil, daß der Wechselrichter eine Hochspannung von 3 oder 6 kV ausgeben kann, um die Hochspannung an einen Elektromotor anzulegen. Deshalb wird die Vorrichtung häufig als ein Wechselrichter verwendet, der eine Hochdruckpumpe oder einen Kompressor an steuert, kann aber in dem Fall nicht verwendet werden, bei dem eine ausgezeichnete Ausführbarkeit der Drehmomentsteue rung in der Nähe von 0 Hz wichtig ist, um zum Beispiel ein Walzwerk für Eisen oder Stahl zu betreiben.

Es gibt ein anderes Verfahren, das für den Fall geeignet ist, bei dem eine ausgezeichnete Ausführbarkeit der Drehmo mentsteuerung in der Nähe von 0 Hz wichtig ist, um zum Bei spiel ein Walzwerk für Eisen oder Stahl zu betreiben. In den letzten Jahren hat sich die Aufmerksamkeit auf eine in Fig. 8B gezeigte Schaltung gerichtet, die ein Verfahren für Viel fachwechselrichter durchführt, mit dem eine ausreichende Aus gangsspannung bei einer Frequenz des Ausgangssignals in der Nähe von 0 Hz erzielt werden kann. Aktive Forschung und Ent wicklung sind bei dieser Schaltung fortgeschritten, wie es zum Beispiel aus "Large Capacity GTO Drive System operated on Unity Power Factor and Sinusoidal Ware Form Line Current", Hitachi Hyoron, Band 75, Nr. 6, Seite 31-34 (1993-5) hervor geht.

In der Schaltung werden Saugdrosseln 45, 46 und 47 ver wendet, um die Ausgangssignale aus den zwei den GTO-Thyristor verwendenden Dreiphasen/Zweipunktwechselrichtern 40, 41 in Spannungsausführung zusammenzusetzen. Es ist hier möglich, die höheren Harmonischen in der Ausgangsspannung zu reduzie ren, indem eine 180°-Phasenverschiebung zwischen den Träger wellen der Wechselrichter bezüglich der Schaltfrequenz des GTO-Thyristors von ungefähr 500 Hz vorgesehen wird, um ein wechselndes Schalten der beiden Wechselrichter zu erlauben. In dieser Schaltung wird nur eine einer Phasendifferenz zwi schen den beiden Trägerwellen entsprechende Spannung an die Saugdrosseln angelegt während keine Ausgangsgrundwellenkompo nente angelegt wird. Infolgedessen ist eine Sättigung des ma gnetischen Flusses der Drosselspulen selbst dann kaum zu be fürchten, wenn sich die Frequenz des Ausgangssignals in der Nähe von 0 Hz befindet, und es ist möglich, eine ausreichende Ausgangsspannung zu liefern.

Eine derartige Vorrichtung kann eine ausgezeichnete Aus gangsspannungswellenform liefern und kann auch in einem Nie derfrequenzbereich ein ausreichendes Drehmoment sicherstel len. Da die Vorrichtung drei Saugdrosseln benötigt, ergeben sich jedoch die Probleme eines hohen Preises, einer großen Abmessung, einer hohen Verlustleistung und eines elektromag netischen Rauschens aufgrund der an die Drosselspulen ange legten Schaltspannungswellenform.

Desweiteren verursacht in einem Parallel-Vielfachwechsel richter, der die Saugdrosseln beinhaltet, unbalancierter bzw. unsymmetrischer Strom die Sättigung der Drosselspulen, die daher mehr unsymmetrischen Strom liefern, was zu einer Be triebsunfähigkeit führt. Außerdem ist es notwendig, die glei chen Eigenschaften der Schaltungselemente, wie zum Beispiel des GTO-Thyristors, und eine Pulsweitenmodulations- bzw. PWM- Steuerschaltung für die beiden Wechselrichter vorzusehen und desweiteren ein Steuersystem für die Stromsymmetrie bereitzu stellen, was zu einer komplexen und teuren Vorrichtung führt.

Ein herkömmlicher Vielfachwechselrichter zum Ansteuern eines Wechselstromotors hat üblicherweise den zuvor darge legten Aufbau. Daher wird eine umfangreiche elektromagneti sche Ausstattung, wie zum Beispiel ein Transformator und eine Saugdrossel, benötigt, um das Ausgangssignal aus dem Wechsel richter zusammenzusetzen. Als Ergebnis ergeben sich Probleme einer Einbauanordnung, einer Wirkungsgradreduzierung, des elektromagnetischen Rauschens, einer niedrigen wirtschaft lichen Ausbeute und so weiter. Somit ist die obige Schal tungsbetriebsart nicht die am besten geeignetste für einen Wechselrichter zum Betreiben eines Walzwerks für Eisen oder Stahl, wo tausende von Kilowatt benötigt werden.

Aus IEEE Transactions on Industry Appl., Band 28, 1992, Heft 6, Seiten 1302 bis 1308, "A Multiple PWM GTO Line-Side Converter for Unity Power Factor and Reduced Harmonics", ist ein zu dem vorhergehend genannten Wechselrichter ähnlicher Wechselrichter beschrieben. Dieser parallelgeschaltete Wech selrichter wird aus einem einzigen Zwischenkreis gespeist, wobei hierbei gleichphasige Kreisströme möglich sind, die durch eine Ausgleichsregelung beherrscht werden.

Aus der DE 40 21 006 A1 ist eine Umrichteranordnung be kannt, bei der zwei Umrichter mit voneinander isolierten Gleichspannungsquelllen einen Drehstrommotor in offener Drei eckschaltung speisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Ausgangssignale von zwei Wechselrichtern ohne eine Saugdros sel zusammenzusetzen und eine größere Speicherkapazität und eine ausgezeichnete Ausgangsspannungswellenform in einem Mas senspeicher-Wechselrichter zum Ansteuern eines Wechselstrom motors zu liefern. Weiterhin soll es die vorliegende Erfin dung ermöglichen, auch in der Nähe von 0 Hz eine ausreichende Ausgangsspannung zu erzeugen, um ein gutes Drehmoment des Mo tors sicherzustellen. Desweiteren soll mit der vorliegenden Erfindung eine neue Betriebsart eines Vielfachwechselrichters geschaffen werden, in welcher zwei Wechselrichter, die unter schiedliche Eigenschaften aufweisen, ohne ein komplexes Steu ersystem verknüpfbar bzw. betreibbar sind, wodurch ein klei ner, wirtschaftlicher, hochwirksamer Wechselrichter ohne ein auf die Drosselspulen zurückzuführendes elektromagnetisches Rauschen erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Wechsel richtervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Er findung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Vielfachwechselrichter beinhaltet eine Wechselrichtereinheit, die einen in Fig. 9A gezeigten Dreiphasen/Zweipunktwechselrichter 50 oder einen in Fig. 9B gezeigten Dreipunktwechselrichter 51 verwendet. Demgemäß wird der Dreipunktwechselrichter im voraus beschrieben. Fig. 9B zeigt eine Schaltung, die rückwärtsleitende GTO-Thyristoren verwendet. Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 sind in Reihe zwischen einer positiven Elektrode P und einer negativen Elektrode N einer Gleichstromquelle angeschlossen, die einen neutralen Ausgangsanschluß aufweist. Ein Knoten zwischen S1 und S2 und ein Knoten zwischen S3 und S4 sind jeweils an den neutralen Anschluß der Gleichstromquelle über Dioden ange schlossen und ein Knoten zwischen S2 und S3 ist als ein Aus gangsanschluß U festgelegt. Während typische Zweipunktwech selrichter nur zwei Spannungspegel ausgeben können, z. B. po sitive und negative Spannung, kann diese Schaltung drei Span nungspegel ausgeben, wie folgt:

a) Positives Potential der Gleichstromquelle, wenn S1 und S2 im EIN-Zustand sind;
b) Nullpotential der Gleichstromquelle, wenn S2 und S3 im EIN-Zustand sind; und
c) Negatives Potential der Gleichstromquelle, wenn S3 und S4 im EIN-Zustand sind.

Als Ergebnis kann ein Dreiphasen/Dreipunktwechselrichter, der drei Sätze dieser Schaltungen beinhaltet, die höheren Harmonischen in der Ausgangsspannung besser reduzieren, als ein typischer Zweipunktwechselrichter.

Der in der Schaltung eingesetzte rückwärtsleitende GTO- Thyristor stellt ein Leistungshalbleiterelement dar, in wel chem ein typischer GTO-Thyristor und eine in Rückwärtsrich tung parallelgeschaltete Diode gemeinsam auf einem Silizium wafer untergebracht sind und das durch ein Symbol, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, dargestellt ist. Es versteht sich, daß andere Arten von Leistungshalbleiterelementen, wie zum Beispiel ein rückwärtssperrender GTO-Thyristor oder ein IGBT zusammen mit der in Rückwärtsrichtung parallelgeschalteten Diode verwendet werden können. Da in Fig. 9 sowohl der Drei punktwechselrichter, als auch der Zweipunktwechselrichter als Dreiphasenwechselrichter in Spannungsausführung dienen kann, werden zum Zwecke der Vereinfachung in den Darstellungen beide Schaltungen wie mit den in den Fig. 10A, 10B, 10C, 10D und 10E gezeigten Kästen dargestellt. Fig. 10A zeigt ei nen typischen Wechselrichter in Spannungsausführung, Fig. 10B zeigt einen GTO-Wechselrichter und Fig. 10C zeigt einen IGBT- Wechselrichter. Ähnlich zeigt Fig. 10D eine Dreiphasenbrüc kenschaltung, die eine Diode beinhaltet, und zeigt Fig. 10E eine Dreiphasenbrückenschaltung, die einen Thyristor beinhal tet.

Obgleich der Dreipunktwechselrichter den neutralen An schluß der Gleichstromquelle benötigt, kann in Betracht ge zogen werden, daß der Wechselrichter einen Kondensator be inhaltet, der einen neutralen Punkt bildet. Deshalb ist der neutrale Punkt zweckmäßigerweise weggelassen und ein Kasten, wie er in Fig. 10A bis 10E gezeigt ist, stellt den Dreipha senwechselrichter in Spannungsausführung dar.

Der Wechselrichter der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Ständerwicklung in offener Dreieckschaltung, um die Aus gangssignale von zwei Dreiphasenbrückenwechselrichtern zusam menzusetzen. Desweiteren ist ein erster Wechselrichter an den Seiten von Anschlüssen U₁, V₁ und W₁ angeschlossen und ist ein zweiter Wechselrichter an den Seiten von Anschlüssen U₂, V₂ und W₂ angeschlossen.

Dieser Aufbau ist mit Ausnahme von zwei Gleichstromquel len dem einer solchen Schaltung ähnlich, die zum Beispiel für eine in Fig. 11 gezeigte unterbrechungsfreie Stromversorgung verwendet wird. Gemäß Fig. 11 werden Ausgänge von Einphasen brückenwechselrichtern 20, 21 und 22 in einer Sternverbindung der Sekundärwicklungen der Einphasentransformatoren 23, 24 und 25 miteinander verbunden, wodurch eine höhere Harmonische dritter Ordnung aus der Ausgangsspannung beseitigt wird. Die Schaltungsanordnung in Fig. 11 kann als eine weitere Schal tungsanordnung dargestellt werden, die zwei Dreiphasenbrüc kenwechselrichter beinhaltet. Jedoch kann dieser Aufbau auf grund der folgenden Probleme nicht zum Ansteuern eines Motors verwendet werden.

Ein idealer Pulsweitenmodulations-Einphasenwechselrichter (PWM-Einphasenwechselrichter), der eine ausreichendes Anzahl von Pulsen aufweist, kann nur Sinuswellen-Spannungen ausge ben, deren Spitzenwert durch die Gleichstromquellenspannung, die an den Wechselrichter angelegt wird, beschränkt ist. So mit kann ein Ausgangseffektivwert als E_0MAX = E_D/1.414, wo bei E_D die Spannung einer Gleichstromquelle 29 ist, ausge drückt werden.

Jedoch kann, wie es in Fig. 12A gezeigt ist, eine Redu zierung von 16% im Spitzenwert eines Spannungsbefehls bzw. Spannungsansteuersignals durch das Addieren von ungefähr 16% der höheren Harmonischen dritter Ordnung zur Spannungs-An steuersignaleinspeisung an den Wechselrichter realisiert wer den. Als Ergebnis verursacht ein Anstieg von 16% in einer Grundwellenkomponente des Spannungsansteuersignals keine Spannungssättigung, was zu einem erweiterten Ausnutzungsgrad des Wechselrichters führt.

Im Hinblick auf ein wirtschaftliche Ausführung ist die Reduzierung von 16% so wichtig, daß ein Überlagern einer hö heren Harmonischen dritter Ordnung ein wesentliches Entwurfs verfahren beim Dreiphasenwechselrichter ist.

Das Überlagern einer höheren Harmonischen dritter Ordnung kann phasengleiche höhere Harmonische dritter Ordung in der Ausgangsspannung aus den Wechselrichtern liefern, die unter schiedliche Phasen aufweisen. Dann kann, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, die Sternverbindung der Sekundärwicklungen der Transformatoren die höheren Harmonischen dritter Ordnung aus dem Ausgangssignal beseitigen. Wenn ein typischer Dreiphasen- Dreischenkelkern als Ausgangstransformator verwendet wird, werden phasengleiche magnetomotorische Kräfte von höheren Harmonischen dritter Ordnung, die unterschiedliche Phasen aufweisen, an den Schenkeln erzeugt. Die phasengleichen ma gnetomotorischen Kräfte verursachen nachteiligerweise einen großen Streufluß, einen Wirbelstromfluß in der äußeren Be schaltung und erzeugen Rauschen. Gemäß Fig. 11 kann eine ty pische Ausführung daher die drei Einphasentransformatoren oder einen Dreiphasen-Fünfschenkelkern beinhalten, um zwei Stränge als Pfade für den magnetischen Fluß der höheren Har monischen dritter Ordnung zu verwenden.

Bei einem Motor ist es jedoch nicht möglich, eine Ausfüh rung zu verwenden, bei der ein Pfad für den magnetischen Fluß der höheren Harmonischen dritter Ordnung bereitgestellt wird. Infolgedessen ist es nicht möglich, eine Schaltung zu verwen den, die die Ständerwicklung in offener Dreieckschaltung und drei Einphasenbrückenwechselrichter beinhaltet, das heißt, eine Kombination der zwei Dreiphasenbrückenwechselrichter be inhaltet. In Fig. 11 bezeichnen die Bezugszeichen 26, 27 und 28 Ausgangs-Filterkondensatoren.

In einem wie in Fig. 12B gezeigten typischen Dreiphasen brückenwechselrichter, der zum Ansteuern eines Motors verwen det wird, wird die höhere Harmonische dritter Ordnung zu An steuersignalen in den jeweiligen Phasen zur Verbesserung des Ausnutzungsgrads addiert, oder es wird eine Modulation, die viele Nullphasen-Spannungskomponenten beinhaltet, verwendet, wie zum Beispiel eine zweiphasenmodulation. In diesem Fall beinhaltet die Ausgangsspannung eine große phasengleiche Spannungskomponente, die die höhere Harmonische dritter Ord nung beinhaltet, obgleich die höhere Harmonische dritter Ord nung zwischen den Ausgangsleitungen nicht vorhanden ist.

Deshalb werden die Nullphasen-Spannungskomponenten der beiden Wechselrichter addiert, wenn eine Last mit offener Dreieckschaltung zwischen den beiden Dreiphasenbrückenwech selrichtern, die eine gemeinsame Gleichstromquelle aufweisen, angeschlossen wird, und eine zu einer Betriebsunfähigkeit führende phasengleiche Stromkomponente fließt in der Ständer wicklung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Gleichstrom quelle für einen ersten Dreiphasenwechselrichter vollständig von einer Gleichstromquelle für einen zweiten Dreiphasen- Wechselrichter getrennt, wodurch eine phasengleiche Stromkom ponente, wie zum Beispiel eine höhere Harmonische dritter Ordnung, abgehalten wird zwischen den beiden Dreiphasenwech selrichtern zu fließen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Gleichstrom quelle für einen ersten Wechselrichter und eine andere Gleichstromquelle für einen zweiten Wechselrichter durch eine Drosselspule, wie zum Beispiel eine Nullphasen-Drosselspule, die bezüglich eines phasengleichen Stroms dritter Ordnung eine hohe Impedanz aufweist, parallelgeschaltet. Dadurch ist es möglich, eine phasengleiche Stromkomponente, wie zum Bei spiel die höhere Harmonische dritter Ordnung, auf ein solches Maß zu reduzieren, daß die phasengleiche Stromkomponente keine größeren Probleme verursacht, und gleichzeitig flexible Leistung für die beiden Gleichstromquellen zu liefern. Dieses Verfahren kann eine wirtschaftliche Ausführung der Gleich stromquelle verwirklichen, die für Anwendungen verwendet wird, die eine kleine regenerative Leistung benötigen.

Bei einem erfindungsgemäßen Vielfachwechselrichter zum Ansteuern eines Wechselstrommotors wird die Ausgangsspannung durch eine Ständerwicklung in offener Dreieckschaltung in Se rie zusammengesetzt und es wird eine Gleichstromquelle be reitgestellt, um den phasengleichen Strom dritter Ordnung zu reduzieren, der während der Zusammensetzung der Ausgangsspan nung entsteht. Dadurch ist es möglich, die Ausgangssignale von solchen Wechselrichtern, deren Spezifikation vollkommen unterschiedlich ist, frei zusammenzusetzen, und folgende Vor teile zu erzielen:

1. Es wird keine Saugdrossel benötigt und die Wicklung des Motors kann die Ausgangssignale der beiden Wechselrichter direkt zusammensetzen. Als Ergebnis ist es möglich, die Pro bleme des elektromagnetischen Rauschens der Saugdrosseln, der Verlustleistung, der Einbauanordnung und so weiter, zu über winden. Desweiteren ist ein Massenspeichermotor vorzuziehen, der eine höhere Spannung aufweist.
Außerdem ist es möglich, ein ausreichendes Drehmoment auch bei einer Ausgangsspannung von 0 Hz sicherzustellen und einen Ausnutzungsgrad durch Überlagern der höheren Harmoni schen dritter Ordnung zu erhöhen.
2. In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem die Trägerwellen außer Phase gebracht werden, um die Spannungswellenform zu verbessern. Dies deshalb, weil die Spannung nach der Zusammensetzung und der Verbesserung der Wellenform direkt an den Motor angelegt wird, was zu einer Reduzierung einer wesentlichen Ursache des Rauschens führt.
3. Die Wechselrichter, die verschiedene Spezifikatio nen aufweisen, können so verknüpft werden, daß das Freiheits maß beim Entwurf erhöht werden kann. Insbesondere können Wechselrichter, die unterschiedliche Gleichspannungen aufwei sen, solange miteinander kombiniert werden, wie die Wechsel richter den gleichen Ausgangsstromnennwert aufweisen, wenn ein Wechselstrommotor, der eine Ständerwicklung in offener Dreieckschaltung aufweist, in Serie zu Wechselstromanschlüs sen des ersten Wechselrichters und des zweiten Wechselrich ters geschaltet ist. Infolgedessen ist es möglich, auf einfa che Weise eine Reihe von Produkten bereitzustellen, die ver schiedene Leistungstypen aufweist.
4. Es ist möglich, die Lastenteilung auf eine vor wärtseinspeisende Weise nur durch das Spannungssignal zu steuern und den Bedarf nach einem komplexen Steuersystem zu beseitigen.
5. Wenn die beiden Gleichstromquellen durch eine Null phasen-Drosselspule miteinander parallelgeschaltet werden, ist ein zweiter Einweggleichrichter für solche Anwendungen ausreichend, die eine kleine regenerative Leistung benötigen, was zu einem wirtschaftlichen System führt.
6. In der Wechselrichtervorrichtung, die eine einzige Gleichstromquelle als eine gemeinsame Gleichstromquelle ver wendet, ist es möglich, ein wirtschaftliches System bereitzu stellen, wenn nur ein Gleichrichter eine Leistung bereitstel len kann, welche für einen Wechselrichter relativ kleiner Leistung ausreichend ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 anhand eines Stromlaufplans eine Wechselrichter vorrichtung zum Erklären der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 anhand eines Stromlaufplans einen Dreipunktwechsel richter und einen Zweipunktwechselrichter, die als ein erster bzw. ein zweiter Wechselrichter in der Wechselrichtervorrich tung in Fig. 1 dienen;

Fig. 3 anhand eines Stromlaufplans einen GTO-Thyristor und einen IGBT-Wechselrichter, die erfindungsgemäß den ersten bzw. den zweiten Wechselrichter in der Wechselrichtervorrich tung in Fig. 1 darstellen;

Fig. 4 anhand eines Stromlaufplans eine Wechselrichtervor richtung zum Erklären der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 anhand eines Stromlaufplans eine Wechselrichter vorrichtung zum Erklären der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 anhand eines Stromlaufplans eine Steuerschaltung für die Wechselrichtervorrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7A und Fig. 7B das Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 7A die Ausgangsspannungen E₁ und E₂ der ersten und zweiten Wechselrichter durch räumliche Spannungs vektoren zeigt und Fig. 7B die Zusammenhänge zwischen zwei Wechselrichtern, die als Dreiphasenstromquellen in Stern schaltung dargestellt sind, und Lasten zeigt;

Fig. 8A und Fig. 8B anhand von Stromlaufplänen die typi schen Vielfachwechselrichter, die herkömmlicherweise als Wechselrichter zum Ansteuern eines Massenspeicher-Wechsel strommotors verwendet werden;

Fig. 9A und Fig. 9B anhand von Stromlaufplänen einen Dreiphasen/Zweipunktwechselrichter bzw. einen Dreipunktwech selrichter, die eine Komponente eines Vielfachwechselrichters der vorliegenden Erfindung darstellen;

Fig. 10A bis Fig. 10E erläuternde Ansichten für Blockdia gramme, in welchen mehrere Ausführungsarten der Dreiphasen wechselrichter und -gleichrichter vereinfacht dargestellt sind;

Fig. 11 anhand eines Stromlaufplans ein Wechselrichtersy stem, das drei Einphasenbrücken zur Verwendung in einer un terbrechungsfreien Stromversorgung und dergleichen verwendet; und

Fig. 12A ein Signaldiagramm, das erklärt, daß ein Spit zenwert einer Phasenspannung durch das Überlagern der Phasen spannung mit 16% einer höheren Harmonischen dritter Ordung reduziert werden kann, und Fig. 12B ein Diagramm, aus dem hervorgeht, daß die Leitungsspannung E_UV als Sinuswelle be schrieben werden kann, wenn der Dreiphasenwechselrichter ei nen solchen Wechselrichter beinhaltet, bei dem die höhere Harmonische dritter Ordnung, wie es in Fig. 12A gezeigt ist, überlagert wird.

Fig. 1 zeigt eine Wechselrichtervorrichtung zum Erklären der vorliegenden Erfindung. Zwei GTO-Thyristoren verwendende Dreiphasenwechselrichter 1 und 2 sind jeweils mit einem Gleichrichter 3 bzw. 4 mit hohem Leistungsfaktor verbunden. Ferner ist ein Transformator TR6 vorgesehen, der zwei Sekun därwicklungen SW₁ und SW₂ als Transformatoren für die einen hohen Leistungsfaktor aufweisenden Gleichrichter beinhaltet. Gleichstrom-Filterkondensatoren 7 und 8 sind zwischen den Gleichrichtern und Wechselrichtern angeordnet. Der Ausgang des Wechselrichters 1 ist an Anschlüsse U₁, V₁ und W₁ einer Ständerwicklung in offener Dreieckschaltung in einem Wechsel strommotor 5 angeschlossen. Andererseits ist der Ausgang des Wechselrichters 2 an Anschlüsse U₂, V₂ und W₂ angeschlossen.

Die Wechselrichter 1 und 2 erzeugen Ausgangsspannungs signale gegensätzlicher Polarität.

In diesem Fall können die Wechselrichter 1 und 2 Zwei punktwechselrichter oder Dreipunktwechselrichter sein. Wenn die Dreipunktwechselrichter und Dreipunktgleichrichter ver wendet werden, weist der Gleichstromkondensator eine positive Seite, eine negative Seite und einen Zwischenanschluß auf, der für eine Klemmschaltung verwendet wird. Einer oder beide Gleichrichter können umkehrbare oder nicht umkehrbare Thyri storgleichrichter oder Diodengleichrichter sein.

Eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Prinzips der Aus gangssignalzusammensetzung wird nachfolgend gegeben.

Es werden verschiedene Arten von Wechselrichtern verwen det. Wenn das Ausgangsspannungsansteuersignal des ersten Dreipunktwechselrichters für 1 < k < 0 definiert ist als E₁* = (E_U, E_V, E_W), ist das Ausgangsspannungssteuersignal des zwei ten Zweipunktwechselrichters definiert als E2* = (-kE_U, -kE_V, -kE_W).

Als Ergebnis wird die folgende Spannung E_M an den Wech selstrommotor angelegt:

E_M = E₁* - E₂* = (E_U, E_V, E_W) - (-kE_U, -kE_V, -kE_W) = ((1 + k)E_U, (1 + k)E_V, (1 + k)E_W)

Somit wird die Ausgangsspannung an den beiden Wechsel richtern im Verhältnis 1 : k festgesetzt und die Ausgangsspan nungen an dem Motor addieren sich.

Dieser Fall ist in Fig. 7A gezeigt, in welcher die an die Wechselrichter angelegten räumlichen Spannungsansteuersignal vektoren entgegengesetzter Polarität sind und jeweils eine unterschiedliche Länge aufweisen.

Fig. 7B stellt die Wechselrichter als Stromquellen dar, die eine Sternverbindung aufweisen. Wie es aus der Darstel lung ersichtlich ist, befindet sich jede Phasenspannung des ersten Wechselrichters in Serienschaltung zu der des zweiten Wechselrichters. Es ist leicht verständlich, daß beide Span nungsansteuersignale von entgegengesetzter Polarität sind, damit sich die Ausgangsspannungen addieren. Desweiteren ver steht es sich auch, daß selbst dann kein Strom vorhanden ist, wenn die Phasenspannungen eine phasengleiche Komponente der höheren Harmonischen dritter Ordnung beinhalten.

Fig. 6 zeigt die übergeordnete Steuerung der beiden Wech selrichter. Da eine typische Schlupffrequenz-Steuerbetriebs art als eine Vektorsteuerbetriebsart verwendet wird, wird de ren detaillierte Beschreibung hier weggelassen. Im Ausfüh rungsbeispiel wird ein Drehzahlsignal n_F von einem Drehzahl messer 11 erhalten, der die Drehzahl eines Motors erfaßt, und eine Differenz zwischen dem Drehzahlsignal n_F und einem An steuersignal n_R einer Drehzahlansteuersignal-Schaltung 118 wird an eine Drehzahl-Steuerschaltung 117 angelegt. Die Dreh zahl-Steuerschaltung 117 erzeugt einen Drehmomentbildenden Stromsollwert i_q* für eine q-Achsen-Stromsteuerschaltung 113. Desweiteren erzeugt eine Erregerstrom-Steuerschaltung 116 ei nen sich mit der Drehzahl in Übereinstimmung befindenden Er regerstromsollwert i_d* für eine d-Achsen-Stromsteuerschaltung 112. Die d-Achsen-Stromsteuerschaltung 112 und die q-Achsen- Stromsteuerschaltung 113 erzeugen einen d-Achsen-Spannungs sollwert E_d* und einen q-Achsen-Spannungssollwert E_q* an den Wechselrichtern, um die Stromsollwerte an die Istwerte i_d, i_q anzupassen, die durch Transformieren des Dreiphasen-Anker wicklungsstroms in d-Achsen- und q-Achsen-Ankerwicklungstrom in einer Dreiphasen/d_q-Transformationsschaltung 114 erzielt werden. Eine Spannungsverteilungsschaltung 111 weist den Wechselrichtern 1 und 2 ihre jeweiligen Anteile an den Span nungssollwerten zu.

Andererseits stellt die Schlupffrequenz-Einstellvorrich tung 115 abhängig von einem Signal aus der Drehzahl-Steuer schaltung eine Schlupffrequenz f_S ein, die dem Solldrehmoment entspricht. Die Schlupffrequenz f_S wird zu einer Frequenz f_M addiert, die der Motordrehzahl entspricht, und die resultie rende Frequenz wird zum Bestimmen einer Ausgangsfrequenz des Wechselrichters als ein Frequenzsignal f = f_M + f_S an einen Zähler angelegt. Der Zähler weist eine Speicherkapazität von beispielsweise 12 Bit auf. Ein Wellenformspeicher 109 dient als ein Nur-Lese-Speicher, in welchem eine Sinuswellenform und eine Cosinuswellenform gespeichert sind, und der Wellen formspeicher 109 wird gemäß dem Zählerstand gelesen, um eine Periode der Sinuswellenform oder Cosinuswellenform für jeden Zyklus des Zählers zu erzielen. Die in dem Wellenformspeicher 109 gespeicherte Wellenform wird in dq/Dreiphasen-Koordina tentransformationsschaltungen 106 und 107 verwendet, um die d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsansteuersignale für die er sten und zweiten Wechselrichter in Dreiphasenspannungsansteu ersignale zu transformieren und die Spannungsansteuersignale an Pulsweitenmodulations- bzw. PWM-Schaltungen 102 und 103 anzulegen.

Eine Schaltung 119 zur Erzeugung einer höheren Harmoni schen dritter Ordung gibt gemäß dem Zählerstand eine Harmoni sche dritter Ordnung aus, um den Ausnutzungsfaktor der Aus gangsspannung im Wellenformspeicher 109 zu erhöhen, in wel chem die Sinuswellenform der Harmonischen dritter Ordnung aufgezeichnet ist, und legt die Harmonische dritter Ordnung an die PWM-Schaltungen 102 und 103 an.

Andererseits erzeugt ein Oszillator 108 Takte, um modu lierte Träger in Trägerwellenschaltungen 104 und 105 zu er zeugen. In dem Ausführungsbeispiel ist eine Phasendifferenz von 180° zwischen einer Trägerwelle aus der Schaltung 104 und einer Trägerwelle aus der Schaltung 105 vorgesehen und die Wechselrichter 1 und 2 werden wechselweise umgeschaltet, um die Ausgangswellenform zu verbessern.

Die Spannungsansteuersignale für die Wechselrichter wer den wie zuvor beschrieben bereitgestellt und werden an die PWM-Schaltungen 102 und 103 angelegt, um die Wechselrichter über Verknüpfungsschaltungen 100, 101 anzusteuern.

Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, benötigt die erfindungsgemäße Steuerschaltung zusätzlich nur die Verknüp fungsschaltung 101, die PWM-Schaltung 103, die Trägerwellen schaltung 105 und die dq/Dreiphasen-Transformationsschaltung 107, zu einem relativ einfachem Aufbau führt. Außerdem wird die Steuerschaltung durch ein Regeln zu einem Optimalwert be trieben, um kein Problem, wie zum Beispiel eine Steuerverzö gerung, hervorzurufen. Als Ergebnis ist es auf einfache Weise möglich, das gewünschte Leistungsvermögen zu erzielen.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung in der erfindungsgemäß der erste Wechselrichter ein GTO-Wechselrichter ist, der eine Schaltfrequenz von 500 Hz aufweist und der zweite Wechselrich ter ein IGBT-Wechselrichter ist, der eine Schaltfrequenz von 5 kHz aufweist. In diesem Fall wird die Spannung der höheren Harmonischen durch den IGBT-Wechselrichter ausgelöscht. Der GTO-Wechselrichter erzeugt eine Spannungsstörung bzw. Span nungsverzerrung wie folgt:

[Spannungsverzerrung] = [Ausgangsspannungsmomentanwert] - [Spannungsansteuersignalwert]

Somit werden die d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsansteu ersignale, die von einer Spannungsverteilungsschaltung 111 an den Wechselrichter 1 angelegt werden, durch eine Koordinaten transformationsschaltung 106 in ein Dreiphasenspannungsan steuersignal transformiert und die von einer Spannungserfas sungsschaltung 120 erfaßte Ausgangsspannung des Wechselrich ters 1 wird von dem transformierten Ansteuersignalwert sub trahiert, um ein Spannungsstörungs- bzw. Spannungsverzer rungssignal zu liefern. Schließlich wird das Signal durch ein Filter 123 geleitet, um eine Hochfrequenzkomponente zu besei tigen, welcher der IGBT-Wechselrichter nicht folgen kann, und das Signal wird danach als ein Kompensationssignal an eine PWM-Schaltung 103 angelegt. Andererseits legt die Spannungs verteilungsschaltung 111 ein Grundwellen-Spannungsansteuer signal über eine Koordinatentransformationsschaltung 107 an den IGBT-Wechselrichter an. Folglich wird das Kompensations signal zum Grundwellen-Spannungsansteuersignal addiert, um von der PWM-Schaltung 103 ein Spannungsansteuersignal für den IGBT-Wechselrichter zu liefern.

Es ist ausreichend, wenn die Kapazität bzw. Leistung des IGBT-Wechselrichters 10 bis 20% der Leistung des GTO-Wech selrichters beträgt, wobei der IGBT-Wechselrichter den glei chen Stromnennwert wie der GTO-Wechselrichter benötigt. Daher ist ein Transformator TR10 an einem Ausgangsanschluß des IGBT-Wechselrichters angebracht, um den gleichen Stromnenn wert zu liefern. Um eine Sättigung des Transformators bei Ausgangsfrequenzen von 5 Hz oder weniger zu vermeiden, teilt die Spannungsverteilungsschaltung 111 die Spannung so, daß der GTO-Wechselrichter 1 im wesentlichen das Grundwellenaus gangssignal ausgibt und der IGBT-Wechselrichter die Kompensa tion der höheren Harmonischen durchführt.

Das Bezugszeichen 121 bezeichnet eine Vektorsteuerschal tung, deren wesentliche, für die Vektorsteuerung vorgesehene Gruppen, aus praktischen Gründen vereinfacht sind (siehe Fig. 6). In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 123 die Filter schaltung, die zur Beseitigung der hohen Frequenzkomponenten dient.

Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel zum Erklären der vorliegenden Erdindung beschrieben, wobei eine Beschreibung einer Betriebsart, in welcher veränderbarer Strom an die bei den Gleichrichter 3 und 4 ohne eine Isolation zwischen den beiden Gleichrichtern 3 und 4 geliefert werden kann, unter Bezugnahme auf eine in Fig. 4 gezeigte Schaltung folgt. In dem Beispiel in Fig. 4 ist der Gleichrichter 3 ein Gleich richter mit hohem Leistungsfaktor und ist der Gleichrichter 4 ein Thyristorgleichrichter. In diesem Beispiel sind die Wech selrichter 1 und 2 ähnlich ausgeführt und werden so betrie ben, daß sie die gleiche Ausgangsspannung liefern. Die beiden Gleichrichter sind durch eine Nullphasen-Drosselspule 9 par allelgeschaltet, um einen phasengleichen Strom dritter Ord nung zu reduzieren. Während der Stromaufnahme erhält der Gleichrichter 3 den Strom des Wechselrichters 1 und erhält der Gleichrichter 4 den Strom des Wechselrichters 2. Folglich liefern die beiden Gleichrichter das gleiche Ausgangsspan nungsansteuersignal und der Gleichstrom des Wechselrichters 1 und der Gleichstrom des Wechselrichters 2 werden vorwärts dem Gleichrichter 3 bzw. dem Gleichrichter 4 als Stromansteuer signale zugeführt.

In einer Generator- bzw. Rückspeisungsbetriebsart kann der Gleichrichter 2 nicht soweit zurückgespeisen, daß der Strom auf 0 eingestellt wird, wobei der Strom des Wechsel richters 2 zusammengesetzt wird, um den Rückspeisungsbetrieb durch den Gleichrichter 1 durchzuführen. In diesem Fall wird umgekehrter Gleichstrom über der Nullphasen-Drosselspule aus gelöscht, was dazu führt, daß im Betrieb der Nullphasen-Dros selspule kein Problem auftritt.

In beiden Wechselrichtern beinhaltet eine Nullphasenkom ponente der Ausgangsspannung hauptsächlich Spannung einer hö heren Harmonischen dritter Ordnung. Obgleich eine Nullphasen komponente durch die Nullphasen-Drosselspule absorbiert wird, läßt beispielsweise eine Änderung in einer GTO-Elementeigen schaft des Wechselrichters eine Gleichspannungskomponente oder eine Niederfrequenzkomponenete in gewissem Maße unregel mäßig variieren. Um den auf die Schaltungskomponenten zurück zuführenden Nullphasenstrom aufgrund der Elemente zu reduzie ren, sind ein Nullphasen-Stromtransformator 15, der ein Hall- Element verwendet, und eine Nullphasenstrom-Erfassungsschal tung 128 vorgesehen. Desweiteren steuert eine Nullphasenspan nungs-Steuerschaltung 129 differentiell die für die Wechsel richter 1 und 2 an die PWM-Schaltungen 102 und 103 angelegten Spannungsansteuersignale, um die Niederfrequenzkomponeneten des Nullphasenstroms zu reduzieren.

Anhand der Verwendung eines Hall-Stromtransformators kann in der Schaltung der Nullphasenstrom als Summe der drei Pha senströme auf der Wechselstromseite des Wechselrichters fest gestellt werden. Desweiteren beziehen sich die Bezugszeichen 130 und 131 auf in Fig. 6 gezeigte Koordinatentransformati onsschaltungen 106, 107, die die Funktionsweise zum Erzeugen des an die PWM-Schaltungen des Wechselrichters angelegten Spannungsansteuersignals zeigen.

Als ein Beispiel einer besonderen Anwendung der vorlie genden Erfindung folgt eine Beschreibung eines Falls, in dem räumliche Spannungsvektoransteuersignale, die verschiedene Größen und verschiedene Richtungen aufweisen, an die Wechsel richter angelegt werden. Wenn die entgegengesetzte Polarität des Spannungsansteuersignals für einen zweiten Wechselrichter aus praktischen Gründen positiv ist, wird die folgende Vek torsumme der Ausgangsspannung von den beiden Wechselrichtern an einen Motor angelegt: E₁* + E₂*

Es wird vorausgesetzt, daß ein Ausgangsspannungsansteuer signal des ersten Wechselrichters als E₁* = (E_U1, E_V1, E_W1) definiert ist und ein Ausgangsspannungsansteuersignal des zweiten Wechselrichters als E₂* = (E_U2, E_V2, E_W2) definiert ist.

In diesem Fall wird die folgende Spannung an einen Wech selstrommotor angelegt:

E_M = E₁* + E₂* = (E_U1, E_V1, E_W1) + (E_U2, E_V2, E_W2) = (E_U1 + E_U2, E_V1 + E_V2, E_W1 + E_W2)

In diesem Fall wird diejenige Betriebsart verwendet, bei der die beiden Wechselrichter unterschiedlich in der Ausfüh rung sind.

Zum Beispiel kann in der Vorrichtung gemäß dem. Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 3 eine Gleichstromquelle des zweiten Wechselrichters 2 keinen Gleichrichter und nur einen Konden sator aufweisen, um nur die Kompensation einer höheren Harmo nischen durchzuführen. Zu diesem Zweck ist es ausreichend, daß ein von einer Spannungsverteilungsschaltung 111 an den Wechselrichter 2 angelegtes Spannungsteileransteuersignal einfach auf Null eingestellt wird.

Wahlweise kann die Ausgangsspannungsverzerrung aufgrund einer Modulationsbetriebsart erhöht werden oder kann die Spannung in der Nähe von Null bei einer niedrigen Frequenz aufgrund der Beschränkung auf die minimale Pulsweite eines GTO-Thyristors nicht einfach ausgegeben werden, und so wei ter. In einem solchen Fall können die jeweiligen Wechselrich ter Nullspannung an den Motor anlegen, ohne die Nullspannung auszugegeben.

Einige Modulationsbetriebsarten in einem Dreipunktwech selrichter können eine Stromleitungszeit einer bestimmten Wechselrichterseite während des Ausgebens von Niederspannung in der Nähe von 0 Hz übermäßig ausdehnen, was dazu führt, daß ein bestimmtes Element überlastet wird. Jedoch kann dieses Verfahren eine Stromkonzentration dadurch vermeiden, daß an die beiden Wechselrichter als ein gemeinsames Vorspannungs signal ein Signal angelegt wird, das eine geeignete Größe von einigen Hertz aufweist, um die Niederpannung in der Nähe von 0 Hz als eine Differenz dazwischen auszugeben.

Da die Gleichstromquellenseite vollständig getrennt ist, wird in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung der Ständerwick lungsstrom durch das Verwenden von Modulationsbetriebsarten, die viele Komponenten einer höheren Harmonischen dritter Ord nung zum Zweck eines erhöhten Ausnutzungsgrads des Wechsel richters aufweisen, nicht beeinflußt.

Die Schaltung der vorliegenden Erfindung kann ein Aus gangssignal der beiden Wechselrichter 1 und 2 ohne überflüs sige Elemente, wie zum Beispiel eine Saugdrossel, oder ohne Gleichgewichtssteuerung des Stroms oder der Spannung selbst tätig zusammensetzen. Somit ist es möglich, die Probleme des elektromagnetischen Rauschens aus der Saugdrossel, der Ver lustleistung, einer Einbauanordnung und so weiter zu überwin den. Während die Saugdrosselbetriebsart einen doppelten Strom verursacht, der den Nachteil eines überhöht großen Stroms für einen großen Elektromotor mit sich bringt, kann die Betriebs art der vorliegenden Erfindung eine doppelte Spannung lie fern, was zu einer vorteilhaften Motorausführung führt.

Außerdem gibt es ein weiteres Verfahren, bei dem die Trä gerwellen von den Wechselrichtern 1 und 2 phasenverschoben werden und eine äquivalente Schaltfrequenz verdoppelt wird, um eine Ausgangsspannungswellenform zu verbessern. Falls die ses Verfahren in der Saugdrosselbetriebsart verwendet wird, wird Spannung, die einer Trägerphasendifferenz entspricht, an die Drosselspule angelegt, was überhöhtes Rauschen verur sacht. Jedoch ist dieses Verfahren für die Betriebsart der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, weil die Spannung nach der Zusammensetzung und Verbesserung der Wellenform an den Motor angelegt wird.

In einem Normalzustand wird ein jeweiliger Anteil der Spannung jedem der beiden Wechselrichter zugewiesen. Folglich ist der Wechselrichter 1 auf unterschiedliche Weise als der Wechselrichter 2 ausgeführt und kann der erste Wechselrichter 1 ein Dreipunktwechselrichter und kann der zweite Wechsel richter ein Zweipunktwechselrichter sein, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Dreipunktwechselrichter und die Zweipunkt wechselrichter verwenden die gleichen GTO-Thyristoren und der Dreipunktwechselrichter kann eine Spannung liefern, welche das Doppelte der Spannung des Zweipunktwechselrichters be trägt. Demzufolge kann eine Kombination des Dreipunktwech selrichters und des Zweipunktwechselrichters eine Leistung bereitstellen, die das Dreifache der Leistung des Zweipunkt wechselrichters beträgt. Wahlweise ist es möglich, die Vier fache Leistung bereitzustellen, wenn zwei Dreipunktwechsel richter verwendet werden. Eine weitere Kombination der Wech selrichter ermöglicht eine Serie von Produkten, die eine Lei stung im Verhältnis von 1 : 2 : 3 : 4 aufweisen, und diese Produkte können an alle Motoren, die unterschiedliche Größe aufweisen, angepaßt werden.

Im Stand der Technik wird typischerweise jeweils eine Gleichstromquelle für ein jeweiliges Wechselrichtersystem be reitgestellt, während zwei unabhängige Gleichstromquellen für ein Wechselrichtersystem bisher nicht in Erwägung gezogen wurden, da dies bedeutungslos schien. Obgleich das Zweistrom versorgungssystem der vorliegenden Erfindung auf den ersten Blick unwirtschaftlich zu sein scheint, ist diese Betriebsart vorteilhaft, weil die Leistung der Gleichstromquelle zwei Gleichrichter erfordert, falls ein Massenspeichermotor-An triebssystems entworfen wird, welches nicht einfach durch eine Parallelschaltung eines GTO-Thyristors hergestellt wer den kann.

Ein typischer Verwendungszweck der Wechselrichtervorrich tung der vorliegenden Erfindung ist die Vektorsteuerung eines Asynchronmotors oder Synchronmotors durch den GTO-Wechsel richter zur Verwendung in einem Eisen- oder Stahlwalzwerk. Es gibt weitere Verwendungszwecke, die eine Steuerung zum An trieb eines Motors eines elektrisch angetriebenen Schiffs oder einer Elektrolokomotive beinhalten.

Wahlweise ist die Wechselrichtervorrichtung zum Ansteuern einer Pumpe oder eines Kompressor geeignet, die durch eine Frequenz gesteuert werden, oder für einen einige hundert Ki lowatt aufweisenden IGBT-Wechselrichter eines Hochgeschwin digkeitsaufzugs geeignet.

Desweiteren kann die Wechselrichtervorrichtung auch zum Ansteuern einer Vielzahl von Motoren vorgesehen werden, so lange die Motoren eine Ständerwicklung in offener Dreieck schaltung beinhalten.

Claims

1. Wechselrichtervorrichtung, die Gleichstrom in Wechsel strom für die Ansteuerung eines Wechselstrommotors um wandelt, mit:
einer ersten und einer zweiten Gleichstromquelle (3, 4);
einem ersten Pulswechselrichter (1) mit löschbaren Schaltern, der den Gleichstrom der ersten Gleichstrom quelle (3) in Wechselstrom wandelt und für die gesamte Wirkleistung oder deren größeren Teil bei relativ nied riger Pulsfrequenz ausgelegt ist;
einem zweiten Pulswechselrichter (2) mit löschbaren Schaltern, der den Gleichstrom der zweiten Gleichstrom quelle (4) in Wechselstrom wandelt und für keine oder geringe Wirkleistung und mit einer relativ hohen Puls frequenz ausgelegt ist, die die Kompensation der Harmo nischen des ersten Wechselrichters gestattet; und
einem Wechselstrommotor (M), der eine Ständerwicklung in offener Dreieckschaltung beinhaltet, die zwischen den Wechselstromausgang des ersten Wechselrichters (1) und den Wechselstromausgang des zweiten Wechselrichters (2) in Reihe geschaltet ist,
wobei die Harmonischen des ersten Wechselrichters durch Spannungs-Soll-Istwertvergleich gemessen werden und der zweite Wechselrichter (2) entsprechend kompensierend an gesteuert wird.

2. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Drosselspule (9), die den positiven Anschluß der ersten mit dem positiven Anschluß der zweiten Gleichstrom quelle (1, 2) und den negativen Anschluß der ersten mit dem negativen Anschluß der zweiten Gleichstromquelle (1, 2) verbindet.

3. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Drosselspule (9) eine hohe Impedanz bezüglich einer Nullphasen-Stromkomponente aufweist und als Nullphasen- Drosselspule dient, um eine Nullphasenstrom-Komponente dritter Ordnung zu reduzieren.

4. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die ersten und zweiten Wechselrichter (1, 2) Dreiphasen/Zweipunktwechselrichter in Spannungsaus führung sind.

5. Wechselrichtervorichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die ersten und zweiten Wechselrichter (1, 2) Dreiphasen/Dreipunktwechselrichter in Spannungsausfüh rung sind.

6. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste Wechselrichter (1) ein Dreipha sen/Dreipunktwechselrichter in Spannungsausführung ist und der zweite Wechselrichter (2) ein Dreiphasen/Zwei punktwechselrichter in Spannungsausführung ist.

7. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Netztransformator (TR6), der zwei Se kundärwicklungen für die beiden Gleichstromquuellen aufweist.

8. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die erste Gleichstromquelle (3) einen rückspeisenden Gleichrichter aufweist und die zweite Gleichstromquelle (4) einen Einweggleichrichter aufweist, der nicht rück speisen kann.

9. Wechselrichtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spannung der ersten Gleichstrom quelle (3) niedriger eingestellt ist als die Spannung der zweiten Gleichstromquelle (4).

10. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem Vektoren der Ausgangsspannungsansteuersignale, die an den ersten Wechselrichter (1) und den zweiten Wech selrichter (2) angelegt werden, in ihrer Höhe und/oder ihrer Richtung verschieden sind, und die durch die Dif ferenz der Vektoren gekennzeichnete Spannung an den Mo tor angelegt wird.

11. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der erste und der zweite Wechselrichter (1, 2) eine Pulsweitenmodulationsbetriebsart verwenden, in welcher die wechselseitige Spannung zwischen dem ersten Wech selrichter und dem zweiten Wechselrichter eine höhere Harmonische dritter Ordnung beinhaltet, die höhere Har monische dritter Ordnung in der Spannung zwischen den Ausgangsleitungen jedoch nicht vorhanden ist.

12. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der zweite Wechselrichter (2) einen Ausgangsstrom nennwert aufweist, der kleiner als der Ausgangsstrom nennwert des ersten Wechselrichters (1) ist, und der zweite Wechselrichter einen Transformator (TR10) zur An passung seines Ausgangsstromnennwerts an den Aus gangsstromnennwert des ersten Wechselrichters (1) auf weist.

13. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit:
einer Steuerschaltung (121) zum Steuern einer Erreger stromkomponente und einer Drehmomentbildenden Stromkomponente für den Wechselstrommotor; und
einer Spannungsverteilungsschaltung (111) zum Teilen und Anlegen einer Erreger-Spannungssollwertkomponente und einer Drehmoment-Spannungssollwertkomponente, die durch die Steuerschaltung erzeugt werden, an eine Modulati onsschaltung (102) des ersten Wechselrichters und eine Modulationsschaltung (103) des zweiten Wechselrichters in einem vorbestimmten Verhältnis.

14. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, mit
einer Erfassungsschaltung (15, 128) zum Erfassen des Nullphasenstroms, der in der Drosselspule (9) fließt, und
einer Steuerschaltung (129) zum Steuern einer Nullpha senkomponente in einem Spannungsansteuersignal, das an den ersten Wechselrichter (1) und/oder den zweiten Wech selrichter (2) angelegt wird, um den Nullphasenstrom zu reduzieren.