REGULATING DEVICE FOR A SELF PILOTED INVERTER WITH AN INTERMEDIATE D.C. CIRCUIT

Abstract: 1. Controlling arrangement for a self-controlled inverter, operated in accordance with the pulse-width modulation method, having a direct-voltage intermediate circuit, the control commands for the rectifiers (4-7) of the inverter being obtained by forming an intersection between a control voltage (UY ), which is proportional to the nominal value of the fundamental frequency of the inverter output voltage (UA ), and a periodic auxiliary voltage (UH ) which, compared with the former, has a higher frequency, characterised in that a multiplier (16) is provided, which is supplied at its input, with the input direct voltage (UE ) of the intermediate circuit and a constant-amplitude auxiliary voltage (UB ) as factors, and which provides at its output an auxiliary voltage (UH ), the amplitude of which is proportional to the value of the input direct voltage (UE ).

Description: Regelanordnung für einen selbstgeführten Wechselrichter mit Gleichspannungszwischenkreis. Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für einen selbstgeführten, nach dem Pulsbreitenmodulationsverfahren betriebenen Wechselrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, wobei die Steuerbefehle für die Stromrichterventile des Wechselrichters durch Schnittpunktbildung einer Steuerspannung mit einer Hilfsspannung gewonnen werden. Ein Pulsbreitenmodulationsverfahren (Unterschwingungsverfahren) ist beispielsweise aus dem BBC-Silizium-Stromrichter-Handbuch, 1971, Seite 213 bis 216 bekannt. Es eignet sich zur Pulsbreitenmodulation für einen selbstgeführten Wechselrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. In der Figur 1 ist ein zweiphasiger Zwischenkreis-Wechselrichter mit #leichspannungszwischenkreis dargestellt. Zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 des Zwischenkreises liegt die Eingangsgleichspannung UE an. Mit den Klemmen 1 und 2 ist ein Stützkondensator 3 verbunden. An Klemme 1 sind zünd- und löschbare Stromrichterventile 4 und 5 sowie an Klemme 2 zündund löschbare Stromrichterventile 6 und 7 angeschlossen. Die Ventile 4 und 6 sowie 5 und 7 sind jeweils miteinander verbunden. Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Ventile 4 und 6 liegt die erste Klemme eines induktiven Verbrauchers 8, dessen zweite Klemme an den gemeinsamen Verbindungspunkt der Ventile 5 und 7 angeschlossen ist. Zwischen den Klemmen des Verbrauchers 8 liegt die Ausgangsspannung UA an. In einer der Stromzuführungen zum Verbraucher 8 ist ein Strommessgerät 9 angeordnet, das den Stromistwert UI mit negativem Vorzeichen an eine Additionsstelle 10 abgibt. Der Additionsstelle 10 liegt mit positivem Vorzeichen der Stromsollwert Us an. Die Additionsstelle 10 ist ausgangsseitig mit einem Stromregler 11 verbunden. Die ausgangsseitige Steuerspannung Uy des Stromreglers 11 wird einer Additionsstelle 12 mit positivem Vorzeichen zugeleitet. Der Additionsstelle 12 liegt ferner eine Hilfsspannung UH mit negativem Vorzeichen an. Die Additionsstelle 12 ist ausgangsseitig mit einem Komparator 13 beschaltet. Der Komparator 13 gibt ausgangsseitig Schaltbefehle S an einen Steuersatz 14 ab. Der Steuersatz 14 liefert Steuerimpulse Z an die Ventile 4, 5, 6, 7. In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Eingangsspannung UE dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 steigt die Eingangsspannung UE von einem konstanten Wert UE1 auf einen höheren Wert UE2 an. In Fig. 3 sind der zeitliche Verlauf der sägezahnförmigen Hilfsspannung UH konstanter Amplitude UH1 sowie der Steuerspannung Uy dargestellt. Jeweils bei Auftreten eines Schnitt punktes zwischen UH und Uy erfolgt das Pulsen der Ausgangsspannung UA, wie in Fig. 4 dargestellt. Bis zum Zeitpunkt to erreicht die Ausgangsspannung UA jeweils den Amplitudenwert UAl und der Mittelwert der Ausgangsspannung ÜA beträgt UAl Nach dem Zeitpunkt t0 erreicht die Amplitude der Ausgangsspannung den erhöhten Wert UA2 und der Mittelwert der Ausgangsspannung UA steigt auf den Wert UA2 an. Diese bekannte Regelanordnung hat also den Nachteil, dass sich bei Änderung der Eingangsgleichspannung (Zwischenkreisspannung) UE auch die Ausgangsspannung UA ändert. Diese unerwünschte Änderung der Ausgangsspannung UA muss vom überlagerten Strom-, Spannungs- oder Leistungsregler ausgeregelt werden, indem die Steuerspannung verändert wird. Diese Ausregelung hat störende Ausgleichsvorgänge in dem vom Wechselrichter gespeisten Verbraucher zur Folge. Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung für einen selbstgeführten, nach dem Pulsbreitenmodulationsverfahren betriebenen Wechselrichter mit Gleichspannungszwischenkreis anzugeben, bei der eine störende Änderung der Eingangsgleichspannung ohne Auswirkung auf die vorgegebene Ausgangsspannung ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Multiplizierer vorgesehen ist, dem eingangsseitig die Eingangsgleichspannung des Zwischenkreises sowie eine konstante Hilfsspannung als Faktoren zugeleitet werden und der ausgangsseitig eine Hilfsspannung abgibt, deren Amplitude proportional zum Wert der Eingangsgleichspannung ist. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass störende Ausgleichsvorgänge in dem vom Wechselrichter gespeisten Verbraucher bei Änderungen der Eingangsspannung des Zwischenkreises vermieden werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 5 einen selbstgeführten Wechselrichter mit Gleich spannungszwischenkreis und Regelanordnung, Fig. 6 den zeitlichen Verlauf der Eingangsgleichspannung, Fig. 7 den zeitlichen Verlauf der Hilfsspannung und der Steuerspannung, Fig. 8 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung. In Fig. 5 ist ein selbstgeführter Wechselrichter mit Gleichspannungszwischenkreis und Regelanordnung dargestellt. Zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 des Zwischenkreises sind ein Stützkondensator 3 sowie ein Spannungsmessgerät 15 geschaltet. Mit der Klemme 1 sind zünd- und löschbare Stromrichterventile 4 und 5 sowie mit der Klemme 2 zünd- und löschbare Stromrichterventile 6 und 7 verbunden. Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Stromrichterventile 4 und 6 liegt die erste Klemme eines Verbrauchers 8 (z:.B. Motor) sowie am gemeinsamen Verbindungspunkt der Stromrichterventile 5 und 7 die zweite Klemme des Verbrauchers 8. Am Verbraucher 8 liegt die Ausgangsspannung des Wechselrichters UA an. Zur Vereinfachung ist in Fig. 5 ein zweiphasiger Wechselrichter dargestellt, die Erfindung findet jedoch vorzugsweise bei dreiphasigen Wechselrichtern zur Speisung von Drehstrom-Asynchronmotoren Anwendung. Die zwischen den Klemmen 1 und 2 anliegende Eingangsgleichspannung UE des Zwischenkreises wird vom Spannungsmessgerät 15 erfasst, mit einem Faktor K bewertet und der Wert K . UE wird einem Multiplizierer 16 zugeleitet. Dem Multiplizierer 16 wird als weiterer Faktor die sägezahnförmige Hilfsspannung UB zugeführt. Die ausgangsseitige Hilfsspannung des Mul tipliz ier = sUB U. K . UE wird einer Additionsstelle 12 mit negativem Vorzeichen zugeführt. Der Additionsstelle 12 liegt mit positivem Vorzeichen die Steuerspannung Uy an. Die Steuerspannung Uy kann bei einer gesteuerten Anordnung vorgegeben werden oder sie wird bei einer geregelten Anordnung mittels eines Strom-, bzw. Spannungs- bzw. Leistungsreglers gewonnen. Im Ausführungsbeispiel wird die Steuerspannung Uy mit Hilfe eines Stromreglers 11 ermittelt, der eingangsseitig mit einer Additionsstelle 10 verbunden ist. Der Additionsstelle 10 liegen eingangsseitig mit positivem Vorzeichen ein Stromsollwert Us sowie mit negativem Vorzeichen ein Stromistwert UI an. Der Stromistwert UI wird mit Hilfe eines in einer der Stromzuleitungen des Verbrauchers 8 angeordneten Strommessgerätes 9 ermittelt. Die Additionsstelle 12 ist ausgangsseitig mit einem Komparator 13 verbunden. Der Komparator 13 liefert ausgangsseitig Schaltbefehle S an einen Steuersatz 14, der Steuerbefehle Z zur Zündung bzw. Löschung der Stromrichterventile 4, 5, 6, 7 abgibt. Zur Beschreibung der Funktionsweise der erfindungsgemässen Regelanordnung sind in den Figuren 6, 7, 8 die zeitlichen Verläufe der Eingangsgleichspannung UE des Wechselrichters, der sägezahnförmigen Hilfsspannung UH, der Steuerspannung Uy sowie der Ausgangsspannung UA des Wechselrichters dargestellt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, steigt die Eingangsgleichspannung (Zwischenkreisspannung) UE aufgrund einer Störung zum Zeitpunkt t0 von einem konstanten Wert U. auf einen erhöhten Wert UE2 an. Diese Spannungserhöhuny wird vom Spannungsmessgerät 15 erfasst und an den Multiplizierer 16 weitergegeben. Der Multiplizierer 16 bildet das Produkt U = UB . K . UE und leitet es der Additionsstelle 12 zu. Die Amplitude der sägezahnförmigen Hilfsspannung UH steigt also vom Wert UH1 vor dem Zeitpunkt t0 auf den Wert UH2 nach dem Zeitpunkt t0, d.h. die Eingangsgleichspannung (Zwischen kreisspannung) UE wird als Störgrösse in die Rege-lung so eingeführt, dass die Amplitude der Hilfsspannung proportional zur Eingangsgleichspannung ist. Die Schaltbefehle S bzw. Steuerimpulse Z für die Stromrichterventile 4, 5, 6, 7 des Wechselrichters werden durch Schnittpunktbildung zwischen UH und Uy gewonnen. Die Steuerspannung Uy ist dabei proportional zum Grundschwingungssollwert der Ausgangsspannung UA und wird meist sinusförmig vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel ist die Steuerspannung Uy zur Vereinfachung konstant angenommen. Die Hilfsspannung UH kann dreieckförmig, sägezahnförmig, trapezförmig usw. vorgegeben sein. Bei Auftreten eines Schnittpunktes zwischen der Anstiegsflanke von UH und der Steuerspannung Uy erfolgt eine Löschung des gerade stromführenden Stromrichterventils, d.h. die Ausgangsspannung UA des Wechselrichters fällt auf den Wert 0 ab. Bei Auftreten eines Schnittpunktes zwischen der Abfallflanke von UH und der Steuerspannung Uy erfolgt eine Zündung eines der Stromrichterventile, d.h. die Ausgangsspannung UA steigt auf den Amplitudenwert U (vor dem Zeitpunkt t0) bzw. auf den erhöhten Amplituden wert UA2 (nach dem Zeitpunkt t ) Durch die Erhöhung der 0 Amplitude der Hilfsspannung vom Wert UH1 auf den Wert UH2 ergeben sich steilere Anstiegsflanken der Hilfsspannung UH und damit eine kürzere Leitdauer der Stromrichterventile bzw. schmalere Pulsbreiten der Ausgangsspannung UA. Die Spannungs-Zeit-Flächen der einzelnen Pulse der Ausgangsspannung UA vor bzw. nach dem Zeitpunkt t0 bleiben dabei konstant, da die erhöhte Amplitude UA2 der Ausgangsspannung UA durch die Verkleinerung der Pulsbreite bzw. die verkürzte Leitdauer der Ventile kompensiert wird. Der Mittelwert der Ausgangsspannung UA bleibt deshalb auch nach Erhöhung der Eingangsgleichspannung UE konstant.

Claims: Anspruch Regelanordnung für einen selbstgeführten, nach dem Pulsbreitenmodulationsverfahren betriebenen Wechselrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, wobei die Steuerbefehle für die Stromrichterventile des Wechselrichters durch Schnittpunktbildung einer Steuerspannung mit einer Hilfsspannung gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet. dass ein Multiplizierer (16) vorgesehen ist, dem eingangsseitig die Eingangsgleichspannung (UE) des Zwischenkreises sowie eine konstante Hilfsspannung (UB) als Faktoren zugeleitet werden und der ausgangsseitig eine Hilfsspannung (UH) abgibt, deren Amplitude proportional zum Wert der Eingangsgleichspannung (UE) ist.

Inventors: KUHN, WERNER, DIPL.-ING.
Applicants: BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: H02M7
IPC codes: H02M5, F02B3, H02M7