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Steuereinrichtung zum Betrieb gittergesteuerter Stromrichter
Gegenstand desStammpatentes Nr. 210957 ist ein Verfahren zum Betrieb gittergesteuerter Stromrichter, insbesondere zur Speisung geregelter Motorantriebe, bei dem die Gittersteuerung auf zwei ausgewählte Zündwinkelwerte, einen im Gleichrichtergebiet und einen im Wechselrichter gebiet, vorzugsweise auf Vollaussteuerung als Gleichrichter und die höchstzulässige Wechselrichteraussteuerung, beschränkt und durch einen praktisch trägheitslosen elektronischen Regler bei jedem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung ein sprunghafter Wechsel der Zündlage von dem einen zu dem andern Winkelwert bzw. umgekehrt herbeigeführt wird.
Bei der Steuerung von Stromrichtern in Saugdrosselschaltung kann infolge dieser Steuermethode der Fall eintreten, dass die Ventile des einen dreiphasigen Systems öfter gezündet werden als die Ventile des andern Systems, was eine unterschiedliche Stromaufnahme beider Systeme zur Folge hat. Durch die Unsymmetrie der Ströme in den beiden Saugdrosselhälften kann die Saugdrossel eine Vormagnetisierung erhalten und dadurch die Fähigkeit, Spannung aufzunehmen, unter Umständen verlieren. Dieser Nachteil wird mit der Erfindung vermieden.
Die Erfindung betrifft demgemäss eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nachdem Stammpatent und besteht darin, dass zur Steuerung von Stromrichtern mit zwei in Saugdrosselschaltung angeordneten Ventilgruppen, deren Steuersätze die Regelimpulse vom Hauptregler über zwei getrennte Endstufen erhalten, ein Zusatzregler vorgesehen ist, welcher in Abhängigkeit von einer Unsymmetrie des Strom durchflusses durch die beiden Saugdrosselhälften Zusatzimpulse im Sinne eines Lastausgleiches der beiden Ventilgruppen auf mindestens eine der beiden Endstufen desHauptreglers gibt. Die Breite dieser Zusatzimpulse ist vorteilhaft grösser als 600 elektrisch.
Zu diesem Zweck können in die Ausgangsleitungen des Zusatzreglers vorteilhaft Dioden so eingebaut werden, dass die Ausgangsimpulse mit positiver Richtung auf den Steuersatz gelangen, der die Ventilgruppe steuert, welche die grössere Strombelastung hat. Dementsprechend gelangt der negative Impuls auf den andern Steuersatz.
Somit werden durch diese Zusatzimpulse die beiden Ventilgruppen so ausgesteuert, dass die Ventilgruppe mit der grösseren Strombelastung von ihrem Steuersatz einen zusätzlichen Zündimpuls mit dem Zündwinkel der höchstzulässigen Wechselrichteraussteuerung, beispielsweise Cl. = 1500 erhält, wodurch der Belastungsstrom gesenkt werden kann. Auf die zweite Endstufe wird gleichzeitig ein negativer Impuls gegeben, so dass das zweite Ventilsystem von seinem zugehörigen Steuersatz einen zusätzlichen Impuls mit dem Zündwinkel a = 0 erhält, der volle Gleichrichteraussteuerung und somit eine Erhöhung des Laststromes für diese Gruppe bewirken kann.
Bei Stromrichtern in Saugdrosselschaltung sind die Spannungen beider Ventilgruppen um 600 verschoben ; infolgedessen wird bei einer Breite der Zusatzimpulse von mindestens 600 immer einer der gleichzeitig gegebenen Zusatzimpulse wirksam.
Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Steuereinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Steuereinrichtung mit einem Zusatzregler, bei dem der zweite Kippverstärker als Zweipunktregler ausgebildet ist. In Fig. 2 ist eine Anordnung mit einem R-C-Glied zwischen den beiden Kippverstärkern dargestellt.
Ein Motor mit dem Anker 2 wird durch einen Gleichrichter in Saugdrosselschaltung mit den Ventil-
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gruppen 10 und 11 gesteuert. Im Ankerkreis sind eine Glättungsdrossel 3 und ein Hallwandler 4 a9. geord- net. Die Anoden der Ventile sind mit je einer Sekundärwicklung des Stromrichterhaupttransformators verbunden. Beide Ventilgruppen arbeiten auf eine Saugdrossel mit den Wicklungshälften 5 und 6. Zur Ventilgruppe 10 gehört die Wicklungshälfte 5 der Saugdrossel und entsprechend die Wicklungshälfte 6 zur Ventilgruppe 11.
Eine Unsymmetrie des Belastungsstromes in den beiden Wicklungshälften der Saugdrossel wird über Nebenwiderstände 7 und 8, von denen der Widerstand 8 einseitig auf Nullpotential liegt, gemessen und über einen Strommesser 9. der vorteilhaft zwei Messbereiche mit der Nullstellung in der Mitte haben kann, dem Zusatzregler zugeführt. Der Strommesser 9 zeigt die Richtung und Grösse des Unsymmetriestromes in den beiden Saugdrosselhälften und damit die unterschiedliche Belastung der beiden Ventilgruppen an.
Der Zusatzregler besteht aus zwei gleichartig aufgebauten parallelen Zweigen, in denen je zwei Verstärker in Reihe angeordnet sind. Zur Vereinfachung wird nur der obere Zweig mit den Verstärkern 16 und 25 beschrieben. In der Eingangsleitung des Verstärkers 16 liegt ein Widerstand 12. Von der Spannungsquelle 13 wird dem Eingang des Verstärkers 16 über ein Potentiometer, das aus dem veränderbaren und einseitig an Nullpotential liegenden Widerstand 14 und einem festen Widerstand 15 besteht, eine negative Vorspannung zugeführt, die den Verstärker 16, der durch eine überkritische Mitkopplung als Kippverstärker ausgebildet ist, in seiner Endlage hält. Die Mitkopplung besteht aus dem Widerstand 17. Die Ausgangsleitung des Kippverstärkers 16 führt über einen Widerstand 20 zum Verstärker 25.
Am Eingang des Verstärkers 25 liegt ebenfalls eine negative Vorspannung an, die von der Spannungsquelle 22 über ein Potentiometer, welches aus einem veränderbaren Widerstand 23 und dem festen Widerstand 24 besteht, geliefert wird. Der Verstärker 25 ist. durch eine trägheitslose Mitkopplung, die aus der Parallelschaltung eines Widerstandes 26 mit einem Kondensator 27 besteht und eine tr gheitsbehaftete Gegenkopplung, die aus den Widerständen 28 und 29 und dem Kondensator 30 besteht, als Kippverstärker mit der Charakterstik eines Zweipunktreglers ausgebildet. Mit der Wahl der am Eingang anliegenden negativen Vorspannung kann die Grösse des positiven Eingangsimpulses und damit die Breite der Ausgangsimpulse des Zweipunktreglers verändert werden.
Der Kippverstärker 25 ist ein Gegentaktverstärker mit einem unsymmetrischen Eingang und einem symmetrischen Ausgang, so dass er positive und negative Ausgangsimpulse gleichzeitig liefert. Die Eingangsleitung liegt am Eingang 31, der Eingang 32 liegt auf Nullpotential. Der dem Eingang 31 entsprechende Ausgang 33 liefert Impulse mit dem Eingangssignal entgegengesetzten Vorzeichen. Der Ausgang 34 liefert Impulse mit gleichem Vorzeichen wie das Eingangssignal. In der Leitung des Ausganges 33, welche zur Endstufe 40 des Hauptstromreglers 37 führt, ist eine Diode 35 so angeordnet, dass sie positive Ausgangsimpulse sperrt. In der Leitung des Ausganges 34, welche zur Endstufe 38 führt, liegt eine Diode 36, die negative Ausgangsimpulse des Kippverstärkers sperrt.
Durch die negative Vorspannung der Spannungsquelle 22 wird der Zweipunktregler in einer seiner beiden Endlagen gehalten. Das dem negativen Eingangssignal am Eingang 31 entsprechende positive Ausgangssignal am Ausgang 33 wird durch die Diode 35 gesperrt, entsprechend sperrt die Diode 36 das negative Ausgangssignal des Ausganges 34. Der Zusatzregler gibt somit keine zusätzlichen Impulse auf die Endstufen des Hauptreglers ab, solange das Vorzeichen des Eingangssignals gleich dem Vorzeichen der anliegenden Vorspannung ist.
Der parallele Zweig des Zusatzreglers ist dem vorbeschriebenen Zweig entsprechend aufgebaut nur mit dem Unterschied, dass die am Eingang der Kippverstärker anliegenden Vorspannungen der Spannungsquel- len 53 und 62 positiv sind und dass über die in den Ausgangsleitungen der zweiten Kippstufe angeordneten Dioden 42 und 43 die positiven Ausgangsimpulse auf die Endstufe 40 des Hauptreglers 37 und die negativen Impulse auf die Endstufe 38 gegeben werden.
Hat beispielsweise die Ventilgruppe 10 den grösseren Belastungsstrom, so wird ein Unsymmetriestrom, dessen Richtung als die Positive angenommen werden soll, über den Strommesser 9 und die Vorwiderstände 12 und 50 auf beide Zweige des Zusatzreglers geführt. ArnKippverstfulter 56 des zweiten Zweiges wird durch den ankommenden positiven Unsymmetriestrom der Saugdrossel nur die bereits anliegende positive Vorspannung erhöht und der Unsymmetriestrom bleibt somit wirkungslos. Der Kippverstärker 16 des ersten Zweiges dagegen kippt in seine andere Endlage, sobald der über den Vorwiderstand 12 eintreffende Unsymmetriestrom den von der Spannungsquelle 13 eingespeisten negativen Strom überschreitet.
Durch die veränderbare Vorspannung der Spannungsquellen 13 bzw. 53 am Eingang der Kippverstärker 16 bzw. 56 kann dem Zusatzregler eine vorbestimmte Unempfindlichkeit gegenüber einer unsymmetrischen Belastung der beiden Wicklungshälften der Saugdrossel gegeben werden, damit er nicht bei jeder geringen ungleichen Stromaufnahme der Ventilgruppen Zusatzimpulse abgibt.
Der Kippverstärker 16 wird erst dann durch einen positiven Eingangsimpuls in seine zweite Endlage
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kippen, wenn der am Widerstand 14 eingestellte Strom überschritten wird. Entsprechend kippt der Verstärker 56 erst dann in seine andere Endlage und gibt damit ein Ausgangssignal weiter, wenn der durch die Spannungsquelle 53 eingespeiste positive Strom durch einen negativen Unsymmetriestrom überschritten wird. Die Ansprechempfindlichkeit des Zusatzreglers ist somit proportional der Höhe der durch die Spannungsquellen 13 und 53 am Eingang der Kippverstärker 16 und 56 anliegenden Vorspannung. Der Empfindlichkeitsbereich kann vorteilhaft durch ein sogenanntes Tandempotentiometer, das sind zwei Potentiometer auf einer gemeinsamen Welle, eingestellt werden.
Mit einem solchen Potentiometer wird gleichzeitig die negative Vorspannung der Spannungsquelle 13 und die positive Vorspannung der Spannungsquelle 53 erhöht oder vermindert. Ist das Eingangssignal positiv, so ist auch das Signal am zweiten Ausgang des Verstärkers positiv. Dieses positive Ausgangssignal wird dem Kippverstärker 25 zugeführt.
Der Kippverstärker 25 ist ein Transistorverstärker und arbeitet deshalb als Gegentaktverstärker. Dementsprechend ist bei dem am Eingang 31 eintreffenden positiven Eingangssignal das Ausgangssignal am entsprechenden Ausgang 33 negativ und am Ausgang 34 positiv. In den Ausgangsleitungen des Verstärkers sind die bereits erwähnten Dioden 35 und 36 so angeordnet, dass das positive Ausgangssignal, welches Wechselrichteraussteuerung zur Folge hat, auf die Endstufe 38 des Stromreglers 37 gegeben wird, welches den Steuersatz 39 für die Ventilgruppe 10 speist.
Gleichzeitig wird der negative Ausgangsimpuls des Verstärkers 25 über die Diode 35 der zweiten Endstufe 40 des Stromreglers 37 zugeführt, welche den Steuersatz 41 für die Ventilgruppe 11 speist, so dass diese Ventilgruppe einen zusätzlichen Impuls mit dem Zündwinkel a = 0 erhält, welcher durch zusätzliche Zündung von Anoden eine Erhöhung des Belastungstromes der Ventilgruppe bewirken kann.
Im Falle einer erhöhten Stromaufnahme der Ventilgruppe 11 wird ein Unsymmetriestrommitnegativer Richtung dem Zusatzregler zugeführt. Dieser Impuls bleibt am Kippverstärker 17 wegen der dort anliegenden negativen Vorspannung der Spannungsquelle 13 wirkungslos. Der untere Zweig des Zusatzverstärkers arbeitet dann in gleicher Weise wie es für den oberen Zweig bei einem positiven Unsymmetriestrom bereits beschrieben wurde. Am Ausgang des unteren Zweiges wird ein negativer Impuls über die Diode 43 auf die Endstufe 38 des Stromreglers 37 gegeben. Entsprechend wird ein positiver Ausgangsim- puls über die Diode 42 auf die Endstufe 40 gegeben.
Der Istwert des Gleichstromes kann dem Hauptstromregler 37 beispielsweise über den in den Ankerkreis des gesteuerten Motors eingeschalteten Hallwandler 4 und einem Widerstand 45 sowie einem Strommesser 46 zugeführt werden. Der Sollwert wird zweckmässig einer veränderbaren Spannungsquelle 47 entnommen und über einen festen Widerstand 48 und den Strommesser 46, welcher die Soll-Ist-Differenz des Stromes anzeigt, ebenfalls dem Hauptstromregler 37 zugeführt.
In der Ausführung des Zusatzreglers nach Fig. 2 kann die Breite der vom Zusatzregler abgegebenen Zusatzimpulse durch ein in die Ausgangsleitung des Kippverstärkers 16 eingeschaltetes RC-Glied, welches aus dem Widerstand 20 und einem Kondensator 21 besteht, mit der Vorspannung der Spannungsquelle 22 verändert werden. Der Reihenkondensator 21 bewirkt einen exponentiellen Abfall des ankommenden positiven Signals am Eingang des Kippverstärkers 25, der durch den ankommenden positiven Impuls in seine andere Endlage kippt und solange in dieser Endlage bleibt, bis der positive Eingangsimpuls auf die Höhe der negativen Vorspannung abgeklungen ist. Somit wird die Breite des positiven Impulses mit zunehmender Grösse der negativen Vorspannung vermindert.
In diesem Fall wird zweckmässig an Stelle des Zweipunktreglers 25 ein Kippverstärker in gleicher Ausführung wie der Verstärker 16 gewählt.
Die Unsymmetrie des Stromes in den beiden Saugdrosselhälften und damit die ungleiche Stromaufnahme der beiden Ventilgruppen 10 und 11 des Stromrichters kann auf verschiedene Arten erfasst werden. Am einfachsten erscheint die im Ausführungsbeispiel angegebene Methode, die Ströme der beiden Systeme zu messen und die Messwerte zu subtrahieren. Aus der Differenz der Ströme in den beiden Saugdrosselhälften ergibt sich die Grösse der unsymmetrischen Belastung der beiden Ventilgruppen. Die Messwerte können dabei über Nebenwiderstände oder über in die Zuleitungen der beiden Saugdrosselhälften eingebaute Hallwandler gemessen werden. Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung des Unsymmetriestromes in der Saugdrossel besteht darin, dass ein Hallplättchen direkt in den Kern der Saugdrossel eingebaut wird.
Dieses Hallplättchen wird vom Fluss in der Saugdrossel durchsetzt, der ein Mass für die Höhe der Magnetisierung darstellt. Ferner ist die Spannungszeitfläche an der Saugdrossel, also das Integral der Spannung, ein Mass für die Höhe der Vormagnetisierung in der Saugdrossel. Bei dieser Messmethode wird die mit einem Hallwandler gemessene Saugdrosselspannung über einen Integrator, der beispielsweise aus einem Verstärker mit einer kapazitiven Gegenkopplung bestehen kann, dem Zusatzregler zugeführt. Ferner ist der Strom in einer parallel zur Saugdrossel angeordneten Drossel ein Mass für die Spannungs-Zeitfläche. Der Strom kann in einfacher Weise von einem in Reihe mit der Drossel angeordneten Hallwandler erfasst werden.