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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Dreipunkt-Pulsgleichnchtersystems wie es Im Oberbegnff des Patentanspruches 1 beschrieben Ist Vorteilhafte Erweiterungen des Steuerverfahrens. wie auch schaltungstechnische Realisierungen sind den Unteranspruchen zu entnehmen.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden zur netzrückwtrkungsarmen Umformung von Drehstrom- in Gleichstromenergie Pulsgleichrichtersysteme eingesetzt, wobei entsprechend der Schaltungsstruktur und -grundfunktion Zwel- und Drelpunkt-Pulsglelchnchter zu unterscheiden sind Bel Drelpunktsystemen wird der Leistungsteil Im einfachsten Fall durch eine, uber Vorschaltinduktivitäten an das Netz geschaltete Diodenbrücke und eine, von deren Wechselspannungsklemmen ausgehend, gegen den Mittelpunkt der Ausgangsspannung geschaltete, den Leitzustand der Dlodenbrucke steuernde Anordnung elektronischer Schalter gebildet Die Regelung des Systems erfolgt meist zwelschlelflg, wobei durch einen überlagerten Ausgangsspannungsregler der Sollwert der Amplitude der sinusförmigen,
durch unterlagerte Phasenstromregelkreise In Phase zu den zugeordneten Netzphasenspannungen gefuhrten Phasenstrome vorgegeben wird.
Als Nachteile dieses Steuerkonzeptes sind der relativ hohe messtechnische Aufwand zur Erfassung der Phasenströme und die, Insbesondere Im Bereich der Maxima der Phasenströme relativ hohe Belastung der elektronischen Schalter bzw die dadurch resultierende Verringerung des Wirkungsgrades der Energieumformung zu nennen
Weiters ist aus der EP-A 1-0324904 ein, durch eine Einphasen-Dlodenbrücke und eine zugeordnete Steuerelnnchtung gebildetes Netzteil zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsgleichspanung bekannt.
Hiebei wird entsprechend einer Phasenanschnittsteuerung der Lel- stungsfluss zwischen Netz-und Gleichspannung für eine, durch eine Ausgangsspannungsregelung vorgegebene Zelt unterbrochen, womit die an den Ausgang gelieferte Leistung beeinflusst und die Ausgangsspannung geregelt werden kann Zur Steuerung des elektronischen Schalter der Vorrichtung werden glelchgenchtete, an der Ausgangsseite der Diodenbrücke abgegriffene Spannungshalbwellen herangezogen Durch das angegebene Steuerverfahren wird allerdings keine Verminderung der Netzrückwirkungen gegenüber ungesteuerter Dlodenglelchnchtung erreicht,
auch können nur unter dem für unbee Dlodenglelchnchtung resultierende Spannungswerte liegende Ausgangsspannungen eingestellt werden Eine weitere Elnschrankung der Anwendbarkeit des Konzeptes ist dadurch gegeben, dass bel naheliegender dreiphasige Erweiterung, also Ersetzung des Elnphasenglelchnchters durch einen Drelphasenglelchnchter nur ein Schaltelement zur Steuerung des Netzstromes bzw Leistungsflusses vorliegen wurde, womit be ! sinngemässer Übertragung des Steuerverfahrens auch In diesem Fall hohe Netzruckwirkungen In Kauf zu nehmen waren Eine dreiphasige Erweiterung ware auch aufgrund der bel hoheren Ausgangsleistungen hohen Verluste In Strombegrenzungselementen der Vorrichtung technisch nicht sinnvoll
In der US-PS-4, 494,
182 wird eine Schaltung und ein Verfahren zur Festlegung der Kommutierungszeitpunkte und der Kommutierungszeit der Ventile einer dreiphasigen, z B durch Antiparallelschaltung von Drehstrombruckenschaltungen realisierten Stromnchterschaltung beschneben Die Eingangsgrösse der fur ein Dreiphasensystem nur einmal vorgesehenen Schaltung wird von der Ausgangsseite der Stromnchterschaltung abgegnffen, es handelt sich somit um eine Mess- und nicht um eine, auf die Netzspannungsverhältnisse Bezug nehmende Steuerschaltung Weiters wird das Ausgangssignal der Schaltung nicht In Ansteuersignale der Ventile aufgeteilt, die Schaltung kann somit nicht zu Ansteuerung der drei,
den Leitzustand einer Dreiphasendiodenbrücke steuernden Anordnung elektronischer Schalter Anwendung finden
In der DE-OS-3833400 wird die Regelung der Ausgangsspannung einer Ein- bzw Drelpha- sendiodenbrücke durch ein, zwischen dem kapazitiven Mittelpunkt der Ausgangsspannung und einer Eingangs klemme angeordnetes bidirektionales Schaltelement behandelt.
Ziel ist die Erzeugung einer last- und netzspannungsunabhangigen Gleichspannung Das Schaltelement wird In der Art einer Phasenanschnittsteuerung zeitverzogert nach dem Nulldurchgang der Phasenspannung durchgeschaltet Eine Regelung der Aufteilung der Ausgangsspannung, die für ein Drelphasen-Dreipunkt-Pulsglelchnchtersystem ein technisches Grunderfordemis darstellt und die Moglichkeit einer netzruckwirkungsarmen Steuerung werden nicht behandelt
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verfahren zur Steuerung eines Dreiphasen-Dreipunkt-
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Pulsgleichrichtersystems zu schaffen, welches eine Regelung der Ausgangsspannung und aktive Symmetrierung der Ausgangstellspannungen ohne Bezugnahme auf Messwerte der Phasenstrome (und damit eine sehr einfache schaltungstechnische Realisierung des Steuerteiles)
erlaubt und bel weitgehender Beibehaltung der Stnusform der Netzströme die Belastung der, den Leitzustand der Drelphasendiodenbrücke steuernden elektronischen Schaltvorrichtung vemngert.
Dies wird erfindungsgemass durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteranspruchen zu entnehmen
Grundgedanke der Erfindung Ist, die elektronische Schaltvorrichtung jeder Phase mit nur zweifacher Netzfrequenz zu takten und somit, bei geringer Belastung der Schaltvomchtung, gegenüber einfacher Dtodengtetchnchtung eine Erhöhung des Stromflusswinkels bzw eine Verringerung des Oberschwingungshaltes des Netzstromes und eine Regelbarkelt der Ausgangsspannung zu erreichen
Aufgrund der Drelphaslgkelt der Anordnung werden die elektronischen Schaltvorrichtungen des Pulsgleichrichtersystems 1Ú3 versetzt,
in den NulldurchgÅangen der zugeordneten Netzphasenspannungen durchgeschaltet Neben einem Anstieg des jeweiligen Phasen stromes Ist damit auch eine Beeinflussung der Strombildung der übrigen Phasen verbunden, womit Im Zusammenwirken aller Phasen ein näherungsweise sinusförmiger Verlauf der Netzphasenströme resultiert.
Die Amplitude der, den Leistungsfluss des Systems definierenden Phasenstromgrundschwingung wird dabei uber die, für alle Phasen gleiche, stationär konstante, durch einen Ausgangsspannungsregler vorgegebene Länge der Einschaltintervalle der Schaltvomchtungen vorgegeben, wobei die Dimensionierung des Stromrichters vorteilhaft derart erfolgt, dass die Länge der Efnschahntervatte auf Werte kleiner 7t/3 beschränkt bleibt und somit eine zeitliche Überdeckung der Leltberelche zweier Phasen vermieden wird
Eine vorteilhafte schaltungstechnische Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens beschreibt der Kennzeichenteil des Patentanspruches 2.
Hiebei wird jeder Phase eine, aus der Verschaltung einer Komparatorstufe und eines steuerbaren Zeitgliedes gebildete Steuereinheit gleicher Struktur zugeordnet Im folgenden wird daher die Beschreibung der Steuerschaltung auf eine Phase beschränkt.
Durch die Komparatorstufe der Steuereinheit werden die Nulidurchgange der Netzphasenspannung erfasst und bei Zustandsänderung des Komparatorausganges das, hinsichtlich der Grundfunktion einer monostabilen Kippstufe entsprechende Zeitglied getriggert. Die Pulsbreite des, direkt zur Ansteuerung des elektronischen Schalters der zugeordneten Phase herangezogenen Ausgangssignales des Zeitgliedes wird durch den, an einem Steuereingang des Zeitgliedes liegenden, durch einen Ausgangsspannungsregler in Abhängigkeit eines, durch externe Einstellvomchtungen vorgegebenen Sollwertes und des Istwertes der Ausgangsspannung gebildeten Signalpegels definiert, wobei die Dimensionierung der Stromrichterschaltung vorteilhaft derart erfolgt,
dass für stationären Betrieb die Breite des Ansteuersignales auf Werte kleiner 1Ú3 beschränkt bleibt.
Liegt der Istwert der Ausgangsspannung unter dem Sollwert, wird die Breite der, von den Phasen-Steuerschaltungen beginnend mit den Nulldurchgänge der jeweiligen Netzspannung gebildeten Ansteuerimpuls bzw. die Stromaufnahme des Systems und somit auch der mittlere Leistungsfluss erhöht und damit die Regelabweichung der Zwischenkreisspannung vemngert Bei über dem Sollwert liegender Ausgangsspannung ist demgemäss eine gegensinnige Beeinflussung, also eine Verringerung der Impulsbreite und damit eine Verringerung des mittleren Leistungsflusses gegeben
Neben der Regelung der Ausgangsspannung des Dreipunkt-Pulsgleichrichtersystems Ist zur Vermeidung einer Asymmetrie der, am Eingang der Drehstrom-Diodenbrücke gebildeten Spannung und einer nicht gleichmässigen Strom- und Spannungsbelastung der Komponenten des Leistungsteiles i.
a. auch eine, die symmetrische Aufteilung der Ausgangsspannung sicherstellende Regeleinrichtung vorzusehen.
Im vorliegenden Fall kann eine Symmetrierung der, über den, die Ausgangsspannung stützenden Kondensatoren auftretenden Teil Spannungen gemäss Kennzeichenteil des Patentanspruches 3 vorteilhaft durch Weiterentwicklung des, im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 beschriebenen Verfahrens erreicht werden.
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In Abhangigkeit der Asymmetne der Tellspannungen am wird dabei die Einschaltzeit der Schaltvorrichtungen innerhalb der positiven (bzw negativen) Netzspannungshalbschwingungen verlagert und Innerhalb der negativen (bzw positiven) Spannungshalbschwingungen verkurzt und damit Im zeitlichen Mittel ein positiver (bzw negativer), die Asymmetne der Ausgangstellspannungen verringernder Mittelwert des, In den Mittelpunkt der Ausgangsspannung fliessenden Stromes erreicht
Eine schaltungstechnische Realisierung des Verfahrens nach Patentanspruch 3 wird durch den Kennzeichenteil des Patentanspruches 4 beschneben
Das In Verbindung mit Patentanspruch 2 beschnebene Zeitglied jeder Phasensteuerschaltung wird hiebei durch zwei,
eingangsseitig an den Ausgang des Phasenspannungskomparators geschaltete Zeitglieder ersetzt und das Ansteuersignal der zugeordneten elektronischen Schalt- vornchtung über eine ODER-Verknupfung der Ausgange der Zeitglieder erhalten Abhanglg von der Richtung der Zustandsanderung des Komparatorausgangssignales wird jeweils nur ein Zeitglied ausgelost und somit die Dauer des, Innerhalb der positiven Phasenspannungshalbschwingung und die Dauer des, Innerhalb der negativen Phasenspannungshalbschwingung liegenden Einschaltintervalls der elektronischen Schaltvorrichtung einer Phase durch verschiedene Zeitglieder bestimmt
Der Ausgang des Zwischenkreisspannungsreglers wird nun durch Addition und Subtraktion eines,
von einem Regelelement uber den Vergleich des Potentials des Mittelpunktes der Ausgangsspannung mit dem halben Sollwert der Ausgangsspannung gebildeten Signals In zwei Steuersignale aufgespaltet Ein Steuersignal wird an die Eingänge der, die Leltdauer der Phasenschaltelemente Innerhalb der positiven Halbschwingungen bestimmenden Zeitglieder, das zweite Steuersignal an die Eingänge der, die Leltdauer der Phasenschaltelemente Innerhalb der negativen Halbschwingungen bestimmenden Zeitglieder gefuhrt Bei ideater Symmetrie der Ausgangsteilspannungen werden von belden Zeitgliedgruppen Ansteuersignale gleicher Breite gebildet,
bei unsymmetrischer Aufteilung der Ausgangsspannung wird demgegenüber zufolge des dann unterschiedlichen Pegels der die Zeitgliedgruppen steuernden Signale die Breite der Ausgangslmpluse einer Zeltgliedgruppe verlangert und die Breite der Ausgangsimpluse der anderen Zeitgliedgruppe entsprechend verkurzt, womit ein, die Asymmetne der Ausgangstellspannungen vemngemder Mittelwert des, In den kapazitiven Mittelpunkt der Ausgangsspannung fliessenden Stromes erreicht wird
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines, In Fig.
1 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erlautert
Figur 1 zeigt die bekannte Grundstruktur des Leistungsteiles eines drelphaslgen Drelpunkt- Pulsglelchnchtersystems und die schematische Darstellung einer vorteilhaften schaltungstechnischen Realisierung des erfindungsgemassen Steuerverfahrens Die Grundfunktion eines Drehstrom-Pulsglelchnchtersystems 1 besteht In der Umformung eines, durch Phasen-Wechselspannungsquellen 2, 3, 4 symbolisierten, an den Eingangsklemmen 5, 6, 7 anliegenden, gegen den (fiktiven) Netzstempunkt 8 positiv gezahlten,
drelphasigen Spannungssystem 9 In eine über der Senenschaltung 10 der Ausgangskondensatoren 11 und 12 auftretenden Gleichspannung
Der Leistungsteil des Konverter wird durch netzseltige, an die Wurzel punkte 13, 14, 15 einer drelphasigen Gleichnchterbrucke 16 geschaltete Induktivitäten 17,18,19 und eine, ebenfalls von diesen Wurzelpunkten abzweigende, den Leitzustand der Diodenbrucke steuernde Stemschaltung 20 elektronischer Schaltvorrichtungen 21, 22, 23 gebildet WObei durch Verbindung des Sternpunktes 24 der Schalteranordnung 20 mit dem kapazitiven Mittelpunkt 25 der Ausgangsspannung eine Drelpunktcharaktenstik der,
gegenuber dem Ausgangsspannungsmittelpunkt gebildeten Spannung jedes Brückenzweiges der Gleichrichterschaltung erreicht wird
Die elektronischen Schalter werden durch eine erfindungsgemasse Steuerschaltung 26 gesteuert, wobei fur die Regelung der Ausgangsspannung und für die Symmetnerung der Ausgangstellspannungen getrennte Regelschleifen 27 und 28 bzw Regelelemente 29 und 30 vorgesehen sind und das Eingangssignal des Regelelementes 29 über den Vergleich 31 des Istwertes 32 und des über eine externe Einstellvorrichtung vorgebbaren Sollwertes 33 der Ausgangsspannung und der Eingang des Regelelementes 30 über Vergleich 34 des,
durch Abschwächung 35 des Signals 33 erhaltenen halben Sollwertes 36 der Ausgangsspannung und des Potentials 37 des kapazitiven
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Mittelpunktes 25 der Ausgangsspannung gebildet wird Das Ausgangssignal 38 des Regelelementes 29 wird an Verknüpfungsstellen 39 und 40 gefuhrt und durch Addition (Verknüpfungsstelle 39) und Subtraktion (Verknüpfungsstelle 40) des Ausganges 41 des Regelelementes 30 In, einer dreiphasigen Impulsgeberstufe 42 zugefuhrte Steuersignale 43 und 44 aufgespaltet.
Die Impulsgeberstufe besteht aus drei Identen Tellsysteme 45, 46, 47 womit die Beschreibung der Schaltungsstruktur auf ein Teilsystem, z B 45, beschränkt werden kann Das Teilsystem wird durch eine Komparatorstufe 48 und eine nachgeordnete Zeitgeber- und Ansteuerstufe 49 gebildet Der Ausgang 50 der, eingangsseitig an der, von Eingangs klemme 5 des Pulsglelchnchtersystems 1 abgegnffenen Netzphasenspannung 2 liegenden Komparatorstufe 48 wird an die Triggereingänge 51 und 52 monostabiler Kippstufe 53 und 54 mit, über Eingang 55 und 56 durch die Reglersignale 43 und 44 gesteuerter Breite der Ausgangsimpuls 57 und 58 gelegt und das an die elektronische Schaltvorrichtung 21 geführte Ansteuersignal 59 durch ODER-Verknupfung 60 der Ausgangsimpuls 57 und 58 gebildet.
Durch die Komparatorstufe 48 wird die Netzphasenspannung 2 In eine phasengleiche Rechteckspannung 50 abgebildet, deren mit den Nulldurchgangen bel positiver Steigung der Netzspannung zusammenfallenden Flanken Ausgangsimpulse 57 des Zeltghedes 53 und deren, im den Nulldurchgángen der Phasenspannung bei negativer Steigung auftretenden negativen Flanken Ausgangsimpuls 58 des Zeitgliedes 54 auslösen, wobei aufgrund der ODER-Verknupfung 60 der Ausgänge 57 und 58 am Ausgang des Teilsystems 45 ein, aus belden Impulszugen zusammengesetztes Ansteuersignal 59 der elektronischen Schaltvorrichtung 21 gebildet wird.
Wie vorstehend beschneben, wird die Breite der Ausgangsimpuls 57 und 58 durch die, von den Regelkreisen 27 und 28 ausgegebenen Steuersignale 43 und 44 definiert. Bel Idealer Symmetne der Ausgangstellspannungen werden von den, den Regelelementen 29 und 30 nachgeschalteten Verknüpfungen 39 und 40 idente Ausgangssignale gebildet und demgemass durch die Kippstufen 53 und 54 Impulse gleicher Breite erzeugt bzw.
welsen In diesem Fall die elektronischen Schaltvorrichtungen 21, 22, 23 innerhalb der positiven und negativen Halbschwingungen der zugeordneten Phasenspannungen gleiches Tastverhältnis auf Bel Auftreten einer Regelabweichung der Ausgangsspannung werden durch das Regelelement 29 die Stellgrössen 43 und 44, und damit die Impulsbreite der Steuersignale 57 und 58 bzw die Dauer des Einschaltzustandes der elektronischen Schaltvorrichtungen erhöht bzw. vermindert, womit eine entsprechende Verminderung bzw.
Erhöhung der an den Wurzelpunkten 13, 14, 15 der Diodenbrücke 16 auftretenden Spannungen und damit eine Erhöhung bzw Verminderung der Stromaufnahme und somit des mittleren Leistungsflusses des Drelpunkt-Pulsglelchnchtersystems verbunden Ist, was in einer Heranfuhrung der Ausgangsspannung an den Sollwert 33 resultiert.
Bei Unsymmetrie der Ausgangstellspannungen wird die Impulsbreite der Zeitglieder 53 und 54 aller Phasen durch ein entsprechendes Ausgangssignal 41 des Regelelementes 30 gegensinnig beeinflusst, und damit die Länge der, innerhalb der positiven Phasenspannungshalbschwingungen liegenden Ansteuerimpuls 57 verlangert bzw. verkürzt und die Impulsbreite der, innerhalb der negativen Phasenspannungshalbschwingungen liegenden Ansteuenmpulse 58 vermindert bzw erhöht, womit im Gegensatz zu symmetrischer Steuerung ein, die Unsymmetne der Ausgangsteilspannungen verringernder Mittelwert des, in den Mittelpunkt 25 der Ausgangsspannung fliessenden Stromes resultiert.
Abschliessend ist anzumerken, dass das erfindungsgemässe Steuerverfahren und deren schaltungstechnische Realisierungen auch zur Steuerung von Dreipunkt-Pu) sg) eichnchtersystemen m) t, in die Phasenzweige der Diodenbrücke 16 integrierten elektronischen Schaltvorrichtungen herangezogen werden kann und somit nicht an die, in Fig. 1 gezeigte einfachste Struktur des Leistungsteiles eines Dreipunktpulsgleichrichtersystems gebunden ist.
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