DE1133017B - Steuereinrichtung zum Betrieb gittergesteuerter Stromrichter - Google Patents

Steuereinrichtung zum Betrieb gittergesteuerter Stromrichter

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DE1133017B
DE1133017B DES64267A DES0064267A DE1133017B DE 1133017 B DE1133017 B DE 1133017B DE S64267 A DES64267 A DE S64267A DE S0064267 A DES0064267 A DE S0064267A DE 1133017 B DE1133017 B DE 1133017B
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DE
Germany
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control device
output
pulses
gate
stage
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Pending
Application number
DES64267A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Heinz Geissing
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of DE1133017B publication Critical patent/DE1133017B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/26Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using discharge tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

  • Steuereinrichtung zum Betrieb gittergesteuerter Stromrichter Gegenstand der Hauptpatentanmeldung S 60495 VIIIb/21 c ist ein Verfahren zum Betrieb gesteuerter Stromrichter mit elektronischen Steuerelementen zur Änderung des Aussteuerungsgrades durch Verstellung der Zündzeitpunkte, insbesondere zur Speisung geregelter Motorantriebe, bei dem die Steuerung auf zwei ausgewählte Zündwinkelwerte, einen im Gleichrichtergebiet und einen im Wechselrichtergebiet, vorzugsweise auf Vollaussteuerung als Gleichrichter und die höchstzulässige Wechselrichteraussteuerung, beschränkt und durch einen elektronischen Regler bei jedem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung ein praktisch trägheitsloser sprunghafter Wechsel der Zündlage von dem einen zu dem anderen Winkelwert bzw. umgekehrt in extrem kurzen Zeitabständen bis herab zu einem Bruchteil einer Wechselspannungsperiode ermöglicht wird.
  • Die Aufeinanderfolge der beiden Aussteuerungen und die Belastung der einzelnen Anoden des Stromrichters unterliegen normalerweise statistischen Gesetzen. Nur für den Fall, daß die Taktfrequenz der von dem Stromregler abgegebenen Impulse mit gleichem Vorzeichen gleich der Betriebsfrequenz, beispielsweise 50 Hz, wird, ist diese statistische Verteilung und damit eine gleichmäßige Belastung der einzelnen Anoden nicht mehr gegeben. Dieser Betriebsfall stellt sich dann ein, wenn der Mittelwert der vom Stromrichter abgegebenen Gleichspannung 501/o der Spannung bei voller Gleichrichteraussteuerung beträgt. Für einen dreiphasigen Stromrichter liegt eine Taktfrequenz des Reglers von 50 Hz beispielsweise dann vor, wenn der Abstand der Regelimpulse, die volle Gleichrichteraussteuerung bewirken, 360° beträgt. Infolge dieser Taktfrequenz werden nur zwei Anoden gezündet, wobei die erste Anode im ersten Drittel der Periode den Strom führt und nach 120° die zweite Anode gezündet wird und bis zum Ende der Periode gezündet bleibt. Somit wird die zweite Anode die doppelte Zeit im Vergleich zur ersten Anode belastet, während die dritte Anode nicht gezündet wird. Diese ungleiche Belastung führt zu einer Überbeanspruchung der zweiten Anode. Bei einem Gleichrichter in Saugdrosselschaltung ergibt sich beispielsweise der gleiche Fall, daß die Anoden 1 bis 4 den vollen Gleichstrom führen, während die Anoden 5 und 6 nicht gezündet werden. Diese Nachteile werden mit der Erfindung vermieden.
  • Die Erfindung betrifft demgemäß eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Hauptpatentanmeldung S 60495 VIIIb/21c und besteht darin, daß zusätzlich ein Hilfsregler vorgesehen ist, welcher für den Fall, daß die Taktfrequenz am Ausgang des Hauptreglers mit der Betriebsfrequenz der Speisespannung übereinstimmt, zusätzliche Impulse auf den Eingang des Hauptreglers gibt.
  • Durch einen solchen Hilfsregler wird die Impulsfrequenz des Hauptreglers ständig überwacht. Ist die Taktfrequenz der Impulse am Ausgang des Hauptreglers gleich der Betriebsfrequenz, beispielsweise 50 Hz, dann werden die Impulse außerdem noch gezählt. Erscheinen über eine vorgewählte Periodenzahl, beispielsweise vier Perioden, Impulse mit der Betriebsfrequenz, dann wird in dem Hilfsregler ein Zusatzimpuls gebildet, der auf den Eingang des Hauptreglers gegeben wird. Dieser Zusatzimpuls hat für den Hauptregler die Wirkung einer Sollwerterhöhung, wodurch eine Anode mehr als notwendig gezündet und die starre Taktfrequenz der Impulse des Hauptreglers kurzzeitig gestört wird. Im Anschluß daran kann sich wiederum ein zweianodiger Zustand einstellen, der jedoch ebenfalls nur vier Perioden andauern kann, weil der Regler dann wieder einen neuen Zusatzimpuls bildet. Während dieser nächsten vier Perioden werden dann andere Anoden den Strom führen. Somit wird durch diesen Hilfsregler erreicht, daß über eine längere Zeit alle Anoden gleichmäßig belastet werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines Hilfsreglers nach der Erfindung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Ein solcher Hilfsregler kann vorteilhaft mit kontaktlosen Steuerlementen nach den sogenannten logischen Funktionen aufgebaut sein, die in Anlehnung an die kontaktlosen Elemente der Fernmeldetechnik als Gatter bezeichnet werden.
  • Die vom Hauptstromregler abgegebenen Steuerimpulse werden über eine Anzapfung -10 der Ausgangsleitung auf eine Kippstufe 1 gegeben, die an ihrem Ausgang einen Impuls mit verhältnismäßig geringer Breite liefert, wenn das Signal des Hauptreglers einen positiven Impuls abgibt. Die Ausgangsimpulse der Kippstufe l werden gleichzeitig auf ein Undgatter 5 und auf ein Zeitgatter 2 gegeben, welch letzteres als Vergleichsnormal dient und dessen Ausgangsimpulse eine Breite von etwas weniger als 360°, beispielsweise 330°, haben können. Die Ausgangsimpulse des Zeitgatters 2 werden auf ein Nichtgatter 3 gegeben, welches als. Umkehrstufe dient und nur dann einen Ausgangsimpuls liefert, wenn von dem Zeitgatter 2 kein Signal auf den Eingang gegeben wird. Haben die Signale des Hauptreglers mit gleichem Vorzeichen beispielsweise einen Abstand von 360°, so haben die Ausgangssignale der Kippstufe 1 sowie die Ausgangssignale des Zeitgatters 2 ebenfalls einen Abstand von 360° und die Impulse des Nichtgatters 3 beispielsweise eine Breite von 30°. Diese Ausgangsimpulse werden auf ein weiteres Zeitgatter 4 gegeben, dessen Ausgangsimpulse auf die doppelte Breite der Ausgangsimpulse des Nichtgatters 3 eingestellt sind, also beispielsweise auf eine Breite von 60°. Die Ausgangsimpulse des Zeitgatters 4 werden parallel zu den Ausgangsimpulsen der Kippstufe 1 auf ein Undgatter 5 gegeben, welches ein Ausgangssignal nur liefert, solange beide Eingangssignale gleichzeitig auf den Eingang gegeben werden. Die Ausgangssignale des Undgatters werden auf ein Gedächtnisgatter 6 als Binärstufe gegeben, welches ein Signal so lange weitergibt, auch wenn das Eingangssignal inzwischen gelöscht ist, bis das Ausgangssignal durch einen weiteren Eingangsimpuls gelöscht wird. Infolgedessen liefert das Gedächtnisgatter nur bei jedem zweiten Eingangssignal ein Ausgangssignal. Diese Ausgangsimpulse werden auf ein weiteres Gedächtnisgatter 7 und dessen Ausgangsimpulse auf eine Kippstufe 8 gegeben, deren Ausgangsimpulse somit den vierfachen Abstand der Ausgangsimpulse des Undgatters 5 haben. Die Ausgangsimpulse der Kippstufe 8 werden als Zusatzimpulse über die Eingangsleitung 9 in den Hauptstromregler eingespeist.
  • Die Abgabe von Zusatzimpulsen durch den Hilfsregler auf den Eingang des Hauptstromregiers erfolgt in einem einstellbaren Ansprechbereich Oberhalb und unterhalb von 360°. Der Ansprechbereich ist einstellbar mit der Breite der Ausgangsimpulse des Zeitgatters 2. Zu diesem Zweck kann das Zeitgatter vorteilhaft im wesentlichen aus einem Nichtgatter zur Signalumkehr bestehen, dessen Ausgangssignal über einen Kopplungskondensator 11 zusammen mit einem Steuerstrom über einen veränderbaren Widerstand 12 in Reihe mit einem festen Widerstand 13 der Basis eines Transistors zugeführt wird, dessen Kollektorwiderstand zwischen dem Ausgang des Zeitgatters und dem Steuerpotential liegt. In einem solchen Zeitgatter können die Anschlüsse des Kopplungskondensators sowie des veränderbaren Widerstandes für den Steuerstrom vorteilhaft aus dem Gehäuse herausgeführt sein, so daß die Größe des Widerstandes und damit die Zeit des abgegebenen Impulses, die dem Produkt aus Widerstand und Kapazität des Kondensators proportional ist, mit einem Einstellknopf, der sich beispielsweise an einer Steuertafel befinden möge, eingestellt werden kann. Mit dem festen Widerstand 13 kann die Mindestbreite des Ausgangsimpulses festgelegt und damit der Ansprechbereich des Zusatzreglers begrenzt werden. Beim Zeitgatter 4, welches in gleicher Weise wie das Zeitgatter 2 aufgebaut sein kann, sind die Anschlüsse des Kondensators 14 sowie des veränderbaren Widerstandes 15 ebenfalls aus dem Gehäuse herausgeführt. Die Einstellung der Widerstände 12 und 15 ist gekoppelt, so d'aß beide Widerstände durch einen gemeinsamen Einstellknopf verändert werden können. Dabei wird beispielsweise durch die Drehung des Einstellknopfes in einer Drehrichtung die Breite des Ausgangsimpulses des Zeitgatters 2 um einen vorbestimmten Betrag vermindert und gleichzeitig die Breite des Ausgangsimpulses des Zeitgatters 4 um den doppelten Betrag vergrößert. Somit kann mit diesem Einstellknopf der Ansprechbereich des Zusatzreglers oberhalb und unterhalb symmetrisch zu 360° eingestellt werden.
  • Die Kippstufe 1 sowie die Kippstufe 8 können mit RC-Kombinationen 16 und 17 bzw. 18 und 19 versehen sein, deren Anschlüsse aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Zum Unterschied von den RC-Kombinationen der Zeitgatter sind bei den Kippstufen 1 und 8 feste Widerstände 17 und 19 vorgesehen. Mit der Wahl der Größe des Widerstandes 19 wird die Breite der vom Hilfsregler abgegebenen Zusatzimpulse festgelegt.
  • Aus Fig. 2 sind die Ausgangsimpulse des Hauptreglers sowie die Ausgangsimpulse der einzelnen Stufen des Zusatzreglers ersichtlich. Als Ordinaten sind die Ausgangsspannung UA des Hauptreglers 10 sowie die Ausgangsspannung der Stufen 1 bis 8 des Zusatzreglers und als Abszisse ist die Zeit t aufgetragen. Für den Abstand der Impulse des Hauptreglers mit gleichem Vorzeichen ist der Wert 360° elektrisch angenommen. Der Abstand der Ausgangsimpulse der Kippstufe 1 und des Zeitgatters 2 beträgt dann gleichfalls 360°. Die eingestellte Breite der Ausgangsimpulse des Zeitgatters 2 sei beispielsweise mit 330° angenommen. Das Nichtgatter 3 liefert dann Impulse von 360-330 = 30°, und das Zeitgatter 4 wird auf Ausgangsimpulse mit einer Breite von 60° eingestellt. Die Ausgangsimpulse des Undgatters 5 haben die gleiche Breite wie die Ausgangsimpulse der Kippstufe 1 und den Abstand 360°. In diesem Falle würde der Zusatzregler mit den Ausgangsimpulsen der Kippstufe 8 Zusatzimpulse mit einem Abstand von 4 - 360° = 1440° auf den Eingang des Hauptreglers geben. Bei dieser Einstellung des Zeitgatters 2 würde der Zusatzregler Zusatzimpulse in dem eingestellten Ansprechbereich zwischen 330 und 390° liefern. Der Ansprechbereich kann durch Verbreitern bzw. Schmälern des Ausgangsimpulses des Zeitgatters 2 enger bzw. weiter gemacht werden.
  • Der Abstand der vom Hilfsregler abgegebenen Zusatzimpulse auf den Hauptregler, welcher im Ausführungsbeispiel mit 4 - 360° angenommen ist, kann durch die Anordnung weiterer Gedächtnisgatter nach Art der Stufen 6 und 7 erweitert werden.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb gesteuerter Stromrichter mit elektronischen Steuerelementen zur Änderung des Aussteuerungsgrades durch Verstellung der Zündzeitpunkte, insbesondere zur Speisung geregelter Motorantriebe, bei dem die Steuerung auf zwei ausgewählte Zündwinkelwerte, einen im Gleichrichtergebiet und einen im Wechselrichtergebiet beschränkt, und durch einen elektronischen Hauptregler bei jedem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung ein praktisch trägheitsloser sprunghafter Wechsel der Zündlage von dem einen zu dem anderen Winkelwert bzw. umgekehrt in extrem kurzen Zeitabständen bis herab zu einem Bruchteil einer Wechselspannungsperiode ermöglicht wird, nach Patentanmeldung S 60495 VIII b/21 c, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Hilfsregler vorgesehen ist, welcher für den Fall, daß die Taktfrequenz am Ausgang des Hauptreglers mit der Betriebsfrequenz der Speisespannung des Stromrichter-Haupttransformators übereinstimmt, zusätzliche Impulse auf den Eingang des Hauptreglers gibt.
  2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsregler folgende Verstärkerstufen umfaßt: eine erste Kippstufe, eine erste Zeitstufe, eine Umkehrstufe, eine zweite Zeitstufe, ein Undgatter, zwei Binärstufen und eine zweite Kippstufe.
  3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Binärstufen vorgesehen sind.
  4. 4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten und zweiten Zeitstufe Schaltelemente vorgesehen sind, mit denen die Breite der Ausgangsimpulse verändert werden kann.
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