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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.