DE1226196B

DE1226196B - Control unit for converter

Info

Publication number: DE1226196B
Application number: DEA18110A
Authority: DE
Inventors: Dr Uno Lamm; Dr Erich Uhlmann
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1952-06-04
Filing date: 1953-05-30
Publication date: 1966-10-06

Description

Steuergerät für Stromrichter Es ist bereits ein Steuergerät :für Stromrichter, insbesondere für Wechselrichter, bekannt, das besonders dann geeignet ist, wenn die Form der Wechselstromkurve Unregelmäßigkeiten aufweist, die unter Umständen die rechtzeitige Beendigung der Kommutierung verhindern können. Um der ungünstigen Wirkung derartiger Unregelmäßigkeiten vorzubeugen, wird :bei dem genannten Steuergerät der Zeitpunkt der Einleitung der Kommutierung jeder einzelnen Ventilstrecke von einer die Kommutierung bedingenden Spannung im Hauptkreis abhängig gemacht, genauer gesagt, vom Augenblickswert dieser Spannung.Control unit for converters There is already a control unit: for converters, especially for inverters, known, which is particularly suitable when the shape of the alternating current curve has irregularities that may prevent the timely termination of the commutation. To the unfavorable Preventing the effect of such irregularities is: with the aforementioned control unit the time at which the commutation of each individual valve section is initiated from made dependent on a voltage in the main circuit that causes commutation, more precisely in other words, of the instantaneous value of this tension.

Das bekannte Steuergerät ist aber nicht in der Lage, alle bei einer Störung auftretenden Unregelmäßigkeiten der die Kommutierung bedingten Spannung im Hauptkreis - im folgenden der Kürze halber Kommutierungsspannung genannt - berücksichtigen zu können. Eine oft auftretende Störung ist eine Spannungssenkung :in einer oder in einigen Phasen des Wechselstromnetzes, die meist in Zusammenhang mit einem Stromanstieg auftritt. Da die Bedingung für eine Kommutierung die ist, daß ein dem Strom im wesentlichen proportionales Spannungs-Zeit-Integral im Hauptkreis zur Verfügung steht, ist es klar, daß eine gleichzeitige Erniedrigung der Spannung und Erhöhung des Stromes eine bedeutende Vergrößerung der für die Kommutierung erforderlichen Zeit verursacht, was bedeutet, daß die Kommutierung viel früher als normal beginnen muß, um rechtzeitig vor dem Nulldurchgang der Spannung abgeschlossen werden zu können.The well-known control unit is not able to handle all of them with one Disturbance occurring irregularities of the commutation-related voltage in the main circuit - hereinafter referred to as the commutation voltage for the sake of brevity to be able to. A common malfunction is a drop in voltage: in an or in some phases of the alternating current network, mostly in connection with an increase in current occurs. Since the condition for a commutation is that the current is essentially proportional voltage-time integral is available in the main circuit, it is clear that a simultaneous decrease in voltage and increase in current causes a significant increase in the time required for commutation, which means that commutation must start much earlier than normal in order to be timely to be able to be completed before the zero crossing of the voltage.

Gemäß einem älteren Vorschlag soll bei Störungen in die Steuerung des Wechselrichters eingegriffen werden, d. h. diese so schnell beeinflußt werden, daß die Gefahr der Durchzündung vermieden wird. Zu diesem Zweck wird der Spannungsverlauf der in der Brennfolge unmittelbar vorhergehenden Phase mit dem Verlauf einer vorgegebenen Spannung verglichen, und die Beeinflussung der eigentlichen Steuerung der Folgeanode erfolgt in Abhängigkeit von der Abweichung der genannten Spannungen voneinander. Die Differenzspannung ergibt sich dabei aus der Abweichung der Momentanwerte der an sich hinsichtlich Phase und Amplitude gleichen Spannungen. Tritt eine Differenzspannung auf, so beeinflußt diese die Steuervorrichtung des Wechselrichters. Diese selbst arbeitet mit einer sinusförmigen Spannung, deren Phase willkürlich oder in Abhängigkeit vom Strom veränderlich ist, so daß bei Auftreten von Differenzen in den Momentanwerten der zuvor genannten Spannungen eine überlagerung der Steuerspannung und der Differenzspannung stattfindet. Eine solche Einrichtung kann den hier zu stellenden Forderungen nicht Rechnung tragen, weil mit der Überlagerung einer Differenzspannung der genannten Art kein proportionaler Zusammenhang zwischen Strom und Spannungs-Zeit-Integral erhalten wird. Das ist aber, wie im folgenden noch gezeigt ist, Voraussetzung für eine allen Bedingungen gerecht werdende Steuerung von Stromrichtern.According to an older proposal, in the event of faults in the control the inverter intervenes, d. H. these are influenced so quickly, that the risk of ignition is avoided. For this purpose, the voltage curve the phase immediately preceding in the focal sequence with the course of a predetermined one Voltage compared, and influencing the actual control of the following anode takes place as a function of the deviation of the stated voltages from one another. The differential voltage results from the deviation of the instantaneous values of the voltages are essentially the same in terms of phase and amplitude. If there is a differential voltage on, it affects the control device of the inverter. This itself works with a sinusoidal voltage, the phase of which is arbitrary or dependent is variable by the current, so that when differences occur in the instantaneous values of the aforementioned voltages, a superposition of the control voltage and the differential voltage takes place. Such an institution cannot meet the demands made here Take into account, because with the superposition of a differential voltage of the above Type no proportional relationship between current and voltage-time integral is obtained. However, as will be shown below, this is a prerequisite for a control of power converters that meets all conditions.

Die Erfindung bezweckt die Ausbildung eines Steuergerätes, bei dem in bekannter Weise ein die Kommutierung einleitender Impuls aus dem Augenblickswert einer die Kommutierung bedingenden Spannung im Hauptkreis des Stromrichters hergeleitet wird. Die Erfindung geht dabei von einem Steuergerät aus, :bei dem zwei den Zündzeitpunkt beeinflussende veränderliche Größen verwendet sind, von denen eine .im wesentlichen dem Belastungsstrom proportional ist und das Gerät zwei verschiedene Anordnungen zum Herleiten der zwei Größen hat, die einer Zündröhre zugeführt sind, die einen die Kommutierung einleitenden Impuls abgibt, wenn die beiden Größen im wesentlichen miteinander übereinstimmen. Um mit einem solchen Gerät auch Störungen der zuvor angegebenen Art zu erfassen, ist dieses erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die erste Anordnung zur Herleitung des Zeitintegrals der Kommutierungsspannung zwischen jedem Augenblick und einem Zeitpunkt, dessen Lage im Verhältnis zum Zeitpunkt des Nulldurchganges ider Kommutierungsspannung durch ein vorbestimmtes Programm bedingt ist, und die zweite Anordnung zur Herleitung des Produkts .aus Belastungsstrom des Stromrichters und Induktanz des Kommutierungskreises dient. Die Erfindung geht ebenso wie der ältere Vorschlag von der Tatsache aus, daß bei einem .Stromrichter, insbesondere einem Wechselrichter, die Kommutierungs= dauer sowohl von der Kommutierungsspannung als auch von dem zu kommutierenden Strom abhängig ist und deshalb eine Vorverlegung des Zeitpunktes des Beginns der Kommutierung erforderlich wird, wenn eine gleichzeitige Erniedrigung der Spannung und Erhöhung des Stromes eintritt. Diese Aufgabe löst aber die Erfindung nicht durch die Einführung einer Differenzspannung, die sich aus der Abweichung der Momentanwerte zweier an sich hinsichtlich Phase und Amplitude gleicher Spannungen ergibt. Nach .der Erfindung ist der Zeitpunkt des Beginns der Kommutierung davon abhängig, daß das Zeitintegral der Kommutierungsspannung zwischen diesem Zeitpunkt und einem Zeitpunkt, dessen Lage im Verhältnis zum Zeitpunkt des Nulldurchganges der Kommutierungsspannung durch ein vorbestimmtes Programm bedingt ist, proportional zum Belastungsstrom des Stromrichters ist. Durch Verwendung des Zeitintegrals der Kommutierungsspannung und des Stromprodukts wird somit in einfacher Weise ein viel exakterer Zündzeitpunkt erreicht als nach dem älteren Vorschlag, der nur die Abweichung einer Phasenspannung von einem empirisch gewählten Sollwert benutzt.The invention aims to provide a control device in which in a known manner, a commutation-initiating pulse from the instantaneous value derived from a commutation-causing voltage in the main circuit of the converter will. The invention is based on a control unit: in which two the ignition point influencing variable quantities are used, one of which. essentially is proportional to the load current and the device has two different arrangements for deriving the two quantities which are fed to an ignition tube, the one the commutation initiating pulse emits when the two quantities are substantially coincide with each other. To use such a device also interferes with the previously To detect specified type, this is designed according to the invention so that the first arrangement for deriving the time integral of the commutation voltage between every moment and a point in time, its position in relation to the point in time of Zero crossing of the commutation voltage due to a predetermined program is, and the second arrangement for deriving the product .from the load current of the Converter and inductance of the commutation circuit is used. The invention works as well like the older proposal based on the fact that with a .Stromrichter, in particular an inverter, the commutation time depends on both the commutation voltage as well as depends on the current to be commutated and therefore a forward shift the time of the start of the commutation is required if a simultaneous The voltage decreases and the current increases. Solves this task but the invention not by introducing a differential voltage that is from the deviation of the instantaneous values of two per se in terms of phase and amplitude results in equal tensions. According to the invention, the time of the beginning of the Commutation depends on the time integral of the commutation voltage between this point in time and a point in time whose position in relation to the point in time of Zero crossing of the commutation voltage due to a predetermined program is proportional to the load current of the converter. Using the The time integral of the commutation voltage and the current product thus becomes simpler Way, a much more precise ignition point is achieved than according to the older proposal, which is only the deviation of a phase voltage from an empirically selected target value used.

Es hat sich erwiesen, daß die elektrische Herstellung des Spannungs-Zeit-Integrals in der Regel am leichtesten erfolgt, falls man in an und für sich bekannter Weise vom entsprechenden Scheitelwert der Kommutierungsspannung ausgeht. Dies bringt auch die Vereinfachung, daß der stromabhängige Teil der Funktion, die die Bedingung für den rechtzeitigen Abschluß der Kommutierung ausdrückt, eine lineare und damit physikalisch leicht herstellbare Funktion wird. Hierbei kann man beispielsweise den zuletzt erreichten Scheitelwert der Spannung aufbewahren, und zwar in bekannter Weise durch Aufladung eines Kondensators, dessen Entladung durch ein Ventil od. dgl. so lange verhindert wird, wie seine Ladung für die richtige Durchführung .der Kommutierung nötig ist. In der Regel ist es aber zweckmäßiger, ausgehend von den in jedem Augenblick zur Verfügung stehenden Größen, den entsprechenden Scheitelwert der Spannung zu rekonstruieren und davon auszugehen.It has been shown that the electrical production of the voltage-time integral usually easiest if one works in a known manner is based on the corresponding peak value of the commutation voltage. This also brings the simplification that the current-dependent part of the function which the condition for expresses the timely completion of the commutation, a linear and thus physical easily manufacturable function becomes. Here you can, for example, reach the last one Preserve the peak value of the voltage, in a known manner by charging a capacitor, the discharge of which is prevented by a valve or the like for so long how its charge is necessary for the correct implementation of the commutation. As a rule, however, it is more expedient to start from the at each moment Available quantities to reconstruct the corresponding peak value of the voltage and assume.

Die Größen, die in jedem Augenblick zur Berechnung des Scheitelwerts zur Verfügung stehen, sind erstens die Spannung selbst und ihre Zeitableitung, die aus der Spannung in bekannter Weise beispielsweise mittels eines Kondensators oder aus einem ohmschen und einem induktiven Widerstand hergeleitet werden kann. Da man in der Regel damit rechnen muß, daß die Spannungskurve keine reine Sinuskurve ist, sondern Oberwellen enthält, die besonders bei Verwendung eines Kondensators zur Herstellung der Zeitableitung, auch Differentialquotient genannt, das Ergebnis bedeutend verändern können, gibt es oft ein genaueres Ergebnis, falls man durch irgendein bekanntes Verfahren zur Phasenverschiebung eine Spannung herleitet, die gegen die ursprüngliche um 90° phasenverschoben ist, .also eine Cosinusfunktion des Winkels darstellt, von dem die ursprüngliche Spannung, abgesehen von den Oberwellen, eine Sinusfunktion ,bildet, da die Ableitung des Sinus bekanntlich der Cosinus ist. Dagegen kann man nicht die letzte Funktion, die im folgenden allgemein die Komplementfunktion genannt wird, aus anderen Phasen der Stromquelle .herleiten, da die vorliegende Erfindung besonders für den Fall bestimmt ist, daß Unsymmetrie zwischen den Phasen herrscht.The quantities that are used at each instant to calculate the peak value are available, first are the voltage itself and its time derivative, the from the voltage in a known manner, for example by means of a capacitor or can be derived from an ohmic and an inductive resistance. Since you As a rule, one must reckon with the fact that the voltage curve is not a pure sine curve, but contains harmonics, which are particularly important when using a capacitor Establishing the time derivative, also called the differential quotient, meaning the result can change, there is often a more accurate result, if one goes through any Known method for phase shifting derives a voltage against the is originally phase shifted by 90 °, so a cosine function of the angle of which the original voltage, apart from the harmonics, is a Sine function, since the derivative of the sine is known to be the cosine. Against it one cannot use the last function, which in the following is generally the complement function is called, derive from other phases of the power source, since the present Invention is particularly intended for the case that asymmetry between the phases prevails.

Abweichungen von der Sinusform der Spannungskurve können teils auf Störungen im Wechselstromnetz beruhen, z. B. auf Lichtbogen bei teilweisen Erdschlüssen des Netzes oder in angeschlossenen Geräten, teils auf Unregelmäßigkeiten im Stromrichter, z. B. Kommutierungsoberwellen in ,anderen Teilen .des Stromrichters als in der Ventilstrecke, ,auf die diese Beschreibung .sich bezieht. Wenigstens bei vielphasigen Stromrichtern dürfte es notwendig sein, durch entsprechende Mittel gewisse dieser Oberwellen - die auf die hier in Frage kommende Kommutierung am nächsten folgen - zu kompensieren. Vom Netz herrührende Oberwellen können durch entsprechende Filter herabgesetzt werden, wobei ;aber zu beachten ist, daß die Phase -und Kurvenform der Grundwelle nicht beträchtlich beeinflußt werden. Wenn dies geschieht, .kann man in der Regel mit für praktische Zwecke befriedigender Genauigkeit die Komplementfunktion beispielsweise mittels einer Kombination von Blindwiderständen oder ohmscher Widerstände herstellen, wobei zu beachten ist, daß hochfrequente Oberwellen genügend abgedämpft werden, damit sie .das .Ergebnis nicht nennenswert beeinflussen können. Nachdem die Komplementfunktion hergeleitet ist, kann man aus derselben und aus der ursprünglichen Funktion mit in den meisten Fällen befriedigender Genauigkeit den Scheitelwert beispielsweise durch Herstellung der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate .der ibeiden Funktionen oder mittels Hochfrequenztransduktoren herstellen.Deviations from the sinusoidal shape of the voltage curve can partly occur Interference in the AC network is based, e.g. B. on arcing with partial earth faults of the network or in connected devices, partly for irregularities in the converter, z. B. commutation harmonics in other parts of the converter than in the valve section, to which this description refers. At least with multi-phase converters it might be necessary to use appropriate means to reduce certain of these harmonics - which follow the commutation in question next - to compensate. Harmonics originating from the network can be reduced by appropriate filters, where; but it should be noted that the phase and curve shape of the fundamental wave are not can be influenced considerably. When this happens, you can usually use for practical purposes of satisfactory accuracy the complement function, for example using a combination of reactances or ohmic resistances, It should be noted that high-frequency harmonics are sufficiently damped, so that you cannot significantly influence the result. After the complement function can be derived from the same and from the original function with in most cases of satisfactory accuracy the peak value, for example by producing the square root of the sum of the squares of the two functions or by means of high frequency transducers.

Nachdem der Scheitelwert der Spannung in irgendeiner der eben beschriebenen Weisen hergeleitet ist, soll mit diesem eine Funktion hergestellt werden, die einen vorbestimmten Wert; beispielsweise den Nullwert, in dem Augenblick durchschreitet, in dem die Kommutierung eingeleitet werden muß, .um rechtzeitig abgeschlossen werden zu können. Falls man mit u den Wert der Spannung in jedem Augenblick, mit u1 die vorher definierte Komplementfunktion der Spannung, mit E den Scheitelwert der Spannung, mit z den jeweiligen elektrischen Winkel zwischen dem Zeitpunkt der Einleitung der Kommutierung und dem Nulldurchgang der Spannung bezeichnet, so ist die Spannung u = E - sin x und u1 = E - cos x.After the peak value of the voltage has been derived in any of the ways just described, it is intended to produce a function with it which has a predetermined value; For example, the zero value passes through at the moment in which the commutation must be initiated in order to be able to be completed in good time. If u denotes the value of the voltage at any given moment, u1 denotes the previously defined complement function of the voltage, E denotes the peak value of the voltage, z denotes the electrical angle between the point in time at which commutation is initiated and the voltage crosses zero, then the voltage u = E - sin x and u1 = E - cos x.

Bezeichnet man weiter mit y den entsprechenden Winkel zwischen dem Abschluß der Kommutierung und dem Nulldurchgang (den sogenannten Respektabstand), mit w die Kreisfrequenz des Wechselstromes, mit LK die gesamte Induktanz zwischen den Stromkreisen, zwischen denen eine Kommutierung stattfindet, und mit 1 den Gleichstrom, so zeigt es sich, daß eine Funktion F(x), die beim eben angegebenen Zeitpunkt durch Null gehen soll, die folgende Form erhalten muß: Die Größen -E cos x und E cos y bilden das Zeitintegral.One further denotes with y the corresponding angle between the end of the commutation and the zero crossing (the so-called respect distance), with w the angular frequency of the alternating current, with LK the total inductance between the circuits between which commutation takes place, and with 1 the direct current, it turns out that a function F (x), which should go through zero at the point in time just given, must have the following form: The quantities -E cos x and E cos y form the time integral.

Es gilt also, die Kommutierung einzuleiten (im allgemeinen mit Hilfe eines oder mehrerer momentan wirkender Hilfskreise), wenn der Wert der eben genannten Funktion durch Null geht. Dadurch wird das genannte Zeitintegral vom Zündzeitpunkt bis zum Beginn des Sicherheitswinkels gleich dem Stromprodukt, wodurch die Komrnutierung bei Beginn des Sicherheitswinkels beendigt ist.It is therefore important to initiate the commutation (generally with the help one or more currently active auxiliary circuits), if the value of the aforementioned Function goes through zero. This becomes the aforementioned time integral from the ignition point up to the beginning of the safety angle equal to the electricity product, whereby the communication is terminated at the beginning of the safety angle.

Im Ausdruck für F (x) ist E cos x eine Funktion von x; 1 und E sind nicht von vornherein ,bekannte, aber von x praktisch unabhängige Größen und y eine Größe, die vorzugsweise nach einem vorbestimmten Programm von 1 abhängig gemacht wird, während c) und LK gewöhnlich als konstant betrachtet werden können.In the expression for F (x), E cos x is a function of x; 1 and E are not known from the outset, but are practically independent of x, and y is a variable that is preferably made dependent on 1 according to a predetermined program, while c) and LK can usually be regarded as constant.

Einige Beispiele von Schaltungen, die dem obenerwähnten Zweck der Herstellung der Funktion F (x) dienen, sind in F i g. 1 bis 5 der Zeichnung dargestellt.Some examples of circuits that meet the aforementioned purpose of the Making the function F (x) serve are shown in FIG. 1 to 5 of the drawing.

In F i g. 1 bezeichnet die Ziffer 1 ein Paar Klemmen, über die die Kommutierungsspannung - im allgemeinen die Spannung zwischen den .beiden kommutierenden Wechselstromphasen-eingeführt wird. Zwischen den Klemmen 1 liegt ,ein Kondensator 2 in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 3 und eine Wicklung 4 eines Transformators, dessen Sekundärwicklung mit 24 bezeichnet ist. Zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators und des Widerstandes und einem Punkt der Transformatorwicklung liegt eine Spannung, die bei geeigneter Bemessung der Schaltelemente 2, 3, 4 um 90° gegenüber der Spannung an den Klemmen 1 phasenverschoben ist. Gegebenenfalls kann der Kondensator 2 durch eine Drosselspule ersetzt werden, das ist zweckmäßig, wenn mit niedrigerer Frequenz gearbeitet werden soll.In Fig. 1, the number 1 denotes a pair of terminals through which the Commutation voltage - generally the voltage between the two commutating ones AC phase is introduced. There is a capacitor between terminals 1 2 in series with an ohmic resistor 3 and a winding 4 of a transformer, the secondary winding of which is denoted by 24. Between the connection point of the Capacitor and resistor and a point of the transformer winding a voltage which, if the switching elements 2, 3, 4 are suitably dimensioned, is 90 ° opposite the voltage at terminals 1 is out of phase. Optionally, the capacitor 2 can be replaced by a choke coil, which is useful when using a lower one Frequency should be worked.

Gegebenenfalls erforderliche Filtergeräte für die Oberwellen der Spannung sind nicht dargestellt. Die phasenverschobene Spannung wird der Wicklung 5 eines Transformators zugeführt, dessen Sekundärwicklungen mit 25 und 12 bezeichnet sind. Die Sekundärwicklungen 24 bzw. 25 sind an einem bekannten Apparat 6 angeschlossen, der die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der beiden Eingangsspannungen (kurz deren Quadratsumme genannt) bildet. Diese kann in Form einer Spannung den Klemmen 7 entnommen und beispielsweise einem Potentiometerwiderstand 8 aufgedrückt werden. Ein verstellbarer Abgriff des Widerstandes 8 ist über einen in F i g. 1 nur schematisch dargestellten Apparat 9 mit der Kathode einer Zündröhre 10 verbunden. Eine Ausführungsform des Apparates 9 ist in F i g. 2 näher gezeigt; er dient dazu, eine dem Belastungsstrom des Stromrichters im wesentlichen proportionale Spannung zu erzeugen. Das eine Ende des Widerstandes 8 ist über die Transformatorwicklung 12 mit dem Steuergitter der Zündröhre 10 verbunden. Die Wicklung 12 kann gegebenenfalls ein Bauelement des Apparates 6 bilden.Any filter devices required for the harmonics of the voltage are not shown. The phase-shifted voltage is fed to the winding 5 of a transformer, the secondary windings of which are denoted by 25 and 12. The secondary windings 24 and 25 are connected to a known apparatus 6 which forms the square root of the sum of the squares of the two input voltages (called their sum of squares for short). This can be taken from the terminals 7 in the form of a voltage and pressed onto a potentiometer resistor 8, for example. An adjustable tap of the resistor 8 is via one shown in FIG. 1, apparatus 9, which is only shown schematically, is connected to the cathode of an ignition tube 10 . One embodiment of the apparatus 9 is shown in FIG. 2 shown in more detail; it is used to generate a voltage that is essentially proportional to the load current of the converter. One end of the resistor 8 is connected to the control grid of the ignition tube 10 via the transformer winding 12. The winding 12 can optionally form a component of the apparatus 6.

Durch die Apparate 6 und 9 und die Transformatorwicklung 12 werden drei in Reihe geschaltete Spannungen erzeugt, die den drei Gliedern im Ausdruck für F(x) entsprechen, nämlich dem Wechselstromglied u1 in der Transformatorwicklung 12, dem Glied E cos y im Apparat 6 und dem Gleichstromglied w LK 1 im Apparat 9. Die Summe dieser Glieder, d. h. die Spannung am Gitter der Zündröhre 10, soll im Augenblick der Einleitung der Kommutierung durch Null gehen, die Zündröhre 10 ist in an sich bekannter Weise mit dem Gitterkreis des zu steuernden Hauptventils verbunden, so daß dieses Ventil gezündet wird, wenn die Zündröhre 10 beim Nulldurchgang anspricht.Apparatus 6 and 9 and transformer winding 12 produce three series-connected voltages which correspond to the three terms in the expression for F (x), namely the alternating current element u1 in the transformer winding 12, the element E cos y in the apparatus 6 and the DC element w LK 1 in the apparatus 9. The sum of these elements, ie the voltage on the grid of the ignition tube 10, should go through zero at the moment the commutation is initiated, the ignition tube 10 is connected in a known manner to the grid circuit of the main valve to be controlled so that this valve is ignited when the ignition tube 10 responds at the zero crossing.

Der Apparat soll in der Praxis allgemein eine Spannung abgeben, die dem Belastungsstrom des Stromrichters nicht einfach proportional ist, sondern auch in verschiedener Weise auf die Zeitableitung dieses Stromes Rücksicht nimmt; er kann deshalb beispielsweise nach F i g. 2 ausgeführt sein; F i g. 3 und 4 veranschaulichen seine Wirkung unter verschiedenen Bedingungen. Die Forderungen, die an die stromabhängige Spannung gestellt werden können, sind beispielsweise die folgenden: 1. Im Dauerzustand soll die Spannung dem Belastungsstrom proportional sein, und bei Übergangsverläufen darf sie diese Proportionalität nie unterschreiten.In practice, the apparatus should generally deliver a voltage that is not simply proportional to the load current of the converter, but also takes into account the time derivative of this current in various ways; he can therefore, for example, according to FIG. 2 be executed; F i g. 3 and 4 illustrate its action under different conditions. The demands made on the current-dependent Voltage that can be set are, for example, the following: 1. In the steady state the voltage should be proportional to the load current, and in the case of transition curves it must never fall below this proportionality.

2. Wenn der Differentialquotient des Belastungsstromes positiv ist, soll die .Spannung einen Zusatz bekommen, der etwa proportional der Zeitableitung ist, weil man annehmen kann, daß der zu kommutierende Strom im Mittel proportional dieser Zeitableitung ist. Dieser Zusatz soll augenblicklich einsetzen und verbleiben, solange die Ableitung positiv ist.2. If the differential quotient of the load current is positive, the voltage should get an addition that is roughly proportional to the time derivative is because one can assume that the current to be commutated is proportional on average this time derivative is. This addition should start immediately and remain, as long as the derivative is positive.

3. Wenn der Differentialquotient aufhört, positiv zu sein, soll die Spannung vorzugsweise im ersten Augenblick unverändert erhalten bleiben und sodann allmählich auf den Wert sinken, der dem dann herrschenden Strom entspricht. Eine Senkung der Spannung entspricht nämlich einer Verschiebung im Sinne einer späteren Kommutierung, und mit Rücksicht auf die Kommutierung in anderen Phasen kann es zweckmäßig sein, diese Verschiebung nicht allzu schnell zu machen.3. When the differential quotient ceases to be positive, the Tension preferably remain unchanged for the first moment and then gradually decrease to the value that corresponds to the then prevailing current. One Lowering the voltage corresponds to a shift in the sense of a later one Commutation, and taking into account the commutation in other phases, it can be useful be not to make this shift too quickly.

4. Bei negativem Differentialquotienten soll die Spannung zuerst ihren vorigen Wert beibehalten und dann allmählich den Wert annehmen, der dem sinkenden oder gesenkten Strom entspricht.4. If the differential quotient is negative, the voltage should be yours first keep the previous value and then gradually assume the value that is falling or reduced current.

Die beiden letzteren Bedingungen können derart zusammengefaßt werden, daß bei negativen Werten des zweiten Differentialquotienten des Stromes ein gewisser Ausgleich der stromabhängigen Steuerspannungskurve stattfinden soll.The latter two conditions can be summarized in such a way that that with negative values of the second differential quotient of the current a certain Compensation of the current-dependent control voltage curve should take place.

Um die beiden ersten Bedingungen zu erfüllen, wird ein dem belastenden Gleichstrom proportionaler, jedoch zweckmäßig damit nichtleitend zusammenhängender Gleichstrom, beispielsweise über einen Transduktor und einen Gleichrichter nach F i g. 2, durch zwei in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände 31, 32 hergeleitet, von denen der Widerstand 32 durch ein Ventil 34 mit einer Drosselspule 35 parallel geschaltet ist, während ein .anderes Ventil 33 in Reihe mit weiteren Schaltelementen liegt, die die übrigen Bedingungen erfüllen sollen. Die Ventile 33, 34 sind derart gerichtet, daß ein Rückstrom nie durch irgendeinen der Widerstände 31, 32 fließen kann, weshalb der Spannungsabfall :darin nie kleiner werden kann, als es dem tatsächlichen Belastungsstrom entspricht. Der ohmsche Widerstand der Drosselspule 35 ist unbedeutend im Vergleich mit dem Widerstand 32, weshalb bei konstantem Strom sein Hauptteil durch die Drosselspule 35 fließt :und der Spannungsabfall im Widerstand 32 also unbedeutend wird. Bei positiven Differentialquotienten addiert sich der induktive Spannungsabfall in der Drosselspule 35 zum ohmschen Spannungsabfall im Widerstand 31, während bei negativem Differentialquotienten das-Ventil 34 einen Rückstrom durch den Widerstand seitens der Drosselspule 35 verhindert, weshalb der gesamte Spannungsabfall .dem Belastungsstrom und dem Widerstand 31 entspricht.In order to meet the first two conditions, one becomes the onerous Direct current more proportional, but expediently non-conductive connected with it Direct current, for example via a transducer and a rectifier F i g. 2, by two ohmic ones connected in series Resistors 31, 32 derived from which the resistor 32 through a valve 34 with a choke coil 35 is connected in parallel, while a .anderes valve 33 in series with others Switching elements is located, which should meet the other conditions. The valves 33, 34 are directed such that reverse current never flows through any of the resistors 31, 32 can flow, which is why the voltage drop: in it can never be smaller, than it corresponds to the actual load current. The ohmic resistance of the Choke coil 35 is insignificant in comparison with resistor 32, which is why at constant current its main part flows through the inductor 35: and the voltage drop in resistor 32 thus becomes insignificant. Added for positive differential quotients the inductive voltage drop in the choke coil 35 becomes the ohmic voltage drop in resistor 31, while the valve 34 a negative differential quotient Reverse current prevented by the resistance on the part of the choke coil 35, which is why the total voltage drop .dem load current and resistor 31 corresponds.

Zur Erfüllung der dritten und vierten Bedingung dienen Schaltelemente, die von Sekundärwicklungen einer von dem zum Belastungsstrom proportionalen Strom durchflossenen Drosselspule 36 gespeist werden. Eine dieser Sekundärwicklungen, die mit 45 bezeichnet ist, speist über ein Ventil 40 einen Kondensator 37, der so, nachdem .der Differentialquotient während einer gewissen Zeit positiv war, eine Spannung erhält, die bei geeigneter Bemessung des Stromkreises gleich der Spannung über der Drosselspule 36 gemacht werden kann. Der eine Pol des Kondensators 37 ist mit dem einen Ende .des Widerstandes 32 direkt verbunden, während der andere Pol über Widerstände 39 und 42 mit dem anderen Ende des Widerstandes 32 verbunden .ist. Der Widerstand 39 wird von einem Teil der Sekundärwicklung 45 über einen Kondensator 48 gespeist.Switching elements are used to meet the third and fourth conditions, that of secondary windings one of the current proportional to the load current through which the inductor 36 flows. One of these secondary windings, which is designated by 45, feeds via a valve 40 a condenser 37, which is so after .the differential quotient was positive for a certain time, a Receives voltage which, with suitable dimensioning of the circuit, is equal to the voltage can be made across the reactor 36. One pole of the capacitor 37 is connected directly to one end of the resistor 32, while the other pole Connected to the other end of the resistor 32 via resistors 39 and 42. The resistor 39 is from part of the secondary winding 45 via a capacitor 48 fed.

Die Wirkungsweise der. die dritte Bedingung erfüllenden Schaltelemente geht aus F i g. 3 hervor. Wenn der Strom während einer gewissen Zeit einen (konstanten) positiven Differentialquotienten gehabt und sich demzufolge zur Spannung .e1 am Widerstand 31 .eine zusätzliche Spannung addiert hat, der die Spannungskurve e2 ergibt, nun aber die positive Zeitableitung plötzlich aufhört, - addieren sich zu der in der Fortsetzung konstanten Spannung ei zwei Spannungen, die eine, e7, vom Kondensator 37 und die andere, e9, vom Widerstand 39. Die erste sinkt nach einer normalen Entladungskurve entsprechend der Entladung des Kondensators durch den Widerstand 47. Die Spannung .am Widerstand 39 erhält dagegen bei geeigneter Bemessung der Schaltelemente im speisenden Kreis im wesentlichen den Charakter einer gedämpften Schwingung in der aperiodischen Grenzlage,. die in dem Augenblick beginnt, wenn. die Spannung an der Drosselspule 36 aufhört, d. h., wenn der Hauptstrom von einem steigenden zu einem konstanten Wert: übergeht. Diese Schwingung wird durch die Kurve für die Spannung e9 wiedergegeben, und die Summe derselben mit der Kurve für die Spannung e7 gibt die Kurve für die Spannung e3, welche dem in der Bedingung 3 -:angegebenen allmählichen Sinken der stromabhängigen Spannung zu einem Endwert entspricht, der dem neuen Dauerzustand angepaßt ist. Das Ventil 40 hindert das Aufladen des Kondensators 37 bei negativer- Stromableitung Wenn der Differentialquotient vom Wert Null zu einem negativen Wert übergeht, treten ,dagegen die Schaltelemente 41, 42, 43, 44 in Tätigkeit. Die Spannung soll dann im wesentlichen der gestrichelten Kurve e4 in F i g. 4 folgen. Die negative Stromableitung erzeugt dann .eine Spannung an der Wicklung 46, die über das Ventil 44 den Kondensator 41 auflädt; gleichzeitig wird von der Wicklung 45 der Kondensator 48, in dessen Ladekreis kein Ventil vorhanden ist, mit entgegengesetzter Polarität gegen die bei positiver Stromableitung geltende aufgeladen. Der Stromkreis durch den Kondensator 41 und die Widerstände 42, 43 sind etwa für das Arbeiten in der aperiodischen Grenzlage bemessen, was eine Spannung e41 am Widerstand 42 gibt, die bei geeigneter Bemessung zusammen mit der Spannung am Widerstand 39 dem Unterschied zwischen der gestrichelten Kurve .der Spannung e4 und der ausgezogenen Linie der Spannung ei in F i g. 4 entspricht. Dias Ventil 44 sperrt bei positivem Differentialquotienten, der Widerstand 43 dient zur Entladung des Kondensators, nachdem dieser seine Aufgabe erfüllt hat.How the. the third condition-fulfilling switching elements are shown in FIG. 3 emerges. If the current had a (constant) positive differential quotient for a certain time and consequently an additional voltage has been added to the voltage .e1 at the resistor 31, which results in the voltage curve e2, but now the positive time derivative suddenly ceases, - add up to the in the continuation of constant voltage ei two voltages, one, e7, from the capacitor 37 and the other, e9, from the resistor 39. The first decreases according to a normal discharge curve corresponding to the discharge of the capacitor through the resistor 47. The voltage at the resistor 39 on the other hand, if the switching elements in the feeding circuit are suitably dimensioned, it essentially has the character of a damped oscillation in the aperiodic limit position. which starts at the moment when. the voltage across the choke coil 36 ceases, that is, when the main current changes from an increasing to a constant value. This oscillation is represented by the curve for the voltage e9, and the sum of this with the curve for the voltage e7 gives the curve for the voltage e3, which corresponds to the gradual decrease of the current-dependent voltage to a final value specified in condition 3 -: which is adapted to the new permanent state. The valve 40 prevents the charging of the capacitor 37 in the event of a negative current discharge. When the differential quotient changes from the value zero to a negative value, the switching elements 41, 42, 43, 44, on the other hand, come into operation. The voltage should then essentially correspond to the dashed curve e4 in FIG. 4 follow. The negative current discharge then generates a voltage on the winding 46, which charges the capacitor 41 via the valve 44; At the same time, the winding 45 of the capacitor 48, in the charging circuit of which there is no valve, is charged with the opposite polarity to that which applies in the case of a positive current discharge. The circuit through the capacitor 41 and the resistors 42, 43 are dimensioned for working in the aperiodic limit position, which gives a voltage e41 across the resistor 42, which, when appropriately dimensioned, together with the voltage across the resistor 39, the difference between the dashed curve. of the tension e4 and the solid line of the tension ei in FIG. 4 corresponds. The valve 44 blocks in the event of a positive differential quotient, the resistor 43 is used to discharge the capacitor after it has fulfilled its task.

Der in den Ausdruck für die Funktion F(x) eingehende Winkel y, der ein Maß des Zeitunterschiedes zwischen dem Abschluß der Kommutierung und dem Nulldurchgang der Spannung bildet, kann, wie erwähnt, entweder konstant sein oder nach einem gewissen Programm geregelt werden. In F i g. 1 wurde vorausgesetzt, daß er konstant ist, und das betreffende Glied wird dann aus dem Widerstand 8 erhalten, .der zwar einstellbar ist, aber sich nicht selbsttätig in Abhängigkeit von Strom, Spannung oder Zeit ändern kann. Die Verhältnisse können es jedoch erfordern, daß man y mehr oder weniger abhängig von verschiedenen Betriebsgrößen, beispielsweise vom Strom, abhängig machen will. F i g. 5 soll ein Beispiel einer solchen Programmregelung von y diagrammatisch darstellen.The angle y going into the expression for the function F (x), the a measure of the time difference between the completion of the commutation and the zero crossing which forms the tension can, as mentioned, either be constant or after a certain amount Program to be regulated. In Fig. 1 was assumed to be constant, and the member in question is then obtained from the resistor 8, although adjustable but do not change automatically as a function of current, voltage or time can. However, the circumstances may require that y be more or less dependent wants to make it dependent on various operating parameters, for example on electricity. F i g. 5 is intended to diagrammatically depict an example of such a program control for y.

In F i g. 5 bezeichnen die Abszissen das Verhältnis zwischen Strom und Spannung, während die Ordinaten verschiedene Werte .des Winkels y bezeichnen. Hierbei ist erstens zu beachten, daß bei normalen Werten des Stromes und der Spannung ein gewisser Wert von y garantiert zu werden pflegt, der weder unter- noch überschritten werden darf, weil im ersteren Falle die Kommutierung fehlen kann und im späteren der Blindleistungsverbrauch unnötig groß wird. Diese Werte von 1/E und y werden durch den Punkt ym in F i g. 5 vertreten. Praktisch ist es erwünscht, daß dieser Wert von y weder bei höheren noch bei niedrigeren Werten von 1/E unterschritten wird, weshalb ym den niedrigsten Wert der Kurve für y vertreten soll.In Fig. 5, the abscissas denote the relationship between current and voltage, while the ordinates denote different values of the angle y. First of all, it should be noted that with normal values of the current and the voltage a certain value of y is usually guaranteed, which neither falls below nor exceeded may be because in the former case the commutation may be missing and in the later the reactive power consumption becomes unnecessarily large. These values of 1 / E and y will be through point ym in FIG. 5 represented. In practice, it is desirable that this Value of y not fallen below either with higher or lower values of 1 / E which is why ym should represent the lowest value of the curve for y.

Je mehr das Verhältnis 1/E steigt, desto mehr macht sich das Bedürfnis für einen vermehrten Respektabstand), geltend, .besonders, wenn das Verhältnis so groß wird, daß die Kommutierung eine Zeit von etwa 45° in Anspruch nimmt, weil zwei aufeinanderfolgende Kommutierungen eines gewöhnlichen Sechspulwechselrichters dann eine Neigung zu gegenseitiger Störung aufweisen. Beispielsweise kann der Winkel y dann den Wert yp der F i g. 5 annehmen.The more the ratio 1 / E increases, the more the need arises for an increased respect distance), applies, especially if the relationship is so is large that the commutation takes a time of about 45 °, because two successive commutations of an ordinary six-coil inverter then have a tendency to interfere with one another. For example, the angle y then the value yp of FIG. 5 accept.

Die drei jetzt genannten Bedingungen, daß die Kurve von y als Funktion von 1/E durch die Punkte y. und yp gehen und im ersten Punkt waagerecht sein soll, genügen zur Bestimmung der Kurve, falls sie von der einfachst möglichen Ordnung, beispielsweise ein Kreis- oder Parabelbogen sein soll, was sowohl am leichtesten verwirklichbar als auch am zweckentsprechendsten ist. Um eine derartige Kurve herzustellen, kann man, wie eine Durchrechnung zeigt, die .drei Glieder im Ausdruck für F (x) in verschiedener Weise abändern, so daß z. B. der Winkel x im ersten'Glied .um einen gewissen Betrag vermindert wird, während die beiden übrigen Glieder mit gewissen Koeffizienten multipliziert werden, deren erster kleiner als 1 und deren zweiter größer als 1 ist. In einem Zifferbeispiel wird der Zusatzwinkel etwa 40°, der Koeffizient von y etwa 0,5 und der Koeffizient von 1 etwa 1,6.The three conditions now mentioned, that the curve of y as a function of 1 / E through the points y. and yp should go and be horizontal at the first point, suffice to determine the curve if it should be of the simplest possible order, for example an arc of a circle or a parabolic arc, which is both the easiest to implement and the most appropriate. In order to produce such a curve, as a calculation shows, the three terms in the expression for F (x) can be changed in various ways, so that e.g. B. the angle x in the first member. Is reduced by a certain amount, while the other two members are multiplied by certain coefficients, the first less than 1 and the second greater than 1. In a numerical example, the additional angle is about 40 °, the coefficient of y about 0.5 and the coefficient of 1 about 1.6.

Claims

Claims: 1. Control unit for the commutation of converters, in which two variable quantities influencing the ignition point are used, one of which is substantially proportional to the load current, and the device has two different arrangements for deriving these two quantities, that of an ignition tube which emit a pulse that initiates commutation when the two Sizes essentially coincide with one another, characterized in that the first arrangement (2 to 8, 12, 24, 25) for deriving the time integral of the commutation voltage between any moment and a point in time, its position in relation to the point in time of the zero crossing of the commutation voltage is conditioned by a predetermined program and the second arrangement (9) for deriving the product of the load current of the converter and inductance of the commutation circuit.

2. Control unit after Claim 1, characterized in that the peak value is used to determine the time integral the commutation voltage is derived.

3. Control device according to claim 2, characterized characterized in that the peak value is derived by an apparatus (6), that at every moment the square root of the sum of the squares of two variable ones Sizes there.

4. Control device according to claim 3, characterized in that the peak value from the commutation voltage itself and a phase shifted by about 90 ° with respect to it Voltage is derived.

5. Control device according to claim 1, characterized in that that during an increase or decrease in the load current in the derived from this Voltage (e) an additional voltage (e2) is introduced fi g. 2).

6. Control unit according to claim 5, characterized in that with an increase in the load current the additionally introduced voltage (e2) proportional to the time derivative of the increase and is added to the voltage (e1) (Fig. 3).

7. Control device according to claim 6, characterized in that when the load current increases after an increase Assumes constant value, the additionally introduced voltage (e2) turns into a slowly decreasing one Tension (es) passes (Fig. 3). B. Control device according to claim 5, characterized in that that with a decrease in the load current an additional voltage (e4) precedes the current fluctuation seeks to maintain the value of the voltage (e) (F i g. 4). Considered publications: German patent specifications No. 616135, 641723, 676128, 706 271, 715 389; Walter Schi l ling, »Inverters and converters«, Munich and Berlin, 1940, p. 31 ff. Older patents considered: German U.S. Patent No. 914,030.