DE1921948B2

DE1921948B2 - Verfahren zur Steuerung von Wechselrichtern mit einer Sicherheitswinkel-Steueranordnung und Steuersystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1921948B2
Application number: DE1921948A
Authority: DE
Inventors: Ake Ludvika Ekstroem (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1968-05-08
Filing date: 1969-04-30
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE1921948A1; JPS492690B1; SE343181B; US3536985A; DE1921948C3; GB1256617A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von Wechselrichtern mit einer Sicherheitswinkelsteueranordnung wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist, sowie ein Steuersystem zur Durchführung des Verfahrens. Ein solches Verfahren ist in der deutschen Patentschrift 12 26 196 beschrieben.

Die Festlegung des Winkels, bei dem die Ventile des Wechselrichters gezündet werden, erfolgt unter Berücksichtigung zweier einander widerstreitender Forderungen. Einerseits soll dieser Winkel möglichst klein sein (also möglichst große gezündete Spannung), um den Blindstrombedarf des Wechselrichters möglichst klein zu halten. Andererseits darf dieser Winkel mit Rücksicht auf die erforderliche Kommutierungszeit und die erforderliche Entionisierungszeit der Ventile nicht zu klein gewählt werden, da sonst die Sperrung des Ventils nicht gewährleistet ist und praktisch ein Kurzschluß entsteht. Dieser mindestens mit Rücksicht auf die Kommutierung und Entionisierung einzuhaltende Winkel ist der sogenannte Sicherheitswinkel. Da die Einhaltung des erforderlichen Sicherheitswinkels die vorrangige Forderung ist, muß bei einer ungenauen Vorausberechnung des Sicherheitswinkels ein Sicherheitszuschlag gemacht werden, durch welchen die unerwünschte Blindleistungsaufnahme vergrößert wird. Je genauer also der Sicherheitswinkel vorausberechnet werden kann, um so geringer kann der erforderliche Sicherheitszuschlag gewählt werden, so daß der Blindleistungsbedarf vermindert werden kann.

Das für die richtige Ermittlung des Sicherheitswinkels maßgebende Zeitintegral der Kommutierungsspannung erstreckt sich bis zum Nulldurchgang der Kommutierungsspannung und muß, da der Zündbefehl zu Beginn

des Sicherheitswinkels gegeben werden muß, in irgendeiner Weise vorausberechnet werden. Unter Annahme einer sinusförmigen Kommutierungsspannung ergibt sich rein mathematisch die Integralkurve bekanntlich als Kosinuskurve. Das läuft für die Ermittlung des Spannungs-Zeitintegrels vor dem Spannungs-Nullsurchgang auf eine Differenzbildung zwischen der Amplitude dieser Kosinuskurve und dem augenblicklichen Wert derselben in der Nähe ihres Maximus hinaus. Im Falle der DT-PS 12 26 196 wird die Kosinuskurvc aus der Spannung des vom Wechselrichter gespeisten Wechselstromnetzes hergeleitet, indem man ihr die erforderliche Phasenverschiebung von 90° gibt Die Phasenverschiebung erhält man mit Hilfe eines phasendrehenden Netzwerkes. Der Amplitudenwert wird in einem Rechner gebildet, der die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der Augenblickswerte der unverschobenen und der um 90° verschobenen Kommutierungsspannung bildet Dabei wird jedoch der errechnete Wert des Spannungszeitintegrals infolge der Differenzbildung aus zwei fast gleich großen Meßwerten unsicher. Insbesondere wird bei Ausgleichsvorgängen in der Wechselspannung und bei nicht sinusförmiger Spannung ein falscher Zündzeitpunkt berechnet. Weil die Steuerfunktion außerdem aus einer Spannung gebildet wird, die von den Zündungen der Ventile beeinflußt wird, erhält man einen inneren zurückgeschalteten Kreis der Unstabilität verursachen kann, wenn die Kurzschlußleistung des Netzes nicht groß genug ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverfahren der eingangs genannten Art nebst Durchführungsanordnung zu entwickeln, bei dem das Spannungszeitintegral der Kommutierungsspannung für den Sicherheitswinkel auch bei Abweichungen der Kurvenform der Kommutierungsspannung von der idealen Sinusform stets möglichst genau ermittelt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannten Merkmale aufweist.

Die Ermittlung der noch bis zum Nulldurchgang der Kommutierungsspannung verbleibenden Zeit aus einer Differenzmessung der halben Periodendauer und der seit dem letzten Nulldurchgang verstrichenen Zeit ist sicherer und mit einfacheren Mitteln durchführbar als die vorstehend beschriebene bekannte Differenzmessung unter Anwendung phasenverschobener Spannungen. Die Ermittlung des bis zum Spannungs-Nulldurchgang verbleibenden Spannungs-Zeitintegrales ist so lange exakt, wie man mit einer linearen Abnahme der Kommutierungsspannung im noch verbleibenden Teil der Spannungskurve rechnen kann. Ein auf Grund dieser Messung etwa noch verbleibender Fehler wird am Ende jedes Kommutierungsvorganges ermittelt und als Korrekturgröße bereits beim folgenden Kommutierungsvorgang berücksichtigt. Damit ist der Einfluß von Abweichungen in der Kurvenform der Kommutierungsspannung bis auf den geringen Betrag beseitigt, der auf Änderungen der Kurvenform innerhalb einer einzigen Wechselspannungsperiode beruht.

Ein System zur Durchführung des Verfahrens weist erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 genannten Merkmale auf. Die dabei verwendeten elektronischen Rechner sind allgemein bekannt

Vorteilhafe Weiterbildungen des Systems zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 3 — 11 genannt und werden im Rahmen der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen mit Ausnahme von einigen Einzelheiten des Steuersystems bekannten Wechselrichter,

F i g. 2 und 3 ein erfindungsgemäßes Steuersystem zur Sicherung des erforderlichen Mindestwertes der Spannungszeitfläche und
Fig.4 und 5 Spannungskurven zur Erklärung der

ίο Funktion des Systems.

F i g. 1 zeigt einen einphasigen Wechselrichter mit der Pulszahl 2 mit zwei Ventilen 1 und 2 und einem Stromrichtertransformator mit einer Ventilwicklung 3 und einer Netzwicklung 4, die an einem Wechselstromnetz V angeschlossen ist Der Wechselrichter wird von einer Gleichstromquelle (Gleichstromnetz) gespeist, deren positiver Pol L an einer Mittelanzapfung der Ventilwicklung 3 angeschlossen ist; der negative Anschluß des Wechselrichters ist geerdet An den Steuerelektroden der Ventile 1 und 2 ist ein Steuerimpulsgenerator 6 angeschlossen, der über ein Oder-Glied 5 entweder von einem als Diskriminator arbeitenden Impulsgeber 12 oder 13 gesteuert wird. Von diesen gehört der Impulsgeber 12 zum Regelsystem des Wechselrichters für die Einstellung eines gewissen gewünschten Gleichstroms, während der Impulsgeber 13 zur Sicherheitswinkelsteueranordnung gehört.

Das normale Regelsystem für den Wechselrichter dient im Ausführungsbeispiel zur Regelung des Gleich-Stroms. Es umfaßt einen Regler 9, an dessen Eingang einerseits ein Sollwertgeber 10 in Form eines Potentiometers angeschlossen ist und andererseits ein Istwertgeber in Form eines Gleichstrommeßwandlers 11, der in der Erdverbindung des Wechselrichters eingeschaltet ist. Diese beiden Geber werden über Widerstände an der Eingangsseite des Reglers 9 angeschlossen. Die Differenz beider Eingangswerte wird verstärkt und einem Summierglied 7 zugeführt. Am Summierglied 7 ist auch ein Integrierglied 8 angeschlossen, das die Zeit seit der vorhergehenden Zündung integriert.

Ein Spannungsmeßglied 14 liefert eine Spannung, die der tatsächlichen Periodendauer T, dividiert durch die Pulszahl des Stromrichters, entspricht, also in der gezeigten Schaltung eine Spannung, die der halben Periodendauer entspricht. Die Glieder 8 und 14 können schaltungsgemäß den gleichen Aufbau haben wie die in Fig.2 gezeigten Glieder 18, 19, 20, die später beschrieben werden. Die Funktion der Glieder 7,8,9,12 und 14 geht aus F i g. 4 hervor, in der auf der Abszisse

so die Zeit t aufgetragen ist, während die Spannungen Us, t/9 und U|4 der Glieder 8, 9 und 14 auf der Ordinate aufgetragen sind. Unter der Voraussetzung, daß der Zündzeitpunkt vom Nulldurchgang der Spannung zum Impulsgeber 12 bestimmt wird, erhält man bei der Ausgangsspannung Null des Reglers 9 äquidistante Zündungen mit einem Abstand von der halben Periodendatter, wie in F i g. 4 gezeigt ist und durch die ersten Zündzeitpunkte ίο, ίι und k angedeutet ist.

In F i g. 4 ist somit die halbe Periodendauer y als im

wesentlichen negative Spannung u^ abgebildet, zu der die variable Spannung us des Integriergliedes 8 addiert wird. Diese Spannung wird bei jeder Zündung auf Null gestellt und wächst danach linear mit der Zeit t an, bis sie gleich Uw wird, wobei die Eingangsspannung zum Impulsgeber 12 Null wird, der dabei einen Impuls an den Steuerimpulsgenerator 6 gibt.

Wenn der mit dem Gleichstrommeßwandler 11

gemessene Strom während des Intervalls U — h die Tendenz hat, den mittels des Sollwertgebers 10 eingestellten gewünschten Stromsollwert zu überschreiten, wird die Eingangsspannung zum Regler 9 positiv, so daß eine kleinere, negative Spannung ug vom Regler erhalten wird. Dadurch wird im Zeitpunkt i₂ die Anfangs-Ausgangsspannung des Summiergliedes 7 kleiner, was zu einer Zündverzögerung Δ t führt, wie beim letzten Zeitpunkt f3 in Fig.4 gezeigt ist. Bei stationärem Betrieb dagegen ist die Ausgangspannung des Reglers 9, 1/9 gleich Null, so daß äquidistante

Zündzeitpunkte mit der Intervallänge y erhalten werden.

Wie in F i g. 1 gezeigt ist, liefert der Steuerimpulsgenerator 6 Zündimpulse an die Ventile 1 und 2, aber gleichzeitig damit auch einen Nullstellungsimpuls zum Integrierglied 8. Die beschriebene Funktionsweise setzt voraus, daß keine Impulse vom Impulsgeber 13 ausgehen, sondern daß die Zündlage nur von Impulsen vom Impulsgeber 12 bestimmt wird.

Das bisher beschriebene System ist nur ein Beispiel eines bekannten Steuersystems und kann durch ein beliebiges anderes bekanntes System zur Steuerung oder Regelung des Stromes eines Stromrichters ersetzt werden, die wiederum in Abhängigkeit einer beliebigen anderen Betriebsgröße, z. B. der übertragenen Leistung, erfolgen kann. Die Einzelheiten des normalen Betriebs-, Steuer- oder Regelsystems berühren den auf die Sicherheitswinkelsteuerung gerichteten Gegenstand des vorliegenden Patents nicht.

Wie in der Stromrichtertechnik allgemein bekannt, darf der Steuerwinkel <x, s. F i g. 5, sich dem Wert von 180° nicht allzu sehr nähern. Vielmehr muß ein Mindestabstand eingehalten werden, der sogenannte Sicherheitswinkel, um eine gewisse Entionisierungszeit der Ventile zu sichern zuzüglich der für die Kommutierung des Stromes erforderlichen Zeit, der sogenannten Überlappungszeit. Um diesen Sicherheitswinkel sicherzustellen, ist der zweite Impulsgeber 13 am Steuerimpulsgenerator 6 über das Oderglied 5 angeschlossen, während an den Eingang des Impulsgebers 13 die in Fig.2 gezeigte Anordnung nach der Erfindung angeschlossen ist.

Um das System nach F i g. 2 zu erklären, wird in erster Linie auf F i g. 5 hingewiesen, die eine Halbperiode der Kommutierungsspannung Uk zeigt. Die Kommutierung zwischen den Ventilen beginnt beim Steuerwinkel <x, der in Fig.5 der Zeit t entspricht. Die eigentliche Kommutierung findet während einer gewissen Kommutierungszeit u statt, und es ist bekannt, daß die Größe der für die Kommutierung erforderlichen Spannungszeitfläche dem Belastungsstrom / des Wechselrichters und der Kommutierungsinduktivität im Kommutierungskreis, zu dem die Transformatorwicklung 3 zwischen den Ventilen 1 und 2 gehört, proportional ist. Dieses Spannungszeitintegral ist durch die gestrichelte Fläche/C₂ · /in Fig. 5dargestellt.

Ganz rechts in Fig.5 ist eine zweite gestrichelte Fläche M gezeigt, die dem kleinsten zugelassenen Wert des Spannungszeitintegrals der Kommutierungsspannung Uk entspricht. Zwischen dem Bereich der Kommutierungszeit uund der Fläche M liegt eine nicht gestrichelte Fläche B, und man sieht, daß, solange der Steuerwinkel tx nicht so groß wird, daß die nicht gestrichelte Fläche B verschwindet, die Mindestspannungszeitfläche M immer noch vorhanden ist. Man muß also sicherstellen, daß der Impulsgeber 13 einen Steuerimpuls an den Steuerimpulsgenerator 6 späte stens in dem Augenblick sendet, in dem die Fläche Null wird.

Wenn vorher ein Steuerimpuls vom Impulsgeber 1: erhalten wird, ist natürlich diese Bedingung automatiscl erfüllt, und es braucht kein Steuerimpuls vom Impulsge ber 13 erzeugt zu werden. Das in F i g. 2 gezeigte Systen liefert einen Steuerimpuls vom Impulsgeber 13 in den Augenblick, in dem die Fläche ßzu Null wird. Falls keil

hi Steuerimpuls zuvor vom Impulsgeber 12 geliefer worden ist, wird der Impuls vom Impulsgeber 13 übei das Oderglied 5 den Steuerimpulsgenerator 6 aktivie ren. Das System in F i g. 2 hat drei Eingänge, nämlicl den am Wechselstromnetz V(siehe Fig. 1) angeschlos

π senen Meßtransformator 16, der die Kommutierung« spannung Uk liefert, den Gleichstrommeßwandler 11 der den Belastungsstrom des Wechselrichters mißt, un den Sollwertgeber 25 in Form eines Potentiometers, mi dessen Hilfe ein der gewünschten Mindestspannungs

-it zeitfläche M nach F i g. 5 entsprechender Wert einge stellt wird.

Im System wird kontinuierlich das noch vorhanden« Spannungszeitintegral bis zum Nulldurchgang de Kommutierungsspannung berechnet, d. h. entsprechen

2". der Fläche K₂ ■ I + B + M nach Fig.5. Die entspre chende Zeit ist in F i g. 5 mit t* bezeichnet Die Summ«

der Zeit f + f* ist gleich der halben Periodendauer ^ Das noch vorhandene Spannungszeitintegral wird nu

to ausgehend vom gemessenen Momentanwert der Korn mutierungsspannung Uk und der noch vorhandene Zeit r* berechnet. Da für die Kommutierungsspannun keine bestimmte Kurvenform vorausgesetzt ist, kan auch keine einfache Funktion gegeben werden, die da

J3 noch vorhandene Spannungszeitintegral mit diese zwei Größen ausdrückt. Ein praktischer Weg, dieses Spannungszeitintegral im voraus zu berechnen, besteh darin, das Produkt des Momentanwertes der Kommu tierungsspannung Uk und der noch vorhandenen Zeit t

■fit zu bilden. Um die variierende Kurvenform ζ berücksichtigen, wird diese Vorausberechnung mit einei Korrekturgröße A_n korrigiert. Eine spezielle Korrektur größe kann für jedes Ventil gewählt werden, d. h. in gewählten Beispiel eine für das Ventil 1 und eine für da

4i Ventil 2, wobei man nicht vorauszusetzen braucht, dal die zwei Halbperioden der Kommutierungsspannunj gleich sind. Beim Nulldurchgang der Spannung könnei dann die Korrekturgrößen nachjustiert werden, ausge hend vom Unterschied zwischen dem vorausgerechne

fio ten Spannungszeitintegral und dem gemessenen Span nungszeitintegral vom Zündaugenblick.

Das Produkt des Momentanwertes der Kommutie rungsspannung und der noch vorhandenen Zeit wird ii einem Multiplikator 17 in Fig. 2 gebildet Diesem win

Vi einerseits die Kommutierungsspannung Uk für di< betreffende Phase und andererseits die noch Vorhände ne Zeit i* zugeführt. Die letztere wird als Differen: zwischen den berechneten halben Periodendaue (Rechner 21) und der gemessenen Zeit (Zeitgeber 19

ho seit dem vorangehenden Nulldurchgang in der betref fenden Kommutierungsphase gebildet. Sowohl de Zeitgeber 19 für die Berechnung der Zeit seit den vorangehenden Nulldurchgang in der betreffende! Kommutierungsphase als auch der Rechner 21 für dl·.

bi Berechnung der halben Periodendauer werden voi einem Diskriminator 18 bzw. 20 gesteuert, die dii Nulldurchgänge der Kommutierungsspannung abtaster Sowohl der Zeitgeber 19 als auch der Rechner 2

bestehen in erster Linie aus Integratoren, die die Zeit dann messen oder integrieren. Im Rechner 21 für die Berechnung der halben Periodendauer wird zweckmäßig auf eine Anzahl vorhergehender Berechnungen von halben Periodendauern mit Hilfe von Glättung Rück- > sieht genommen, so daß normalerweise nur der geglättete Wert von 21 dem Summierglied 22 zugeführt wird. Bei Ausgleichsvorgängen im System kann die gemessene Periodendauer wesentlich kurzer sein als der gespeicherte geglättete Wert. Dann muß der dem m Summierglied 22 zugeführte Wert während einer Anzahl aufeinanderfolgender Zündungen entsprechend dieser Abweichung korrigiert werden. Um bei derartigen Ausgleichsvorgängen im System eine neue Berechnung der Periodendauer vor der Zündung des ι "> nächstfolgenden Ventils zu erhalten, ist ein Filter 28 vor den Diskriminator 20 geschaltet, in welchem Filter eine zweckmäßige positive Phasendrehung der Netzspannung erfolgt, so daß der letzte Wert der Periodendauer eine gute Zeit vor der Zündung vorliegt. -< ι

Der Ausgangskreis des Rechners 21 besteht somit aus einem speichernden und glättenden Kreis, der einen einigermaßen konstanten Wert abgibt, der der halben

Periodendauer y entspricht. Der Zeitgeber 19 gibt ,.

dagegen einen variablen Wert ab, der der Zeit t nach dem letzten Nulldurchgang entspricht.

Vom Multiplikator 17 erhält man somit eine kontinuierliche Berechnung des Produkts aus dem tatsächlichen Wert Uk der Kommutierungsspannung m und der vorausberechneten Zeit /· bis zum Nulldurchgang der Kommutierungsspannung, multipliziert mit einem zweckmäßigen Faktor K\. Dieser Wert wird einem Summierglied 24 mit einem negativen Vorzeichen zugeführt. Dem Summierglied 24 wird auch die ii Korrekturgröße A_n von einem Korrekturrechner 23 mit einem positiven Vorzeichen zugeführt. Von einem Multiplikator 26 und einem Differenzierglied 27 wird eine Größe geliefert, die der vorausberechneten Spannungszeitfläche K₂ /(Fig.5) für die Kommutie- w rung des Gleichstroms entspricht, der im Gleichstrommeßwandler 11 gemessen wird.

Die gewünschte Mindestspannungszeitfläche M (F i g. 5) wird am Sollwertgeber 25 eingestellt Von dem Summierglied 24 erhält man somit eine Größe, die der 4> Spannungszeitfläche B in F i g. 5 entspricht. Wenn nicht eine Zündung über den Impulsgeber 12 in F i g. 1 erhalten wird, ehe die Ausgangsgröße des Summiergliedes 24 Null passiert, erhält man vom Diskriminator 13 einen Steuerimpuls zum Steuerimpulsgenerator 6 in ·> <ι dem Augenblick, in dem die Spannungszeitfläche B Null wird.

Der Multiplikator 26 ergibt in erster Linie das Produkt des Gleichstroms /des Wechselrichters und des obengenannten Faktors Ki, weshalb ein erster Eingang ^r>^r> des Multiplikators 26 direkt am Gleichstrommeßwandler 11 angeschlossen ist.

Das Differenzierglied 27 dient dazu, erwartete Stromänderungen während des Kommutierungsintervalls zu berücksichtigen, wobei der total kommutieren- mi de Strom größer werden kann als der tatsächlich gemessene Strom zu Beginn der Kommutierung. Das Differenzierglied 27 ist am Gleichstrommeßwandler 11

angeschlossen. Es liefert eine Ausgangsgröße Ki · -jj-, worin Kj ein Proportionalitätsfaktor ist. Die genannte Ausgangsgröße wird an einen zweiten Eingang des Multiplikators 26 angeschlossen, dessen Ausgangsgröße K₂(I₊K₃-^)

ist. Zwischen dem Multiplikator 26 und dem Differenzierglied 27 liegt eine Diode, um anzudeuten, daß nur positive Stromableitungen, die eine frühere Zündung verlangen, berücksichtigt werden.

Der Rechner 23 für die Berechnung der Korrekturgröße A_n hat neben später erläuterten Steuerimpuls-Eingängen zwei Meßgrößeneingänge, nämlich vom Multiplikator 17 und vom Meßtransformator 16. Der Rechner 23 ist in F i g. 3 ausführlicher gezeigt. Die Figur zeigt das System für eine Phase oder ein Ventil. Es wird im Zündaugenblick jeweils der Augenblickswert der Ausgangsgröße des Multiplikators 17, also der Augenblickswert des vorausberechneten Spannungszeit-Integrals bis zum Spannungsnulldurchgang gespeichert. Von dem so gespeicherten Betrag wird anschließend die tatsächlich gemessene Spannungszeitfläche der kommutierenden Spannung vom Zündaugenblick bis zum Nulldurchgang der Spannung subtrahiert. Der im Augenblick des Spannungsnulldurchganges eventuell verbleibende Unterschied wird dann gespeichert, um als Korrekturgröße verwendet zu werden, wenn ein Ventil in derselben Phase oder dasselbe Ventil das nächste Mal gezündet werden soll. Im folgenden ist eine separate Korrekturgröße für jedes Ventil vorausgesetzt.

Das in Fig.3 gezeigte System ist als Schaltkreis ausgeführt, der als Verstärkerschaltung arbeiten kann, wobei die Eingangsgröße eines elektronischen Schalters 37 direkt proportional dem vom Multiplikator 17 über Eingangswiderstände 34 und 30 gelieferten vorausberechneten Spannungszeit-Integral ist. Dies setzt voraus, daß ein elektronischer Schalter 33 leitet, ein Schalter 35 aber sperrt. Wenn dagegen der Schalter 33 sperrt und der Schalter 35 leitet, arbeitet der Kreis als reiner Integrator. Wenn beide Schalter 33 und 35 sperren, wird über den Verstärker 32 die Spannung des Kondensators 31 festgehalten, so daß ein reiner Gedächtniskreis erhalten wird. Mit Hilfe eines Kondensators 41 zwischen den elektronischen Schaltern 37 und 39 erhält man außerdem einen zusätzlichen Gedächtniskreis. Der letztere kann natürlich auch durch Einführen von Verstärkerschaltungen verbessert werden.

Die elektronischen Schalter 33,35,37 und 39 werden mit verschiedenen Steuerimpulsen an ihren Steuereingängen gesteuert. Das System kann nun vom Zeitpunkt ausgehend beschrieben werden, ehe die Spannungszeitfläche flin F i g. 5 Null wird, d. h. bevor Zündung eintritt. Am Kondensator 41 ist eine Spannung gespeichert, die der früher berechneten Korrekturgröße A_n für die Zündung des betreffenden Ventils entspricht. Der elektronische Schalter 39 leitet, aber 37 ist gesperrt, so daß die Korrekturgröße in das Summierglied 24 eingeführt ist. In diesem Intervall ist auch der elektronische Schalter 33 leitend, während der Schalter 35 gesperrt ist. Der Kondensator 31 wird aufgeladen auf die Ausgangsspannung vom Multiplikator 17. Seine Spannung folgt also dem Produkt K\ ■ Uk ■ t*. d. h. dem ständig vorausberechneten Wert des Spannungszeitintegrales bis zum nächsten zu erwartenden Spannungsnulldurchgang. Im Zündaugenblick wird der Schalter 33 gesperrt und der Schalter 35 geöffnet. Weiter wird der Schalter 39 gesperrt und der entsprechende Schalter im nachfolgenden Ventil geöffnet, d. h. die nächste Korrekturgröße von einem dem Rechner 23 entsprechenden Rechner wird dem Summierglied 24 zugeführt.

Während des Intervalls von der Zündung bis zum Nulldurchgang der Kommutierungsspannung ist der Schalter 35 leitend, wobei der Verstärkerkreis als Integrierverstärker arbeitet und die Kommutierungsspannung Uk vom Meßtransformator 16 integriert und ■'■ gleichzeitig vom früher gespeicherten Wert K\-Uk· t* subtrahiert wird, der im Zündaugenblick im Kondensator 31 gespeichert worden ist. Wenn die Kommutierungsspannung durch Null geht, wird der elektrische Schalter 35 gesperrt, und der nun gespei- i<> cherte Wert auf dem Kondensator 31, der der erneuten Aufdatierung der Korrekturgröße A_n entspricht, wird dadurch dem Kondensator 41 zugeführt, daß der Schalter 37 während eines gewissen Intervalls leitend gemacht wird. Indem man die Länge des Intervalls π begrenzt und eventuell einen Widerstand 36 in Reihe schaltet, kann eine gewisse Glättung erreicht werden, so daß die Korrekturgröße A_n, die am Kondensator 41 gespeichert ist, auch die früher berechneten Korrekturgrößen berücksichtigt. Die Berechnung der Korrektur- größen findet auch statt, wenn die Zündung nicht vom Diskriminator 13 bestimmt wird, d. h. wenn der Strom über den Impulsgeber 12 geregelt wird. Die Berechnung wird einigermaßen korrekt, wenn die Spannungszeitfläche B im Zündaugenblick nicht zu groß ist. Bei kleineren r> Werten des Zündwinkels <x, z. B. bei Gleichrichterbetrieb, wenn B sehr groß ist, wird jedoch die dann berechnete Korrekturgröße falsch. Um Störungen des Systems bei schnellem Übergang von Gleichrichterbetrieb zu Wechselrichterbetrieb zu vermeiden, werden Begrenzungen der gespeicherten Spannung am Kondensator 41 eingeführt, z. B. mit Diodenkreisen 42 und 43, wie in F i g. 3 gezeigt ist.

Die Schaltspiele der Schalter 33,35,37 und 39 gehen aus Fig.5 hervor, in der die Leitintervalle dieser r> Schalter angegeben sind. Wie erwähnt, wird der Schalter 39 eingeschaltet, wenn das in der Zündfolge vorangehende Ventil zündet, so daß die Leitintervalle für den Schalter 39 die Größe der Periodendauer T dividiert durch die Pulszahl haben, im gegebenen Fall ·»(>

also -y. Der Schalter 39 wird somit zweckmäßig von den

Zündimpulsen vom Steuerimpulsgenerator 6 gesteuert, z. B. über eine Kippschaltung. Mittels des Schalters 33 soll der Multiplikator 17 an den Kondensator 31 ·»> während der positiven Halbperiode der Kommutierungsspannung bis zum Zündaugenblick angeschlossen werden. Der Schalter 33 kann deshalb zweckmäßig von der positiven Spannung über dem Ventil, der sogenannten Blockierungsspannung, gesteuert werden. Der ϊ<> Schalter 35 soll vom Zündaugenblick bis zum Nulldurchgang der Kommutierungsspannung leitend sein. Er kann deshalb von einer Kippanordnung gesteuert werden, die vom Steuerimpulsgenerator eingeschaltet und von einem an der Kommutierungsspannung angeschlosse- » nen Diskriminator ausgeschaltet wird. Derselbe Diskriminator kann, wenn der Schalter 35 ausgeschaltet wird, den Schalter 37 einschalten, dessen Steuereingang zweckmäßig als Haltekreis mit einer gewissen Rückgangszeit, die von der gewünschten Glättung der mi Korrekturgröße bestimmt ist, ausgebildet ist.

Die vorstehende Beschreibung der Ein- und Ausschaltung der Schalter 33, 35, 37 und 39 ist als Beispiel aufzufassen, weil die gezeigten Übergangspunkte im Diagramm in F i g. 5 sich an mehreren Stellen in F i g. 1 <r> und 2 erkennen lassen. Es ist deshalb eine Frage der Zweckmäßigkeit, von welchen Punkten im System der genannten Schalter gesteuert werden soll.

In der Stromrichtertechnik ist es weiter bekannt, daß der Sicherheitswinkel oder das mindestens erforderliche Zeitintegral der Kommutierungsspannung stromabhängig sein müssen, so daß ein Glied erforderlich ist, das dem Belastungsstrom des Stromrichters proportional ist. Ein solches Glied kann beispielsweise eingeführt werden, indem der Korrekturfaktor fc im Multiplikator 26 in Fig.2 für einen etwas anderen Wert bemessen wird als exakt dem Kommutierungsintervall u in F i g. 5 entspricht. Alternativ kann die vom Sollwertgeber 25 vorgegebene Mindestspannungszeitfläche M dadurch stromabhängig gemacht werden, daß eine stromabhängige Zusatzgröße zur Spannung vom Potentiometer 25 addiert wird.

Bei Unsymmetrien der speisenden Wechselspannung ist es normalerweise wünschenswert, die Ventile in gleichem Abstand zu zünden unter der Bedingung, daß ein erforderliches Mindestmaß der Spannungszeitfläche in demjenigen Ventil enthalten ist, das am kritischsten ist. Dies bedeutet, daß die Spannungszeitfläche B nach F i g. 5 in irgendeinem Ventil gleich Null wird, aber in anderen Ventilen größer als Null sein kann. Um dies zu erreichen, sind ein elektronischer Schalter 15 und ein Regelbegrenzer 44 in F i g. 1 eingeführt worden. Wenn der Schalter 15 leitend ist, wird die Ausgangsspannung des Reglers 9 auf positive Werte oder Null begrenzt Dies bedeutet, daß die Ausgangsspannung vom Regler 9 auf Null begrenzt wird, solange der Schalter 15 leitend ist. Dies bedeutet wiederum, daß der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zündungen nicht größer werden kann als es der Periodendauer dividiert durch die Pulszahl entspricht, im vorliegenden Fall also gleich der halben Periodendauer. Sobald irgendein Ventil einen Zündimpuls über den Impulsgeber 13, d. h. bei B=O, erhalten hat, erhält man auch einen Impuls zum Regelbegrenzer 44. Dieser kann entweder aus einem Zeitkreis oder einem Zähler bestehen, der während einer gewissen bestimmten Zeit oder einer gewissen bestimmten Anzahl von Zündungen dem elektronischen Schalter 15 einen Öffnungsimpuls gibt, so daß dieser leitend wird. Mit diesem Steuerprinzip, bei dem die Zündung entweder vom Impulsgeber 13, d. h. mit Rücksicht auf die kieinstzuverlässige verbleibende Spannungszeitfläche oder in äquidistantem Abstand zwischen sukzessiven Zündungen bestimmt werden kann, werden äquidistante Zündungen erhalten, wobei das kritischste Ventil gezündet wird, wenn dessen Spannungszeitfläche SNuIl wird.

Bei einem Sechs-Puls-Stromrichter wird zweckmäßig die Länge der Impulse vom Regelbegrenzer 44 so gewählt, daß der Schalter 15 während der zwei folgenden Zündungen leitend ist oder alternativ während der fünf folgenden Zündungen, d. j. während einer halben oder einer ganzen Periode der Wechselspannung des Wechselrichters. Danach ist es in der Regel wünschenswert, erneut eine exakte Berechnung des letzten zulässigen ZUndaugenblicks zu erhalten. Wenn in der genannten halben oder ganzen Periode neue Zündimpulse vom Diskriminator 13 erhalten werden sollten, beginnt automatisch eine neue Wirkungsperiode des Regelbegrenzers 44.

Man sieht also, daß der Regelbegrenzer 44 vom Diskriminator 13 aktiviert wird. Wenn die Dauer seiner Aktivität danach von der Anzahl Zündimpulse bestimmt werden soll, wird er mit einem zusätzlichen Eingang vom Steuerimpulsgenerator 6 versehen, wie mit der gestrichelten Verbindung in F i g. 1 gezeigt ist.

Bei anderen Typen des Steuersystems als mittels des

Kreises 9—12 in Fig. 1 kann es sich um andere Werte der vom Schalter 15 gegebenen Begrenzung der Ausgangsspannung des Reglers 9 handeln. Unter allen Umständen gilt jedoch, daß die Begrenzung der genannten Ausgangsspannung dem konstanten Sicherheitswinkel und damit äquidistanten Zündungen entsprechen soll.

Durch eine zusätzliche Bedingung, daß der elektronische Schalter 15 nur leitend ist, wenn die Spannungszeitfläche Seinen gewissen Maximalwert B_max unterschreitet, erhält man ein System, das äquidistante Zündung bei mäßigen Unsymmetrien ergibt. Bei großen Unsymme-

trien, wenn bei äquidistanter Zündung B > B_max ist, wird die Zündung verzögert, bis B = B_mak ist. Dieses System bewirkt, daß eine höhere Gleichspannung vom Stromrichter bei großen Unsymrnetrieii im speisenden Wechselstromnetz erhalten werden kann als im Fall von äqiusdistanter Zündung, wo große Unsymmetrien einen übermäßig großen Sicherheitswinkel bei gewissen Ventilen mit daraus folgendem schlechtem Ausnutzen des Wechselrichters mit sich bringen würden. Der Einfachheit halber ist das System nach diesem Prinzip nicht in F i g. 1 und 2 eingezeichnet worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung von Wechselrichtern mit einer Sicherheitswinkelsteueranordnung zur ·"> Sicherung des für die Kommutierung des Stromes und die Entionisierung erforderlichen Sicherheitswinkels der Ventile des Wechselrichters, wobei der Sicherheitswinkel durch das Zeitintegral der Kommutierungsspannung über die zum Sicherheitswinkel i< > gehörende Zeit definiert ist und wobei zur Festlegung des Kommutierungszeitintegrais eine vom Strom abgeleitete Größe eingeführt und für die Festlegung des der Entionisierung zugeordneten Zeitintegrals ein Sollwertsteller vorgesehen ist, i"> dadurch gekennzeichnet, daß das angenäherte Zeitintegral der Kummutierungsspannung bis zum nächsten Nulldurchgang der Kommutierungsspannung dadurch bestimmt wird, daß das Produkt der augenblicklichen Kommutierungsspannung mit einem Proportionalitätsfaktor und mit derjenigen Zeit gebildet wird, die sich aus der Differenz der halben Periodendauer und der seit dem letzten Nulldurchgang verstrichenen Zeit ergibt, und daß dieses Produkt beim nächsten Nulldurchgang mit r> dem tatsächlichen Zeitintegral der Kommutierungsspannung verglichen und die resultierende Differenz als Korrekturgröße in der nächsten Wechselspannungsperiode unter Berücksichtigung des Vorzeichens zu dem dann neu ermittelten angenäherten Zeitintegral addiert wird.

2. Steuersystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektronischer Rechner zur Ermittlung des angenäherten Zeitintegrals der Kommutie- i^r> rungsspannung und der Korrekturgröße vorgesehen ist, die beide einem Summierungsglied (24) zugeführt sind, dem außerdem die Ausgangsgröße des Sollwertstellers und die vom Strom abgeleitete Größe unter Berücksichtigung der Vorzeichen ad zugeführt sind.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Multiplikator (17) vorgesehen ist, der fortlaufend während einer Halbperiode die Differenz aus der Halbperiodendauer und der seit dem letzten Spannungsnulldurchgang vergangenen Zeit mit einer der augenblicklichen Kommutierungsspannung proportionalen Größe multipliziert.

4. Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch w gekennzeichnet, daß ein zweiter Multiplikator (26) vorgesehen ist, der aus einem Strommeßwert eine dem Ausgangsgleichstrom proportionale Rechengröße bildet.

5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch >^r> gekennzeichnet, daß dem zweiten Multiplikator (26) über ein Differenzierglied (27) zusätzlich eine der zeitlichen Ableitung des Ausgangsgleichstromes proportionale Rechengröße (K₂ -^yJ zuführbar ist. _b()

6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine derart gepolte Diode dem Differenzierglied (27) nachgeschaltet ist, daß nur positive Werte der zeitlichen Ableitung des Ausgangsgleichstromes zum zweiten Multiplikator (26) t>5 gelangen.

7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß einem Integrierverstärker (32) die Ausgangsgröße des ersten Multiplikators (17) und eine der Kommutierungsspannung proportionale Größe über getrennte passive Netzwerke und über wahlweise einschaltbare elektronische Schalter (33, 35) derart zuführbar sind, daß am Ausgang des Integrierverstärkers (32) die Differenz der vom ersten Multiplikator im Zeitpunkt des Beginns der Kommutierung gelieferten Größe und dem Integral der Kommutierungsspannung im Zeitraum zwischen Beginn der Kommutierung und dem nachfolgenden Nulldurchgang der Kommutierungsspannung als Korrekturgröße abnehmbar ist.

8. Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Integrierverstärkers (32) mindestens ein elektronischer Schalter (37, 39) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang die Korrekturgröße zu vorgebbaren Zeiten entnehmbar ist.

9. Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einem der bzw. dem elektronischen Schalter (37) ein Integrierkondensator (41) nachgeschaltet ist.

10. Steuersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrierverstärker (32) mindestens ein Begrenzungsglied (42, 43) nachgeschaltet ist.

11. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Summierungsglied (24) ein Diskriminator (13) nachgeschaltet ist, der einen Steuerimpuls abgibt, sobald die Ausgangsgröße des Summierungsgliedes durch Null geht.