DE19624786A1 - Method of forming ignition timing for controlled semiconductor thyristor of mains-powered converter in industrial applications - Google Patents
Method of forming ignition timing for controlled semiconductor thyristor of mains-powered converter in industrial applicationsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung der Zündzeitpunkte für die steuerbaren Halbleiterventile eines netzgeführten Stromrichters gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for forming the ignition timing for the controllable semiconductor valves of a network-controlled converter according to the Ober Concept of claim 1.
Ein solches Verfahren zur Bildung der Zündzeitpunkte für die steuerbaren Halblei terventile eines netzgeführten Stromrichters ist aus IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-21 No. 5, Sept/Oct. 1985, Seite 1162 bis 1167 bekannt. Beim bekannten Verfahren wird der Stromsollwert derart modifiziert, daß der nächste Zündzeitpunkt für ein Halbleiterventil durch Vergleich mit dem Stromistwert entsteht.Such a method for forming the ignition timing for the controllable half lead Valves of a line-commutated converter are from IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-21 No. 5, Sept / Oct. 1985, pages 1162 to 1167. At the known methods, the current setpoint is modified such that the next Ignition timing for a semiconductor valve arises by comparison with the actual current value.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung der Zündzeit punkte für die steuerbaren Halbleiterventile eines netzgeführten Stromrichters der eingangs genannten Art anzugeben, das eine direkte Steuerung des Stroms auf der Gleichstromseite ermöglicht.The invention has for its object a method for forming the ignition time points for the controllable semiconductor valves of a network-controlled converter Specify the type mentioned that direct control of the current on the DC side enables.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfin dungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is invented in connection with the features of the generic term appropriately by the features specified in the characterizing part of claim 1 solved.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die er forderlichen Berechnungen sehr leicht mit einem Digitalrechner durchgeführt werden können (Umformung der Differentialgleichungen in Differenzengleichungen). Die mit netzgeführten Stromrichtern mögliche Dynamik wird insbesondere auch bei lücken dem Strom erreicht. Bei überwiegend induktiver Last muß der ohmsche Anteil nicht bekannt sein. Die Induktivität der Last muß zwar bekannt sein, kann aber mit Hilfe einer überlagerten Regelung aus den Mittelwerten von Stromsollwert und Strom istwert bestimmt werden.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that he required calculations can be carried out very easily with a digital computer can (transformation of the differential equations into differential equations). With Mains-operated converters possible dynamics will be particularly in the case of gaps reached the stream. With a predominantly inductive load, the ohmic component is not required be known. The inductance of the load must be known, but can be done with the help a superimposed control from the mean values of the current setpoint and current actual value can be determined.
Das Verfahren ist für Zweipuls- und Sechspulsschaltungen in Ein-Richtungs- und kreisstromfreier Gegenparallelschaltung geeignet.The procedure is for two-pulse and six-pulse circuits in unidirectional and Circular current-free parallel connection is suitable.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispieles für den Fall der Sechspulsschaltung näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing Example for the case of the six-pulse circuit explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Regelanordnung für einen Stromrichter, Fig. 1 shows a control arrangement for a power converter,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme, Fig. 2 shows the time course of currents of interest,
Fig. 3 eine ergänzte Regelanordnung. Fig. 3 shows an additional control arrangement.
In Fig. 1 ist eine Regelanordnung für einen Stromrichter dargestellt. Es ist ein netz geführter Stromrichter 1 zu erkennen, der wechselspannungsseitig mit einem Dreh spannungsnetz 2 verbunden ist und gleichspannungsseitig eine Gleichstromlast 3 speist. Die Gleichstromlast 3 kann beispielsweise der Anker einer Gleichstromma schine, eine Erregerwicklung, ein Magnet, eine Batterie mit Gleichstromdrossel oder eine Zwischenkreiskapazität mit Gleichstromdrossel sein.In Fig. 1, a control arrangement is shown for a power converter. A line-guided converter 1 can be seen, which is connected to a three -phase voltage network 2 on the AC voltage side and feeds a DC load 3 on the DC voltage side. The DC load 3 can be, for example, the armature of a DC machine, an excitation winding, a magnet, a battery with a DC choke or an intermediate circuit capacitance with a DC choke.
Die Phasenspannungen des Drehspannungsnetzes 2 sind mit uR, uS, uT bezeichnet. Die Ausgangsgleichspannung (Momentanwert) am Stromrichter 1 beträgt ud(t). Der durch die Gleichstromlast 3 fließende Ausgangsgleichstrom (Momentanwert) ist mit id(t) bezeichnet.The phase voltages of the three-phase network 2 are designated u R , u S , u T. The DC output voltage (instantaneous value) at converter 1 is u d (t). The output direct current (instantaneous value) flowing through the direct current load 3 is denoted by i d (t).
Zur Ansteuerung der steuerbaren Halbleiterventile des Stromrichters 1 dient eine Steuer- und Regeleinrichtung 4, der die Größen uR, uS, uT, ud(t) und id(t) zugeleitet werden. Die Steuer- und Regeleinrichtung 4 bildet erfindungsgemäß aus diesen Größen einen Strommittelwert Isim(t), welcher einer Vergleichsstelle 5 zugeführt wird. Die Vergleichsstelle 5 bildet die Differenz zwischen einem vorgegebenen Stromsoll wert Iref(t) und diesem Strommittelwert Isim(t) und leitet die Differenz einer Schwell wert-Schaltung 6 mit Zündimpulserzeuger zu. Wenn die Differenz Iref-Isim positiv ist, so führt dies über die Schwellwert-Schaltung 6 zur Zündung des nächsten steuerba ren Halbleiterventils des netzgeführten Stromrichters 1.A control and regulating device 4 , to which the variables u R , u S , u T , u d (t) and i d (t) are fed, is used to control the controllable semiconductor valves of the converter 1 . According to the invention, the control and regulating device 4 forms an average current value I sim (t) from these variables, which is fed to a comparison point 5 . The comparison point 5 forms the difference between a predetermined current target value I ref (t) and this current average value I sim (t) and forwards the difference to a threshold value circuit 6 with an ignition pulse generator. If the difference I ref -I sim is positive, this leads via the threshold circuit 6 to the ignition of the next controllable semiconductor valve of the line-guided converter 1 .
Die Bildung des Strommittelwertes Isim(t) erfolgt durch zweifache Integration (erste Integration zur Strombildung aus der Spannung, zweite Integration zur Mittelwertbil dung) nach der BeziehungThe average current value I sim (t) is formed by double integration (first integration for current formation from the voltage, second integration for averaging) according to the relationship
wobei
id(0) Ausgangsgleichstrom zum Zeitpunkt t = 0
Ud Gleichspannungsmittelwert
umn die momentan auf die Gleichstromlast geschaltete Phasenspan
nung-Differenz uR - uS, uS - uT, uT - uR, uS - uR, uT - uS oder uR - uT
umn(ty) Phasenspannung-Differenz zum Zeitpunkt t = ty
L Induktivität der Gleichstromlast
T Periodendauer der Netzspannung
t Zeit
tx = -T/6 untere Integrationsgrenze für die Mittelwertbildung
tx = 0 obere Integrationsgrenze für die Mittelwertbildung
ty = -T/6 untere Integrationsgrenze für die Strombildung
ty = tx obere Integrationsgrenze für die Strombildungin which
i d (0) DC output current at time t = 0
U d DC voltage mean
u mn the phase voltage difference currently switched to the DC load u R - u S , u S - u T , u T - u R , u S - u R , u T - u S or u R - u T
u mn (t y ) phase voltage difference at time t = t y
L DC load inductance
T Period of the mains voltage
t time
t x = -T / 6 lower integration limit for averaging
t x = 0 upper integration limit for averaging
t y = -T / 6 lower integration limit for current formation
t y = t x upper integration limit for current formation
Der Strommittelwert Isim(t) entspricht demjenigen Mittelwert über die nächsten 60° der Netzperiode, welcher auftreten würde, wenn der Zündzeitpunkt zum Zeitpunkt t = 0 auftreten würde. Der Zeitpunkt t = 0 ist das "Jetzt". Für die Integration werden deshalb bis zu 60° "alte" Abtastwerte der Phasenspannungen und der Ausgangs gleichspannung verwendet, welche im Speicher der Steuer- und Regeleinrichtung 4 abgespeichert und abrufbar sind. The average current value I sim (t) corresponds to that average value over the next 60 ° of the network period, which would occur if the ignition point in time t = 0. The time t = 0 is the "now". For the integration, up to 60 ° "old" samples of the phase voltages and the DC output voltage are therefore used, which are stored in the memory of the control and regulating device 4 and can be called up.
Der Gleichspannungsmittelwert Ud wird aus der Ausgangsgleichspannung ud(t) wie folgt gebildet:The DC mean voltage value U d is formed from the DC output voltage u d (t) as follows:
Unter der Annahme, daß die Gegenspannung der Last (EMK) im Integrationsinter vall konstant bleibt, ist in diesem Mittelwert der ohmsche Anteil der Lastspannung enthalten. Deshalb führt der ohmsche Teil der Last zumindest im stationären Fall nicht zu einer Abweichung zwischen Sollwert und Istwert des Laststroms.Assuming that the counter voltage of the load (EMF) in the integration inter vall remains constant, the mean value of the load voltage is in this mean value contain. Therefore, the ohmic part of the load carries at least in the stationary case not to a deviation between the setpoint and actual value of the load current.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf interessierender Ströme und zwar im oberen Bild abschnitt des erfindungsgemäß gebildeten Strommittelwerts Isim(t) und des vorgege benen Stromsollwerts Iref(t) sowie im unteren Bildabschnitt des Ausgangsgleichstro mes id(t). Im Ausführungsbeispiel verläuft der Stromsollwert Iref(t) rechteckförmig, je doch ist auch ein anderer, beispielsweise sinusförmiger Verlauf dieses Sollwerts möglich. Fig. 2 shows the temporal course of currents of interest, namely in the upper section of the current average I sim (t) and the predetermined current setpoint I ref (t) as well as in the lower section of the output DC current i d (t). In the exemplary embodiment, the current setpoint I ref (t) is rectangular, but a different, for example sinusoidal, course of this setpoint is also possible.
Wesentlich an den in Fig. 2 gezeigten zeitlichen Verläufen der Ströme ist, daß sich der Strommittelwert Isim(t) von relativ großen Werten parabelförmig bis zum Schnitt mit dem Stromsollwert Iref(t) verringert und damit über die Schwellwert-Schaltung 6 die nächste Zündung eines Halbleiterventils auslöst. Bei αmax liegt eine erzwungene Zündung vor. Diese Begrenzung des Zündwinkels α auf den maximalen Zündwinkel αmax ist erforderlich, um ein Kippen im Wechselrichterbetrieb zu verhindern.It is essential in the time curves of the currents shown in FIG. 2 that the average current value I sim (t) decreases parabolically from relatively large values to the intersection with the current setpoint value I ref (t) and thus the next via the threshold value circuit 6 Ignition of a semiconductor valve triggers. A forced ignition is present at α max . This limitation of the ignition angle α to the maximum ignition angle α max is necessary in order to prevent the inverter from tipping over.
Die Ermittlung des momentanen Zündwinkels α (also des Zündwinkels, wenn jetzt gezündet werden würde) erfolgt sinnvollerweise mit einem Phasenregelkreis, der auf die Netzspannungen synchronisiert wird. Damit können ebenfalls die Abtastzeitpunk te der zeitdiskreten Realisierung des Verfahrens erzeugt werden. Der Phasenregel kreis kann selbstverständlich auch zeitdiskret und mit derselben Zykluszeit realisiert werden. The determination of the current ignition angle α (i.e. the ignition angle, if now would be ignited) is expediently carried out with a phase locked loop the mains voltage is synchronized. This also enables the sampling time te of the time-discrete implementation of the method are generated. The phase rule circle can of course also be implemented in a discrete time and with the same cycle time will.
In Fig. 3 ist eine ergänzte Regelanordnung hierzu dargestellt, mit einer Steuer- und Regelanordnung 4 mit PLL-Glied 7, welches den Zündwinkel α an eine Vergleichs stelle 8 abgibt. Die Vergleichsstelle 8 bildet die Differenz α-αmax und gibt diese Diffe renz an eine Schwellwert-Schaltung 9 weiter. Ein ODER-Glied 10 empfängt an sei nen Eingängen die Ausgangssignale der Schwellwert-Schaltungen 6 und 9 und be aufschlagt ausgangsseitig den Stromrichter 1.In Fig. 3, an additional control arrangement is shown, with a control and regulating arrangement 4 with PLL element 7 , which emits the ignition angle α to a comparison point 8 . The comparison point 8 forms the difference α-α max and passes this difference to a threshold circuit 9 . An OR gate 10 receives the output signals of the threshold circuits 6 and 9 at its inputs and loads the converter 1 on the output side.
Claims (2)
id(t) Ausgangsgleichstrom (Momentanwert)
id(0) Ausgangsgleichstrom zum Zeitpunkt t = 0
umn die momentan auf die Gleichstromlast geschaltete Phasenspan nung-Differenz uR - uS, uS - uT, uT - uR, uS - uR, uT - uS oder uR - uT
umn(ty) Phasenspannung-Differenz zum Zeitpunkt t = ty
L Induktivität der Gleichstromlast
T Periodendauer der Netzspannung
t Zeit
tx = -T/6 untere Integrationsgrenze für die Mittelwertbildung
tx = 0 obere Integrationsgrenze für die Mittelwertbildung
ty = -T/6 untere Integrationsgrenze für die Strombildung
ty = tx obere Integrationsgrenze für die Strombildung1. A method for forming the ignition timing for the controllable semiconductor valves of a network-controlled converter which is connected on the input side to a three-phase voltage network and on the output side feeds a DC load, characterized in that a current average I to be compared with a predetermined current setpoint I ref (t) sim (t) by double integration according to the relationship is formed, the direct voltage mean U d from the output direct voltage u d (t) according to is formed and that the next ignition timing for a controllable semiconductor valve is always present when the difference I ref (t) -I sim (t) is positive with
i d (t) DC output current (instantaneous value)
i d (0) DC output current at time t = 0
u mn the phase voltage difference currently switched to the DC load u R - u S , u S - u T , u T - u R , u S - u R , u T - u S or u R - u T
u mn (t y ) phase voltage difference at time t = t y
L DC load inductance
T Period of the mains voltage
t time
t x = -T / 6 lower integration limit for averaging
t x = 0 upper integration limit for averaging
t y = -T / 6 lower integration limit for current formation
t y = t x upper integration limit for current formation
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE1996124786 DE19624786A1 (en) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | Method of forming ignition timing for controlled semiconductor thyristor of mains-powered converter in industrial applications |
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| DE1996124786 DE19624786A1 (en) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | Method of forming ignition timing for controlled semiconductor thyristor of mains-powered converter in industrial applications |
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| DE19624786A1 true DE19624786A1 (en) | 1998-01-02 |
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| DE1996124786 Withdrawn DE19624786A1 (en) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | Method of forming ignition timing for controlled semiconductor thyristor of mains-powered converter in industrial applications |
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| DE (1) | DE19624786A1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4111226A1 (en) * | 1991-04-08 | 1992-10-15 | Asea Brown Boveri | METHOD FOR CONTROLLING ELECTRICAL VALVES OF A CONVERTER |
-
1996
- 1996-06-21 DE DE1996124786 patent/DE19624786A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4111226A1 (en) * | 1991-04-08 | 1992-10-15 | Asea Brown Boveri | METHOD FOR CONTROLLING ELECTRICAL VALVES OF A CONVERTER |
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