DE1963866A1 - Einrichtung zum Schuetzen eines Stromrichters gegen Kommutierungsfehler - Google Patents

Description

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GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N. Y., VStA

Einrichtung zum Schützen eines Stromrichters gegen Kommutierungsfehler

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schützen eines Stromrichters gegen Kommutierungsfehler, der als Frequenz- wandler, insbesondere als Frequenzvervielfacher, betrieben wird und Festkörper-Schaltvorrichtungen enthält, über die einem Schwingkreis, dessen Reaktanz veränderlich ist, elektrische Energie zugeführt wird.

Die in diesen Stromrichtern verwendeten Schaltvorrichtungen bezeichnet man auch als elektrische Ventile oder Stromtore. Im einzelnen kann es sich um magnetische Bauelemente (z.B. Spulen mit sättigbarem Kern) oder elektronische Bauelemente (z.B. Ignitrons, Thyratrons oder Festkörper-Thyristoren) handeln. Durch geeignete Anordnung und Steuerung zumindest einer Gruppe mit sechs Ventilen, die in einer vorbestimmten Reihenfolge zyklisch betätigt werden, läßt sich die von einer Dreiphasen-Y/echselstromquelle sinusförmiger Spannung mit vorbestimmter Grundfrequenz (z.B. 60 Hertz) abgegebene Leistung direkt in eine Einphasen-Leistung mit einer harmonischen Frequenz (z.B. 180 Hertz) zur Stromversorgung eines an den Wandler angeschlossenen Verbrauchers umsetzen.

Während des Betriebs nimmt jedes Ventil des'praquenzwandlers einen nichtleitenden oder gesperrten Zustand.', in dem as einen uehr hohen V/iderctan-J für den Verbraucherstrora darstellt, und einen leitenden .'-.■?band, -.;«r auch eingeaehaltatgr ociwr durch-

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gesteuerter Zustand genannt wird, mit vernachlässigbarem Widerstand ein. Dabei wird es in einem zyklisch wiederkehrenden Zeitpunkt vom einen in den anderen Zustand durch ein Signal umgeschaltet oder umgesteuert, das Steuersignal, Durchschaltsignal, Zündsignal oder Auslösesignal genannt wird. Der Zündzeitpunkt (auch Einschalt-, Durchschalt- oder Auslösezeitpunkt genannt) kann in elektrischen Graden vom Nulldurchgang der Leitungsspannung einer Phase (d.h. der Spannung zwischen der Leitung einer Phase und dem Null-Leiter), an die das Ventil angeschlossen ist,, gemessen werden und wird unter anderem als "Zündwinkel" bezeichnet. Durch Vorverschiebung des Zündzeitpunkts (Verringern des Zündwinkels) vom Maximalwert (etwa 180°) in die Nähe von 60°| läßt sich der Effektivwert der dritten harmonischen Ausgangsspannung von null bis auf einen Maximalwert erhöhen.

Ein einmal eingeschaltetes Ventil behält diesen Zustand solange bei, bis der in Durchlaßrichtung fließende Strom (Durchlaßstrom) durch die Wirkung der äußeren Schaltung, in der das Ventil liegt, weitgehend gelöscht ist. Dieser Sperrvorgang kann auch als "Kommutierung" bezeichnet werden, weil hierbei ■ der durch das eine Ventil fließende Strom von dem in der zyklischen Folge nächsten Ventil übernommen wird, wobei das vorhergehende Ventil gesperrt bzw. "gelöscht" oder vom leitenden in den nichtleitenden Zustand umgeschaltet wird. Bei Verwendung elektronischer- Ventile, wie Thyristoren, darf - um ein sicheres Sperren zu gewährleisten - eine in Durchlaßrichtung gepolte Kathoden-Anoden-Spannung erst dann wieder angelegt werden, wenn nach dem Hullwerden des Durchlaßstroms dem Ventil soviel Zeit verblieben ist, daß es währenddessen seine volle Sperrfähigkeit wieder erlangen konnte. Diese Zeitspanne wird als "Sperrzeit" bezeichnet, und um eine suverlässige Kommutierung au gewährleisten, muß der "Sicherheitswinkel" des Stromrichters bzw. Wandlers mindestens ebenso groß sein,.

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Die Zeitspanne, die in dem Augenblick beginnt, in dem der Durchlaßstrom eines ausgehenden (abgelösten) Ventils null wird, und die endet, wenn an die Hauptanschlüsse dieses Ventils wieder eine Durchlaßspannung (eine in Durchlaßrichtung gepolte Spannung) angelegt wird, wird hier als Endionisierungs- oder Sicherheitswinkel des Wandlers bezeichnet. Dies ist die Zeit, die während jedes Betriebszyklus zum Sperren eines Ventils tatsächlich zur Verfügung steht, und sie ist gleich der Sperrzeit des Ventils zuzüglich einer Nachzeit, während der eine Sperrspannung am ausgeschalteten Ventil liegt. Wenn der Sicherheitswinkel nicht ausreicht, um zu gewährleisten, daß das ausgehende Ventil seine Sperrfähigkeit gegenüber einer in Durchlaßrichtung gepolten Spannung wiedergewinnt, kann es sein, daß dieses Ventil wieder leitend wird, was als "Kommutierungsfehlef" oder "Kippen" bezeichnet wird.

In der Praxis ist der die Frequenz vervielfachende Wandler bzw. Stromrichter gewöhnlich an einen Schwingkreis angeschlossen, dessen Induktivität (L) in der Regel durch eine Induktionsheizspule gebildet ist, bei der es sich um den Verbraucher handelt, und dessen Kapazität (C) durch mehrere Kondensatoren (eine "Kondensatorbank") gebildet ist, die parallel zu dieser Spule liegen. In der Regel wird die zyklische Kommutierung der Ventile vorteilhaft durch .die Verbraucherspannung beeinflußt, wenn der dem Schwingkreis zugeführte Strom der Verbraucherspannung vorauseilt (kapazitiver Leistungsfaktor), wogegen die Kommutierung nachteilig beeinflußt wird, wenn der Strom der Spannung nacheilt (induktiver Leistungsfaktor). Die Größe des Sicherheitswinkels und mithin die Fähigkeit zu kommutieren, wird nicht nur durch den Leistungsfaktor beeinflußt, sondern auch durch die Größe der Verbraucherimpedanz und des gerade gewünschten Zündwinkels. Bei diesem Frequenzvervielfacher sind diese Parameter alle veränderlich oder veränderbar, und ihre komplizierte und dynamische gegenseitige Abhängigkeit machen es äußeret schwierig, den Wandler so zu steuern, daß in jedem

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Falle eine sichere Kommutierung gewährleistet ist. Go ändert sich beispielsweise die Belastungsimpedanz, die die Heizspule für den Wandler darstellt, hinsichtlich Betrag und Phasenwinkel von Ladung zu Ladung und im Verlaufe jedes Heizvorgangs. Infolgedessen kann sich der Leistungsfaktor des Schwingkreises, von einem zulässigen Anfangswert aus -in induktivem Sinne erheblich ändern, so daß sich der Sicherheitswinkel des Wandlers soweit verringern kann, daß eine sichere Kommutierung nicht mehr gewährleistet ist und der Stromrichter "kippt". Selbst wenn ein konstanter Leistungsfaktor eingehalten wird, besteht die Möglichkeit, daß der Stromrichter aus dem Sicherheitswinkel "herausläuft", wenn der Zündwinkel vorverschoben (d.h. der Verzögerungswinkel verringert) wird·, und zwar dadurch, daß der angeschlossene Regler versucht, die Spannung und/oder den Strom zu erhöhen, die der Wandler dem Verbraucher während eines Heizvorgangs zuführt.

Nach bekannten Verfahren wird dadurch bei sich in nachteili'rgem Sinne ändernder Größe und änderndem Leistungsfaktor des Verbrauchers für eine sichere Kommutierung gesorgt, daß man eine Vorrichtung verwendet, die zum Schwingkreis eine weitere Kapazität hinzuaddiert, und daß eine Schutzvorrichtung vorgesehen ist, die jene Vorrichtung betätigt, wenn der als Frequenzvervielfachungswandler ausgebildete Stromrichter mit einem Sicherheitswinkel arbeitet, der unter einem vorbestimmten Betrag liegt. Dadurch daß die Kapazität des Schwingkreises erhöht wird, steigt auch die Gute Q des Schwingkreises, was zur Folge hat, daß auch der Sicherheitswinkel vergrößert wird. Um dies zu'erreichen, ist die Schutzvorrichtung auf bestimmte Weise ausgeführt. Diese Ausführung hat jedoch bestimmte Nachteile: Ihr Aufbau ist etwas empfindlich, während ihr Anspre chen nicht so konsistent oder genau ist wie dies erforderlich sein kann. Wegen dieser Einflüsse überschreitet der Sicher heitswinkel, auf den dia Schutzeinrichtung ausgelegt ist, die

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Sperrzeit der Ventile um 200 </o. Wenn ein Stromrichter mit seinem kleinsten Sicherheitswinkel arbeiten soll, der durch die Kommutierungsfehler-Schutzeinrichtung auf einen so verhältnismäßig großen Wert begrenzt ist, wird seine Leistungsfähigkeit erheblich eingeschränkt und nicht voll ausgenutzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung zu schaffen» die eine sichere Kommutierung eines als Frequenzvervielfachungswandle'rs betriebenen Stromrichters gewährleistet, ohne seine Leistungsfähigkeit erheblich einzuschränken. Diese Schutzeinrichtung soll gleichzeitig ermöglichen, daß ein Stromrichter auch bei einem Sicherheitswinkel zuverlässig arbeitet, der nur etwas größer (z.B. 20 % oder weniger) als die charakteristische Sperrzeit seines langsamsten Ventils ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Einrichtung zum Schützen eines Stromrichters gegen Kommutierungsfehler, v/obei der Stromrichter eingangsseitig an einer mehrphasigen Spannungsquelle liegt, die sinusförmige Spannungen mit einer vorbestimmten Grundfrequenz abgibt, und zwischen zwei AusgangsanSchlüssen des Stromrichters ein Schwingkreis angeschlossen ist, der eine Induktionsheizspule und eine Kondensatorbank enthält, die mit einer Kondensatoränderungsvorrichtung zum Erhöhen oder Verringern der Kapazität aufgrund eines Befehlssignals versehen ist, und wobei der Stromrichter mehrere den Verbraucherstrom steuernde elektrische Ventile zwischen Eingang und Ausgang enthält, die in einer vorbestimmten Reihenfolge durch eine Zündschaltung zyklisch so eingeschaltet werden, daß sie dem Schwingkreis Wechselstrom zuführen, dessen Frequenz ein vorbestimmtes Vielfaches der Grundfrequenz ist, und an den Stromrichter eine Steuervorrichtung angeschlossen ist, die den charakteristischen Zündwinkel bestimmt, bei dem die Ventile einschalten, dadurch gelöst, daß an die Einrichtung oine fiichflrheitftwinköl-Mößvorrichtung an-

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geschlossen ist, die ein Istwert-Signal erzeugt, das den Istwert des Sicherheitswinkels darstellt, daß an die Meßvorrichtung ein Sollwertgeber angeschlossen ist, der Sollwerte darstellende Sollwertsignale abgibt, daß an die Meßvorrichtung und den Sollwertgeber ein Vergleicher angeschlossen ist, der ein Befehlssignal abgibt, wenn das Istwert-Signal in einem vorbestimmten Sinne von den Sollwertsignalen abweicht, und daß die Kondensatoränderungsvorrichtung von dem Befehlssignal dahingehend betätigt wird, daß sie die Kapazität der Kondensatorbank dahingehend ändert, daß der Sicherheitswinkel in einen Bereich zurückgestellt wird, dessen eine Grenze durch ein Sicherheitswinkel-Sollwertsignal festgelegt ist.

Diese Schutzeinrichtung ist so konsistent und genau, daß der erwähnte minimale Sicherheitswinkel auf einen Wert eingestellt werden kann, der die Sperrzeit der Ventile nur um 10 oder 20 % überschreitet. Dieser verhältnismäßig niedrige minimale Sicherheitswinkel ermöglicht es, den Stromrichter mit einem kleineren Zündwinkel zu betreiben, als es bislang möglich ist, so daß sich auch der Aussteuerbereich des Stromrichters und mithin die dem Verbraucher zuführbare Leistung (bei gleicher Eingangsspannung) erhöht. V/egen des verringerten Sicherheitswinkele ist die Schutzeinrichtung in Weiterbildung der Erfindung so ausgebildet, daß sie die Zündsignale für die betreffenden Ventile imselben Augenblick unterdrückt, in dem das Befehlssignal erzeugt wird, wodurch der Stromrichter sofort gesperrt und ein Kommutierungsfehler vermieden wird, der andernfalls auftreten könnte, bevor die Kapazität erhöht werden kann oder die Zündsignale verzögert werden können.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchesi gekennzeichnet.

Die Erfindung und iüre Weiterbildungen werfier. i;P folgenden anhand von Zeichnungen näher beschließen_f die ©.:'.;! bsvoraugtsa* ueführunggbeiBpiel darstellen.

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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Stromrichters mit einer Schutzeinrichtung nach der Erfindung. .

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild des in Fig. 1 in Form eines einzigen Blocks dargestellten Stromrichters.

Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild der Zünd-Bezugs- und Vergleichsschaltungen nach Fig. 1, und die

Fig. 4A, 4B und 4G stellen den zeitlichen Verlauf von Signalen dar, die in Fig. 3 vorkommen, und "zwar bei drei verschiedenen Sicherheitswinkeln.

Nach Fig. 1 liegt ein Stromrichter 11 zwischen drei Singangsanschlüssen A, B, C und zwei Ausgangsanschlüssen X und Y. Die EingangsanSchlüsse A, B und C liegen an sinusförmiger Spannung mit einer vorbestimmten Grundfrequenz (z.B. 60 Hertz), die von einer herkömmlichen Dreiphasen-Stromquelle abgegeben wird. Die Ausgangsanschlüsse X und Y sind an einen Schwingkreis angeschlossen, der einen einphasigen Wechselstromverbraucher umfaßt und symbolisch durch einen Widerstand R parallel zu einer Spule L und mehreren parallel geschalteten Kondensatoren C1, C2, C3, C4 usw. vorbestimmter Größe dargestellt ist. Tatsächlich handelt es sich bei dem Verbraucher um eine Induktionsheizspule oder dergleichen, und daher ist er als Spule mit veränderbarer Induktivität L dargestellt.

Die Kondensatoren stellen eine "Kondensatorbank" dar. Diese Kondensatorbank ist mit einer Kondensatoränderungsvorrichtung versehen, die mehrere Kontakte 12 umfaßt. Diese Kontakte 12 werden wählbar durch eine zugehörige Kondensatoruisschaltvorrichtung 13 betätigt. Mit Hilfe· dieser Kondezisatoränderungsvorrichtung läßt sich die Kapazität C ändern, die der Induktivität L in dem Schwingkreis parallel geschaltet ist. In der Praxis kann für diesen Zweck ein von einem Motor angetriebener drehbarer Nockenschalter oder eine Anordnung elektromechani-

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scher Schrittschalter verwendet werden. Die Einzelheiten der Vorrichtung 13 sind nicht dargestellt, da sie zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind. Es genügt vielmehr zu wissen, daß die Kontakte 12 derart betätigbar sind, daß sie hei Erhalt eines Befehls "erhöhe" ein Kapazitätsinkrement addieren und bei Erhalt eines Befehls "verringere" ein Kapazitätsinkrement subtrahieren. Nach Abschluß jedes Kapazitätsänderungsschrittes gibt die Vorrichtung 13 kurzzeitig ein Signal 14 ab, das diese Tatsache anzeigt.

Der Stromrichter 11 enthält Festkörper-Schalter und versorgt die Induktionsheizspule in dem Schwingkreis mit Wechselstrom einer vorbestimmten (z.B. dritten) harmonischen Frequenz (z.B. 180 Hertz). In Fig. 2 ist ein Schaltbild dieses Stromrichters in vereinfachter Form dargestellt.

Der dargestellte Stromrichter ist ein Frequenzverdreifacher und enthält einen Dreiphasen-Transformator 15» eine Gruppe 16 mit sechs elektrischen Ventilen, über die der Verbraucherstrom fließt, und einer Ausgleichdrossel 17. Die Primärwicklungen des Transformators 15 liegen in Dreieckschaltung zwischen den getrennten Eingangsanschlüssen A, B und C und die entaprechenden Sekundärwicklungen sind als Stern geschaltet, wobei der Sternpunkt über einen Hull-Leiter 18 mit dem unteren Ausgangsanschluß Y verbunden ist. Die anderen Anschlüsse der drei Phasen der Transformatorsekundärseite sind jeweils mit Leitungen A¹, B' und G¹ verbunden, wobei als Drehsinn A' - B¹ - C angenommen ist.

Die Ventile der Gruppe 16 sind jeweils mit den Bezugszahlen 21 bis 26 bezeichnet. Bei diesen Ventilen handelt es sich vorzugsweise um Thyristoren (die auch als steuerbare Gleichrichter bezeichnet werden), und nach Fig. 2 sind sie zu einer Dreiphasen-Brückenschaltung verbunden, deren Wechselstromanschlüsse jeweils mit den Leitungen A¹, B· und C und deren Gleichstromanschlüsse P und N durch die Drossel 17 verbunden sind. Die . ... . 009829/1005

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Drossel 17 ist in zwei induktiv "gekoppel'te HaLf bon L1 und L2 unterteilt, und der obere Ausgarigsanschluß X ist direkt mit: einem Mittelabgriff der Drossel 17 verbunden.

Dadurch daß den Steueranschlüosen (die auch als Tore bezeichnet werden) der sechs Ventile 21 -26 eine FoLge zyklisch erzeugter Steuer- oder ZündsLgnale zugeführt wird, werden die Ventile synchron mit der Dreiphasen-Bingangsspannung in numerischer Reihenfolge eingeschaltet (gezündet odor durchgesteuert), so daß zwischen den Ausgangsanschlüssen X und Y eine Einphasen-Wechselspannung mit der dritten harmonischen Frequenz (180 Hertz) erscheint. Die Einschaltdauer aLler Ventile 21 - 26 beträgt etwa ein Sechstel oder weniger der L'urLudendauer der Eingangsspannung, und während jedes !eiternden Intervalls wird eine andere Eingangs phase mit den AusgangsanschLüasen in folgender Reihenfolge verbunden; ,,

Leitendes Ventil· Phase

21 A'f-

22 3 G¹-

23 ^: H'+

24 A' -

25 (!' +

26 ß'~

Die Zündöignale für die Ventile werden von esinnv /Huid^chal. f»ung 27 (Figi 1) zyklisch erzeugt;. Di.ti ZilndachuJ turi_fj erzeugt synchron mit dor H Ln_t ^fangf;weohHd I Spannung eine- Folgo von Zundsignalen, alu u'ie Von feile 2\ -■ 26 des illvomvl.chuQVü 11 Ln nuiiiörinoher H3ihecifoL^& zuncisjn» bie Αίιηύί',βί luuxilila _t in dunem cii«

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Halteglieder enthält. Bei der Regeleinrichtung handelt es sich um eine herkömmliche Spannungsregeleinrichtung mit Strombegrenzungsübersteuerung zur Speisung der Zündschaltung 27 mit einem RegeldifferenzsLgnal 29, dessen Betrag: einstellbar ist. · Der Zündzeitpunkt, in dem die periodischen Zündsignale von der Zündschaltung 27 erzeugt werden, hängt vom Betrag dieses Regeldif ferenzsignals 29 ab.

Holange wie die ZündsignaLe der entsprechenden Ventile der Brücke t6 nach Pig. 2 einen Zündwinkel bewirken, der zwischen etwa'60° und 180° Liegt., ist die Betriebsart des Stromrichters "diskontinuierlich", bei der die Ventile den Verbraucherstrom der Reihe nach jeweils v/ährend einer Dauer führen, die kurzer als die einem Winkel von 60° entsprechende Zeit ist. Wenn der Zündwinkel· auf etwa 60° oder darunter verringert wird, wird' der Stromflußwinke1 bis auf einon Y/inkel vergrößert, der gleich oder größer als 60 ist, Dadurch ergibt sich eine "kontinuierliche" Betriebsart. Die Ausgleichdrossel 17 gestattet eine daraus folgende Überlappung des? .Stromflußwinkels bei einem ungeradzahligen und einem geradzahligen Ventil« Diese Drossel hat den weiteren Vorteil, daß eie starke Stromänderungen (di/dt) in ,jedem Ventil begrenzt und einen Parallelbetrieb anderer ähnlicher Stromrichter zur Erhöhung der dem Verbraucher zügeführten Leistung gea bat teb. In der Regel verlangt der Regler 28, während er selbst tätig bewirkt, daß dem Verbraucher maximale Leistung zugeführt wird, daß ,der Stromrichter im "kontinuierlichen" Betrieb arbeitet, bei dem der Zündzeibpunkt soweit vorverschoben ist, wio es die eingebauten Begrenzungen und HaibeglLeder (Anschläge) gestatten.

Sowohl im diiikonfeinuierl iohon ulo auch im kontinuierlichen Uatrieb rauil der Istwert; ilua oicherheitswinkals dus Stromrichters ständig die charakteristische Sperr zeit der Thyriut,oren_s di.j hier als Vsnfeile 21 - 26VeI¹WuUdOb werden, überschrei tan? um in jedem JBatriabasykLur. eine ainhure Kontr.iufcLerung der Ventile zu gewährleisten. Worm ein Ventil nichs "auekommutlürt" wird.

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weil der Sicherheitswinkel zu klein ist, ist dieses Ventil gleichzeitig mit dem nächsten leitenden Ventil in einem Zeitpunkt-leitend, in dem die Amplitude der Eingangsspannung unterschiedlich ist, so daß diese npar.nungsdifferenz einen starken Kreisstrom durch die Brücke 16 treibt, der zur Zerstörung der Ventile führen kann. Um dies -zu verhindern, muß eine Übörstromschutzvorrichtung vorgesehen sein j die den Betrieb bei Überstrom unterbricht. Derartige Unterbrechungen sind jedoch unerwünscht. '

Wie bereits erwähnt wurde, hängt dib Gröi3e fies Sicherheitswinkels von der gegenseitigen Beziehung veränderbarer GrÖL-en ab, zu denen in erster Linie der Zündwinkel, der ohmsche Anteil des 180-ITertz-Verbrauchers, an den die Ausgangsanschlüsse X und Y des Frequenzverdreifachers angeschlossen sind, und der Leistungsfaktor des Verbrauchers,,gehören. Bei diesem als Frequenzwandler betriebenen Stromrichter besteht immer die Möglichkeit, daß diese Parameter derart zusammentreffen, daß sich ein Sicherheitswinkel ergibt, der nicht ausreicht, x*m die Kommutierung zu gewährleisten.

Nach der Erfindung und nach Fig. 1 wird das gewünschte Ergebnis durch eine Schutzeinrichtung erzielt, die eine den Istwert des Sicherheitswinkels direkt messende Vorrichtung und eine Vorrichtung 31 enthält, die an einem Anschluß 32 einen Impuls abgibt, wenn der gemessene Sicherheitswinkel kleiner als das oben erwähnte Minimum ist. Der am Anschluß 32 auftretende Impuls betätigt ein Kippgliecl 33, das dar ICondensatorschaltvorrichtung 13 ein anhaltendes Befehlssignal "erhöhe" zuführt. Dieses Befehlssignal verschwindet, wenn das Kippglied 33 durch das Signal 14 zurückgekippt wird, das von der Vorrichtung 13 nach Abschluß des Kapazitätsschaltvorgangs abgegeben wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, betätigt dasselbe Befehls&ignal ein Phasenverzögerungeglied 34 des Reglers 28, der daraufhin

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das Regeldiff'erenzsigrial 29 nach Betrag und Richtung so einstellt, daß der Zündzeitpunkt der von der Zündschaltung 27 abgegebenen Zündsignale um den maximalen .Betrag verzögert wird« Auf diese We'ise bewirkt die Schutzeinrichtung, daß die Ausgangsspannung des Stromrichters 11 bis. auf null verringert wird, so daß der Kondensatorbank während des Umschaltens' der Kontakte 12 keine Spannung zugeführt wird. Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, daß das Verzögerungsglied 34 derart t ausgebildet ist, daß sie· das Bezugs- oder Sollwertsignal der Strombegrenzungsübersteuerung im Regler 28 kurzzeitig weg- . nimmt, und daß der Sollwertgeber derart ausgebildet ist, daß • er-ein linear ansteigendes Sollwertsignal abgibt, wenn das Verzögerungsglied 34 nach Verschwinden des Befehlssignals freigegeben wird. Infolgedessen wird der Zündzeitpunkt des Stromrichters 1 1 nach einem Kapazitätsumschaltvorgang nicht sofort sprungartig aus seiner Lage maximaler Verzögerung wieder vorverschoben und der Schwingkreis allmählich an Spannung gelegt.

Im folgenden werden- die Sicherheitswinkelmeßvorrichtung 30 und die Befehlssignal-Auslösevorrichtung 31 ausführlicher beschrieben. Die Meßvorrichtung 30 ist so an den Stromrichter 11 an-F geschlossen und ausgebildet, daß sie in jedem Betriebszyklus des Stromrichters eine Folge von sechs Istwertsignalen 35 erzeugt, deren Dauer jeweils den Istwert des Sicherheitswinkels des Stromrichters darstellt, wenn jedes der sechs Ventile 21 26 der Reihe nach gesperrt wird. Zur Bildung dieser Istwertsignale kann die Meßvorrichtung 30 in an sich bekannter Weise ausgebildet sein.

Die von der Sicherheitswinkel-Meßvorrichtung 30 abgegebenen Istwertsignale 35 werden einer Vorrichtung 31 zugeführt, die, wie in Pig. 1 dargestellt ist, einen Sollwertsignalgeber 36 -" •und einen Vergleicher 37 enthält. An den Sollwertsignalgeber 36 ist eine AuslöseschalJung 36a angeschlossen, die den SoIl-

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wertsignalgeber bei Beginn eines Istwortsignals aualöst. Der Sollwertsignalgeber 36 ist derart ausgebildet, daß er ein Sollwertsignal 38 mit einer Dauer abgibt, die den vorbestimmten minimalen Sicherhei tswirikel darstellt, Der Sollwertsignal™ geber 36 kann ferner ein zweites Sollwertsignal 39 abgeben, das einen gewünschten maximalen Sicherheitswinkel darstellt, wodurch die obere Grenze des zulässigen Sicherheitwinkelbereichs festgelegt wird. ■

Durch Vergleichen der Istwertsignale 35 mit den betreffenden Sollwertsignalen 38 und 39 int Vergleichet· 37 kann festgestellt werden, ob der Istwert des Sicherhoitswinkels innerhalb oder außerhalb des gewünschten Bereichs liegt, und wenn er außerhalb liegt, ob er oberhalb oder unterhalb des gewünschten Bereiches liegt. W.enn-das Istwertsignal kleiner als das den minimalen Sicherheitswinkel darstellende Sollwert.signal 38 ist, gibt der Vergleicher 37 am Anschluß 32 einen Impuls ab, der bewirkt, daß das Kippglied 33 das Befehlssignal "erhöhe" abgibt* Der Anschluß 32 ist außerdem mit der Zündschaltung 27 über eine Unterdrückungsschaltung 40 verbunden', die "die Zündsignale für den Stromrichter 11 unmittelbar nach Uetatigung des Vergleichers 37 unterdrückt, Dies ist in den Fällen zweckmäßig, in denen der minimale Sicherheitswinkel ao nahe an die Sperrzeit der Ventile herankommt, daß die Möglichkeit besteht, daß zwischen dem Zeitpunkt, in dem ein unzureichender Sicherheitswinkel festgestellt .wird, und dem Zeitpunkt, in dem das .Zundzeitpunkt-Verzögerungsglied. 34 wirksam wird, ein KoBnnutieriin;;sfehler auftritt. Der Auslösesignalgeber 37 wird zurückgeset/,t, nachdem die Unterdrückungsschaltung 40 durch das von der Kondensatoränderungsvorrichtiing 13.am Ende "eines KondensatorenschaltvorgangB abgegebene Signal 14 zurückgesetzt worden ist,

Wie bereits erwähnt wurde), wird der VergLeichor 37 in. Betrieb /•esefczt, wenn das Istwertsignal 35 größer aLa das don muxlmalen Slchorhoifcswinkel feobiegende Sollwortaignal 39 wird. In diesem Falle wird am Anschluß 42 ein Impuls abgegeben, der ein Kippglisd 43 betätigt« das seine-rseits an die Vorrichtung

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T 3 ein Befehlssignal "verringere" abgibt, das solange aufrechterhalten wird, bis das Kippglied 43 durch das Signal 14 zurückgesetzt wird, "/ie bereits erwähnt wurde, ist die Kondensatorschaltvorrichtung 13 so ausgebildet,, daß sie die Kontakte 12 derart betätigt, daß die Kapazität des Schwingki'eises um ein vo-rb.estimmtes Inkrement verringert wird, wenn das Befehls— signal "verringere" auftritt, und der Zündzeitpunkt des Stromrichters 11 während dieses SchaltVorgangs bis auf den Maximalwert verzögert wird»

In Fig.' 3 sind Einzelheiten der Befehlesignal-Auslösevorrich— tung 31 dargestellt, Die dargestellte Schaltung enthält Kanäle, die ansprechen, wenn der zulässige Sicherheitwinkelbereich unter- oder überschritten wird. In dem einen Kanal, der anspricht, wenn dei' Sieherheitswinkel den unteren Grenzwert unterschreitet, werden die übe.r die Ausgangs Leitung 35 der Sicherheitwinekl-Meßvorrichtung 30abgegebenen Istwertsignale gleichzeitig einer Differenzierschaltung"45 in der Auslöseschaltung 36a und einem HECHT-ELrigang einer Yergleichsvorrichtung 37a zugeführt, die symbolisch als UFD-G-lied dargestellt . ist. Die Differenzierschaltung 45 gibt zu Beginn jedes Ist-}. . wert signals "ein kurzzeitiges Auslösesignal a ab. Die Differenzierschaltung 45 Ist mit einem Bezugszeitgeber 47 über eine Verzögerungsschaltung 46 verbunden, die das Istwertsignal nach Ablauf einer voreingestellten Verzögerungszoifc 3Π als verzögertes Auslösesignal b dem Bezugszeitgeber 47 zuführt. Der Zweck dieser anfänglichen Verzögerung besteht darin, eine falsche Betätigung der Vergleichsvorrichtung 37a zu 'verhindern _t wenn ,jedes Istwertsignal (35) zum ersten Mal auftritt. Der .Bezugszeitgeber 47 enthält einen monostabilen MuItivibrator oder dergleichen und ist so ausgelegt _t daß er das den rainimalen Sicherheitüwinkel darstellende Sollwortsignal 38 eine"vorbe- . stimmte konstante Zeit T2· .lang abgibt, die sich an die Betätigung durch daa verzögerte Auslöaösignal b' anschließt» Dia Summe der Zeiten 'f 1 und T2 ist die Zeitbasie des Sollwertsignal—* gebere 36 und stellt dan geväinschtsn minimalen Sicherheit»-

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winkel dar (z.B. 500 Mikros eirunden). Das Sollwertsignal 38 wird der. Vergleichsvorrichtung 37a zugeführt, die daraufhin einen Impuls (32) abgibt, sofern sie nicht gleichzeitig durch. ' ein ihre© NIOHT-Eingang zugeführten Istwertsignal gesperrt wird. ·.,**" .

Mit anderen V/orten, die Vergleichsvorrichtung 37a gibt immer dann einen Impuls ab, wenn das Sollwertsignal 38 vorhanden und das Istwertsignal 35 nicht vorhanden ist, was nur dann der Pail ist, wenn der Istwert des Sicherheitswinkels kleiner als T1 + T2 ist. Dies ist am besten aus Pig. 4A zu ersehen, in der die zeitlichen Verhältnisse der verschiedenen Signale bei einem Istwertsignal 35 dargestellt sind, dessen Dauer den Istwert eines Sicherheitswinkels darstellt, der unter dem vorbestimmten Minimum liegt. (Das dargestellte Signal 35 ist nur eines von mehreren aufeinanderfolgenden periodischen Signalen, die von der Sicherheitswinkel-Meßvorrichtung 30 abgegeben werden.) Wie aus Pig. 4A zu ersehen ist, entspricht die Dauer des Ausgangsimpulses am Anschluß 32 der Zeitspanne,, in der das Sollwertsignal 38 vorhanden und das Istwertsignal 35 nicht vorhanden ist. Wenn der Sicherheitswinkel größer als die Summe von T1 und T2 ist, wie dies bei den Pig. 4B und 40 der Pail ist, ist kein Ausgangsimpuls 32 vorhanden.

In dem Kanal, der anspricht, wenn der Sicherheitswinkel den gewünschten maximalen Wert überschreitet, werden die Istwertsignale 35 ebenfalls einer Differenzierschaltung 45 und einer Kurzzeit-Verzögerungsschaltung 48 zugeführt, die an eine Vergleichsvorrichtung 37b angeschlossen ist (siehe Pig. 3). Das zu Beginn jedes Rückführsignals 35 von der Verzögerungsschal-, tung 45 kurzzeitig erzeugte Auagangssignal a betätigt einen Bezugszeitgeber 49» der dann das den maximalen Sicherheitswinkel darstellende Sollwertsignal 39 für die Dauer einer vorbestimmten konstanten Eeit T3 erzeugt. Zu diesem Zweck enthält der Bezugszeitgeber 49 einen monostabilen Multivibrator

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oder dergleichen, und seine Betriebszeit T3 stellt den gewünschten naxiinalen Sncherheitswinkel. (z.B. 1500 Mikronekunden) dar. Das Sollwertsignal 39 wird einem IJICHT-Ein^ang der Vergleichsvorrichtung 37b zugeführt, die symbolisch als UND-Glied dargestellt ist. Eine kurze Zeit (z.B. 20 Mikrosekunden) nach dem Beginn jedes Istwertsignals 35 läßt sie Verzögerungsschaltung 48 zur Vergleichsvorrichtung 37b ein Durchschaltsignal c durch, das bis zum Ende des Istwertsignals andauert. Solange dieses Durchsehaltsignal C andauert, gibt die Vergleichsvorrichtung 37b am Anschluß 42 einen Impuls ab, sofern nicht gleichzeitig am ITICHT-Eingang ein Sollwertsignal 39 auftritt. Der Zweck der kurzzeitigen Verzögerung durch die Verzögerungsschaltung 48 besteht darin, zu verhindern, daß die Vergleichsvorrichtung 37b beim ersten Auftreten eines Istwertsignals 35 betätigt wird.

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Die Vergleichsvorrichtung 37b gibt mithin immer nur dann einen Impuls am AusgangsanSchluß 42 ab, wenn der Istwert des Sicherheitswinkels größer als T3 ist. Dies ist am besten aus Fig. 4C zu erkennen, in der die zeitlichen Verhältnisse der verschiedenen Signale bei einem Istwertsignal 35" dargestellt sind, dessen Dauer dem Istwert eines Sicherheitswinkels entspricht, der über dem vorbestimmten Maximalwert liegt. Die Dauer des Ausgangsinrpulses am Anschluß 42 entspricht der Zeitspanne, in der das Istwertsignal 35" vorhanden und das Sollwertsignal 39 nicht vorhanden ist. V/enn der Sicherheitswinkel kleiner als T3 ist, dieser Fall ist in den Fig. 4A und 4B dargestellt, gibt die Vergleichsvorrichtung 37b keinen Impuls am Anschluß 42 ab.

Die in Fig. 3 dargestellte Vergleichsvorrichtung 37b ist mit einem dritten Eingang versehen, der über eine Leitung 50 ein drittes Signal, das ebenfalls mit der Bezugszahl 50 bezeichnet wird, zugeführt wird. Der Regler 28 gibt dieses Signal vorzugsweise immer dann ab, wenn der Zündzeitpunkt, in dem die Auslöse- bzw. Zündsignale für den Stromrichter 11 auftreten,

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nicht vorverschoben wird, wa3 beispielsweise dann der Pail ist, wenn das Sollwertsignal gleichbleibt (jedoch nicht null ist). Das Signal 50 erscheint jedoch nicht, wenn der Hegler 28 gerade den Zündzeitpunkt vorverschiebt, was zur Folge hat, daß die Vergleichsvorrichtung 37b dann gesperrt wird, so daß sie keinen Impuls abgibt und kein Befehlssignal "verringere" ausgelöst werden kann, wenn der Schwingkreis gerade nach der Erhöhung seiner Kapazität erneut an Spannung gelegt wird.

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Claims (4)

1. Pat entan s prüche

   1!/Einrichtung zum Schützen eines Stromrichters gegen Kofcimutierungsfehler, wobei der Stromrichter eihgangsseitig an einer mehrphasigen Spannungsquelle liegt, die sinusförmige Spannungen mit einer vorbestimmten Grundfrquenz abgibt, und zwischen zwei Ausgangsanschlüssen des Stromrichters ein Schwingkreis angeschlossen ist, der eine Induktionsheizspule und eine Kondensatorbank enthält, die mit einer Kondensätoränderungsvorrichtung zum Erhöhen oder Verringern der Kapazität aufgrund eines Befehlssignals versehen ist, und wobei der Stromrichter mehrere den Verbraucherstrom steuernde elektrische Ventile zwischen Eingang und Ausgang enthält, die in einer vorbestimmten Reihenfolge durch eine Zündschaltung zyklisch so eingeschaltet werden, daß sie dem Schwingkreis Wechselstrom zuführen, dessen. Frequenz ein vorbestimmtes Vielfaches der Grundfrequenz ist, und an den Stromrichter eine Steuervorrichtung angeschlossen ist, die den charakteristischen Zündwinkel bestimmt, bei dem die Ventile einschalten, dadurch gekennzei chn e t, daß an die Einrichtung eine Sicherheitswinkel-Meßvorrichtung (30) angeschlossen ist, die ein Istwertsignai (35) erzeugt, das den Istwert des Sicherheitswinkels darstellt, daß an die Meßvorrichtung ein Sollwertgeber (36) angeschlossen ist, der Sollwerte darstellende Sollwertsignale (38, 39) abgibt, daß an die Meßvorrichtung (30) und den Sollwertgeber (36) .ein Vergleicher (37) angeschlossen ist, der ein Befehlssignal (32, 42) abgibt, wenn das Istwertsignai in einem vorbestimmten Sinne von den Sollwertsignalen abweicht, und daß die Kondensatoränderungsvorrichtung (13) von dem Befehlssignal dahingehend betätigt wird, daß sie die Kapazität der Kondensatorbank (12) dahingehend ändert, daß der Sicherheitswinkel in einen Bereich zurückgestollt wird, dessen eine Grenze durch ein Sicherhaibswlnkel-Sollwertoignal festgelegt ls-t.

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   ÖAO ORfGfNAL
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η _' ζ e i ch η e t, daß der Vergleicher (37) an die Zündschaltung (27) über, eine Unterdrückungsschaltung (40) angeschlossen ist, die die Zündsignale unmittelbar nach Betätigung des Vergleiehers kurzzeitig unterdrückt. .-_t
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e ich net, daß der Vergleieher (37) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er das Befehlssignal immer dann abgibt, wenn das Sollwertsignal, aber kein Istwertsignal vorhanden ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kenn zeichne t, daß das Sieherheitswinkel-Sollwertsignal einen Minimalwert des Sicherheitswinkels darstellt und der Vergleicher (37) derart ausgebildet ist, daß er anspricht, wenn das Istwertsignal kleiner als c}as Sollwertsignal ist und die Kondens.atoränderungsvorrichtung (13) durch das resultierende Befehlssignal dahingehend betätigt wird, daß sie die Kapazität des Schwingkreises erhöht.

   5« Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Sicherheitswinkel-Sollwertsignal einen Maximalwert des Sicherheitswinkels darstellt und der Vergleicher (37) derart ausgebildet ist, daß er anspricht, wenn das Istwertsignal größer als das Sollwertsignal ist, und daß die Kondensatoränderungsvorrichtung (13) durch das resultierende Befehlssignal derart betätigt wird, daß sie die Kapazi tat des Schwingkreises erhöht. . ·

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