DE19711534A1 - Method for regulating the continuous voltage of a current rectifier - Google Patents
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Abstract
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Regelung der Gleichspannung eines Gleichrichters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a method for Regulation of the DC voltage of a rectifier according to the Preamble of claim 1.
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE 195 42 163 A1 bekannt ist. Dort wird die Gleichspannung eines Gleichrichters, der wechselstromseitig an eine 1. Sekundärwicklung eines Netztransformators angeschlossen ist, mittels steuerbarer Ventile eines 4Quadrantenstellers des Gleichrichters geregelt. Eine Steuerspannung für diese steuerbaren Ventile wird durch einen Spannungsregler mit unterlagertem Stromregler vorgegeben. Durch eine Wechselstromlast, z. B. eine Hilfseinrichtung von Bahnfahrzeugen, kann die Phasenlage des Primärstromes des mit dem Gleichrichter in Wirkverbindung stehenden Netztransformators unerwünscht verschoben werden. Um dies zu kompensieren, wird die Steuerspannung auch in Abhängigkeit vom Imaginärteil dieses Primärstromes, der mittels einer Fourieranalyse gewonnen wird, geregelt. Dieser Spannungsregelung liegt ein Transformatormodell mit fest vorgegebenen Transformatorparametern für den resultierenden Wicklungswiderstand und die Streuinduktivität der Sekundärwicklung und die auf die Sekundärseite umgerechnete Primärwicklung zugrunde. Nachteilig dabei ist, daß der relativ langsame Stromregler starke Regeldifferenzen ausregeln muß, wenn sich diese z. B. durch eine Temperaturerhöhung der Transformatorwicklungen ändern. Durch die ständige statische Belastung des Reglers verschlechtert sich dessen dynamisches Verhalten. Der Stromregler ist eigentlich für Unstetigkeiten vorgesehen, die durch den Hilfsbetriebestromrichter, die Zugsammelschiene oder durch Bügelsprünge hervorgerufen werden.With the preamble of claim 1, the invention takes to a prior art reference, as it is from DE 195 42 163 A1 is known. There the DC voltage becomes one Rectifier connected to a 1. Secondary winding of a mains transformer is connected, by means of controllable valves of a 4-quadrant actuator of the Rectifier regulated. A control voltage for this controllable valves is provided by a voltage regulator subordinate current controller specified. By a AC load, e.g. B. an auxiliary device from Railway vehicles, the phase of the primary current of the operatively connected to the rectifier Mains transformer are undesirably moved. To do this compensate, the control voltage is also dependent on Imaginary part of this primary current, which by means of a Fourier analysis is obtained, regulated. This A transformer model is fixed with voltage regulation given transformer parameters for the resulting Winding resistance and the leakage inductance of the Secondary winding and the one converted to the secondary side Primary winding. The disadvantage is that the relative slow current regulators must compensate for strong control differences, if this z. B. by a temperature increase Change transformer windings. Due to the constant static Load on the controller deteriorates its dynamic Behavior. The current regulator is actually for discontinuities provided by the auxiliary power converter which Train busbar or caused by jumps in the bracket.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Regelung der Gleichspannung eines Gleichrichters der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Regeldynamik des Stromrichters verbessert wird.The invention as defined in claim 1 solves the task of a method for regulating the DC voltage a rectifier of the type mentioned in the beginning to further develop the control dynamics of the converter is improved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims defined.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Stromregler entlastet und sein Netzverhalten verbessert wird. Dies erfolgt durch Berechnung und Mittelung der Transformatorparameter der Antriebseinheiten, welche im Fahren langsam nachgeführt werden.An advantage of the invention is that the current regulator is relieved and its network behavior is improved. this happens by calculating and averaging the transformer parameters of the Drive units that are slowly tracked while driving.
Durch die aktuelle Erfassung der resultierenden Parameter des Transformators für die einzelnen Netzkreise werden die temperaturabhängigen Leitwiderstände berücksichtigt und die Kopplungen der Sekundärwicklungen in die Rechnung mit einbezogen. Die Regelung kann mit der gleichen Anzahl von Transformatormodellen wie Netzkreisen bestückt werden.Through the current recording of the resulting parameters of the Transformers for the individual network circuits are the temperature-dependent resistances and the Couplings of the secondary windings in the bill involved. The scheme can use the same number of Transformer models such as network circuits can be equipped.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below by means of an embodiment game explained. Show it:
Fig. 1 einen Gleichrichter, der wechselstromseitig an einen Netztransformator und gleichstromseitig über einen Wechselrichter an eine Wechselstromlast angeschlossen ist, mit zugehörigem Regelkreis für die Regelung der Gleichspannung des Gleichrichters, Fig. 1 is a rectifier which is connected on the AC side to a power transformer and the dc side via an inverter to an alternating current load, with an associated control circuit for regulating the direct voltage of the rectifier,
Fig. 2-4 den zeitlichen Verlauf der Stromreglerstellgröße für Stromkreise von 3 Transformatorsekundärwicklungen, Fig. 2-4 time course of the current controller manipulated variable for circuits of transformer secondary windings 3,
Fig. 5 relative Fehler des ohmschen Widerstandes 3er Transformatorsekundärwicklungen und Fig. 5 relative errors of the ohmic resistance of 3 transformer secondary windings and
Fig. 6 relative Fehler des induktiven Widerstandes 3er Transformatorsekundärwicklungen. Fig. 6 relative errors of the inductive resistance 3 transformer secondary windings.
Der Einfachheit wegen sind nachfolgend die Bezeichnungen von Spannungen, Strömen mit dazu proportionalen Signalen und Istwerten gleichgesetzt.For the sake of simplicity, the names of are below Voltages, currents with proportional signals and Equal to actual values.
Ein Netztransformator (Tr) steht mit 2 zueinander parallelgeschalteten Primärwicklungen (PW1) und (PW2) einerseits über einen Strombügel (2) mit einer Fahrleitung bzw. mit einem Wechselstromnetz (1) mit einer einphasigen Wechselspannung bzw. Netzspannung (UN) von 15 kV und einer Frequenz von 16 2/3 Hz (oder 25 kV und 50 Hz) und andererseits über ein Fahrzeugrad (8) eines nicht dargestellten Schienenfahrzeuges mit einer geerdeten Fahrzeugschiene (9) elektrisch in Wirkverbindung.A mains transformer (Tr) has 2 primary windings (PW1) and (PW2) connected in parallel to one another via a current bracket ( 2 ) with a contact line or with an alternating current network ( 1 ) with a single-phase alternating voltage or mains voltage (U N ) of 15 kV and a frequency of 16 2/3 Hz (or 25 kV and 50 Hz) and on the other hand electrically connected via a vehicle wheel ( 8 ) of a rail vehicle, not shown, to an earthed vehicle rail ( 9 ).
Eine 1. Sekundärwicklung (SW1) des Netztransformators (Tr) steht über einen 1. Stromwandler (7), an dem eine Wechselstromstärke bzw. ein Gleichrichterstrom (i1) abgreifbar ist, mit einem Gleichrichter (3) in Wirkverbindung. Der Gleichrichter (3) ist ein 4Quadrantensteller mit 4 GTO- Thyristoren (T1-T4) in seinen Brückenzweigen mit dazu antiparallelen Dioden. Gleichstromseitig ist der Gleichrichter (3) einerseits über eine positive Spannungsschiene (P) und andererseits über eine negative Spannungsschiene (N) über einen Gleichspannungszwischenkreis (4) mit einem Wechselrichter (5) verbunden, welcher wechselstromseitig eine Asynchronmaschine (6) antreibt. Der Gleichspannungszwischenkreis (4) weist einen Kondensator (C) und einen Saugkreis auf. Zwischen der positiven Spannungsschiene (P) und der negativen Spannungsschiene (N) liegt eine Zwischenkreisspannung bzw. Gleichspannung (Ud) an, die in ihrer Amplitude geregelt werden soll. Anstelle der Asynchronmaschine (6) könnte auch ein Gleichstromlichtbogenofen oder ein 2. Wechselstromnetz als Wechselstromlast vorgesehen sein.A 1st secondary winding (SW1) of the mains transformer (Tr) is operatively connected to a rectifier ( 3 ) via a 1st current transformer ( 7 ), from which an alternating current strength or a rectifier current (i 1 ) can be tapped. The rectifier ( 3 ) is a 4-quadrant controller with 4 GTO thyristors (T1-T4) in its bridge branches with anti-parallel diodes. On the DC side, the rectifier ( 3 ) is connected on the one hand via a positive voltage rail (P) and on the other hand via a negative voltage rail (N) via a DC voltage intermediate circuit ( 4 ) to an inverter ( 5 ) which drives an asynchronous machine ( 6 ) on the AC side. The DC voltage intermediate circuit ( 4 ) has a capacitor (C) and a suction circuit. Between the positive voltage rail (P) and the negative voltage rail (N) there is an intermediate circuit voltage or DC voltage (U d ) which is to be regulated in its amplitude. Instead of the asynchronous machine ( 6 ), a direct current arc furnace or a second alternating current network could also be provided as the alternating current load.
An eine k. Sekundärwicklung (SWk) des Netztransformator (Tr) kann ein gleicher Stromkreis (nicht dargestellt) angeschlossen sein wie an die 1. Sekundärwicklung (SW1). An einem k. Stromwandler (7) ist ein Gleichrichterstrom (ik) abgreifbar.At a k. Secondary winding (SWk) of the mains transformer (Tr) can be connected to the same circuit (not shown) as to the first secondary winding (SW1). At a k. A rectifier current (i k ) can be tapped from the current transformer ( 7 ).
Die nachstehend angegebene Regelschaltung zur Regelung der Amplitude der Gleichspannung (Ud) umfaßt einen PI-Regler bzw. Spannungsregler (22), dem eingangsseitig ein vorgebbarer Gleichspannungssollwert (Udw) und ein gemessener Istwert der Gleichrichtergleichspannung (Ud) zugeführt ist. Ausgangsseitig liefert der Spannungsregler (22) eine Reglerstellgröße (i1pw), entsprechend einem Sollwert der Amplitude des Wirkanteils des Gleichrichterstromes (i1), an einen 1. Faktoreingang (x) eines Multiplizierers (23). Ein 2. Faktoreingang (y) des Multiplizierers (23) erhält von einem Sinus-Cosinus-Generator (10), dem eingangsseitig ein zur Netzspannung (UN) proportionales Signal zugeführt ist, ein Sinussignal (sin (ω.t)), wobei ω die Kreisfrequenz des Wechselstromes bzw. der Netzspannung (UN) ist und t die Zeit bedeutet.The control circuit specified below for regulating the amplitude of the direct voltage (U d ) comprises a PI controller or voltage regulator ( 22 ), to which a predeterminable direct voltage setpoint (U dw ) and a measured actual value of the rectifier direct voltage (U d ) are fed on the input side. On the output side, the voltage regulator ( 22 ) supplies a regulator manipulated variable (i 1pw ), corresponding to a setpoint of the amplitude of the active component of the rectifier current (i 1 ), to a 1st factor input (x) of a multiplier ( 23 ). A second factor input (y) of the multiplier ( 23 ) receives a sine signal (sin (ω.t)) from a sine-cosine generator ( 10 ), to the input of which a signal proportional to the mains voltage (U N ) is fed, whereby ω is the angular frequency of the alternating current or the mains voltage (U N ) and t means time.
Ein PI-Regler bzw. Stromregler (24) erhält eingangsseitig von dem 1. Stromwandler (7) den Gleichrichterstromistwert (i1) und vom Ausgang des Multiplizierers (23) einen Gleichrichterstromsollwert (iw); er liefert ausgangsseitig eine Stromreglerstellgröße (ΔU) an einen negierenden Eingang eines Summierers (25). Dieser liefert ausgangsseitig eine Steuerspannung (USt1) an einen Pulsbreitenmodulator bzw. Steuerimpulsgenerator (26), der 4 Steuersignale (S26) an die 4 GTO-Thyristoren (T1-T4) liefert, wobei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nur eine Verbindungsleitung zum GTO- Thyristor (T4) eingezeichnet ist.A PI controller or current controller ( 24 ) receives the rectifier current actual value (i 1 ) from the first current converter ( 7 ) and a rectifier current setpoint (i w ) from the output of the multiplier ( 23 ); on the output side, it supplies a current controller manipulated variable (ΔU) to a negating input of a summer ( 25 ). On the output side, this supplies a control voltage (U St1 ) to a pulse width modulator or control pulse generator ( 26 ), which supplies 4 control signals (S26) to the 4 GTO thyristors (T1-T4). For reasons of better clarity, only one connecting line to the GTO Thyristor (T4) is located.
Einem Funktionsbildner bzw. Fouriertransformator (11) ist eingangsseitig der Stromistwert (i1) vom Ausgang des 1. Stromwandlers (7) und das Sinussignal (sin (ω.t)) vom Sinus- Cosinus-Generator (10) zugeführt; ausgangsseitig liefert er den Realteil (Re(i1)) der Grundschwingung des Stromes (i1), entsprechend der Grundschwingungskomponente der Fouriertransformation, d. h. für n = 1, n = Ordnungszahl der Harmonischen.A function generator or Fourier transformer ( 11 ) is supplied on the input side with the actual current value (i 1 ) from the output of the first current transformer ( 7 ) and the sine signal (sin (ω.t)) from the sine-cosine generator ( 10 ); on the output side, it supplies the real part (Re (i 1 )) of the fundamental oscillation of the current (i 1 ), corresponding to the fundamental oscillation component of the Fourier transformation, ie for n = 1, n = ordinal number of the harmonics.
Einem Funktionsbildner bzw. Fouriertransformator (12) ist eingangsseitig der Stromistwert (i1) vom Ausgang des 1. Stromwandlers (7) und das Cosinussignal (cos (ω.t)) vom Sinus- Cosinus-Generator (10) zugeführt; ausgangsseitig liefert er den Imaginärteil (IM(i1)) der Grundschwingung des Stromes (i1), entsprechend der Grundschwingungskomponente der Fouriertransformation.A function generator or Fourier transformer ( 12 ) is supplied on the input side with the actual current value (i 1 ) from the output of the 1st current transformer ( 7 ) and the cosine signal (cos (ω.t)) from the sine-cosine generator ( 10 ); On the output side, it supplies the imaginary part (IM (i 1 )) of the fundamental oscillation of the current (i 1 ), corresponding to the fundamental oscillation component of the Fourier transformation.
Für die Analyse periodischer Signale z (i1, UN, Ust) mit einem
Digitalrechner werden diese Signale synchron zur
Schwingungsperiode N-fach abgetastet. Die Fourier-
Reihenentwicklung transformiert das Signal z aus dem
Zeitbereich in den Frequenzbereich; sie liefert den Sinusanteil
bzw. Realteil von z gemäß:
For the analysis of periodic signals z (i 1 , U N , U st ) with a digital computer, these signals are sampled N times synchronously with the oscillation period. The Fourier series expansion transforms the signal z from the time domain into the frequency domain; it supplies the sine component or real part of z according to:
und den Cosinusanteil bzw. Imaginärteil (Im(z)) gemäß:
and the cosine part or imaginary part (Im (z)) according to:
mit N = Anzahl der Abtastpunkte (z. B. im Bereich von 20-100), N.T = Periodendauer der Grundschwingung, k = fortlaufende Summationszahl, T = reziproke Abtastfrequenz und k.T = t = Zeit.with N = number of sampling points (e.g. in the range of 20-100), N.T = period of the fundamental, k = continuous Summation number, T = reciprocal sampling frequency and k.T = t = Time.
Einem Funktionsbildner bzw. Fouriertransformator (13) ist eingangsseitig ein zur Netzspannung (UN) proportionaler Istwert vom Eingang des Sinus-Cosinus-Generators (10) und das Sinussignal (sin (ω.t)) zugeführt; ausgangsseitig liefert er den Realteil (Re(UN)) der Grundschwingung der Netzspannung (UN).A function generator or Fourier transformer ( 13 ) is supplied on the input side with an actual value proportional to the mains voltage (U N ) from the input of the sine-cosine generator ( 10 ) and the sine signal (sin (ω.t)); on the output side, it supplies the real part (Re (U N )) of the fundamental oscillation of the mains voltage (U N ).
Einem Funktionsbildner bzw. Fouriertransformator (14) ist eingangsseitig ein zur Netzspannung (UN) proportionaler Istwert vom Eingang des Sinus-Cosinus-Generators (10) und das Cosinussignal (cos (ω.t)) zugeführt; ausgangsseitig liefert er den Imaginärteil (IM(UN)) der Grundschwingung der Netzspannung (UN).A function generator or Fourier transformer ( 14 ) is supplied on the input side with an actual value proportional to the mains voltage (U N ) from the input of the sine-cosine generator ( 10 ) and the cosine signal (cos (ω.t)); on the output side, it supplies the imaginary part (IM (U N )) of the fundamental oscillation of the mains voltage (U N ).
In ähnlicher Weise erhalten Fouriertransformatoren (15) und (16) eingangsseitig je ein zur Steuerspannung (USt1) proportionales Signal zusätzlich zu den Sinus- bzw. Cosinussignalen. Ausgangsseitig liefern sie den Realteil (Re(USt1)) bzw. den Imaginärteil Im(USt1)) der Grundschwingung der Steuerspannung (Ust1).In a similar way, Fourier transformers ( 15 ) and ( 16 ) each receive a signal proportional to the control voltage (U St1 ) on the input side in addition to the sine and cosine signals. On the output side, they supply the real part (Re (U St1 )) or the imaginary part Im (U St1 )) of the fundamental oscillation of the control voltage (U st1 ).
Die Ausgangssignale der Fouriertransformatoren (11-16) sowie
ein vom Sinus-Cosinus-Generator (10) ausgegebenes
Kreisfrequenzsignal ω werden einem Funktionsbildner (17)
zugeführt, der einen ohmschen Widerstand R des Transformators
(Tr) berechnet, gemäß:
The output signals of the Fourier transformers ( 11-16 ) and a angular frequency signal ω output by the sine-cosine generator ( 10 ) are fed to a function generator ( 17 ) which calculates an ohmic resistance R of the transformer (Tr) according to:
R = {Re(i1).[Re(UN) - Re(USt1)] + Im(i1).[Im(UN) - Im(USt1)]}/[Re(i1)2
+ Im(i1)2]
R = {Re (i 1 ). [Re (U N ) - Re (U St1 )] + Im (i 1 ). [Im (U N ) - Im (U St1 )]} / [Re (i 1 ) 2 + Im (i 1 ) 2 ]
und diesen ausgangsseitig an einen Mittelwertbildner (18)
liefert. Ferner berechnet der Funktionsbildner (17) einen
induktiven Widerstand L des Transformators (Tr) gemäß:
and delivers this on the output side to an averager ( 18 ). The function generator ( 17 ) also calculates an inductive resistance L of the transformer (Tr) according to:
L = {Re(i1).[Im(UN) - Im(USt1)] - Im(i1) [Re(UN) - Re(USt1)]}/{ω.[Re(i1)2
+ Im(i1)2]}
L = {Re (i 1 ). [Im (U N ) - Im (U St1 )] - Im (i 1 ) [Re (U N ) - Re (U St1 )]} / {ω. [Re (i 1 ) 2 + Im (i 1 ) 2 ]}
und liefert diesen ausgangsseitig an einen Mittelwertbildner (19).and delivers this on the output side to an averager ( 19 ).
Die Mittelwertbildner (18) und (19) mitteln die eingehenden
Werte von R und L über eine vorgebbare Zeitdauer im Bereich von
10 s-100 s, vorzugsweise von 1 min, und stellen Mittelwerte
Rm bzw. Lm einem Funktionsbildner (20) zur Verfügung. Dieser
berechnet mit diesen Mittelwerten Rm bzw. Lm eine
Transformatormodellspannung UM gemäß:
The mean value formers ( 18 ) and ( 19 ) average the incoming values of R and L over a predeterminable time period in the range of 10 s-100 s, preferably of 1 min, and provide mean values R m and L m to a function generator ( 20 ) Available. Using these mean values R m and L m, the latter calculates a transformer model voltage U M according to:
UM = Rm.[i1pw.sin (ω.t) + iSqw.cos (ω.t)] -
Lm.[i1pw.cos (ω.t) - iSqw.sin (ω.t)],
U M = R m . [I 1pw .sin (ω.t) + i Sqw .cos (ω.t)] - L m . [I 1pw .cos (ω.t) - i Sqw .sin (ω.t )],
wobei iSqw ein vorgebbarer Sollwert für die Amplitude des Blindanteils eines Transformatorsummenstromes ist. Für eine Wechselspannungsquelle (1) geringer Induktivität kann iSqw = 0 gesetzt werden. Anderenfalls kann man iSqw z. B. gemäß der DE 195 42 163 A1 bestimmen.where i Sqw is a predefinable target value for the amplitude of the reactive component of a transformer total current . For an AC voltage source ( 1 ) with low inductance, i Sqw = 0 can be set. Otherwise you can i Sqw z. B. determine according to DE 195 42 163 A1.
Die Transformatormodellspannung (UM) ist einem invertierenden
Eingang und die Netzspannung (UN) einem nichtinvertierenden
Eingang des Summierers (25) zugeführt. In dem Summierer (25)
wird die Steuerspannung (USt1), welche auf den
Steuerimpulsgenerator (26) gegeben wird, gemäß
The transformer model voltage (U M ) is fed to an inverting input and the mains voltage (U N ) is fed to a non-inverting input of the summer ( 25 ). In the summer ( 25 ), the control voltage (U St1 ), which is applied to the control pulse generator ( 26 ), according to
USt1 = UN - ΔU - UM
U St1 = U N - ΔU - U M
gebildet.educated.
In gleicher Weise wie es für den Stromkreis mit der 1. Sekundärwicklung (SW1) beschrieben wurde, können zeitlich nacheinander weitere Stromkreise geregelt werden, die an weitere Sekundärwicklungen, z. B. (SWk), angeschlossen sind. Anstelle des Index 1 für den Stromistwert (i1) tritt dann entsprechend der Index 2 . . ., allgemein k.In the same way as it was described for the circuit with the 1st secondary winding (SW1), further circuits can be controlled one after the other, which are connected to other secondary windings, e.g. B. (SWk) are connected. Index 2 then takes the place of index 1 for the actual current value (i 1 ). . ., generally k.
Die Fig. 2-4 zeigen die zeitliche Abhängigkeit der Stromreglerstellgrößen (ΔU) in Volt für 3 verschiedene Sekundärwicklungen (SW1, . . . SWk) einer nicht dargestellten Lokomotive in einer Rechnersimulation. Die Nachführung bzw. Aktualisierung der Parameter des Transformators (Tr) beginnt etwa 0,6 s nach Testbeginn. Die Zeit (t) ist auf der Abszisse in Sekunden aufgetragen. Man erkennt, insbesondere bei den Fig. 2 und 4, daß sich kurz nach Beginn der Parameternachführung die Amplituden der Stromreglerstellgröße (ΔU) stark verringern, was das Ziel der vorliegenden Erfindung ist. Am Beginn der Regelung wird mit vorgegebenen Transformator-Parametern gearbeitet, wie es z. B. aus der eingangs genannten DE 195 42 163 A1 bekannt ist. Figs. 2-4 show the time dependence of the current controller manipulated variables (.DELTA.U) in volts for 3 different secondary windings (SW1,... SWk) of a locomotive, not shown, in a computer simulation. The tracking or updating of the parameters of the transformer (Tr) begins about 0.6 s after the start of the test. The time (t) is plotted on the abscissa in seconds. It can be seen, in particular in FIGS. 2 and 4, that the amplitudes of the current controller manipulated variable (ΔU) decrease sharply shortly after the start of parameter adjustment, which is the aim of the present invention. At the beginning of the control, predetermined transformer parameters are used, as is the case for B. is known from the aforementioned DE 195 42 163 A1.
Die Fig. 5 und 6 zeigen in einer Rechnersimulation für 3 verschiedene Sekundärwicklungen (SW1, . . . Swk), entsprechend den Fig. 2-5, den zeitlichen Verlauf eines relativen Fehlers (ΔR) des ohmschen Widerstandes (R) in % bzw. den zeitlichen Verlauf eines relativen Fehlers (ΔL) des induktiven Widerstandes (L) in %. ΔR-Kurven (27-29) in Fig. 5 sind den 3 Stromkreisen gemäß den Fig. 2-4 zugeordnet, entsprechendes gilt für ΔL-Kurven (30-32) in Fig. 6. Auch hieraus erkennt man die schnelle Abnahme der Fehleramplituden nach Beginn der Aktualisierung der Transformator-Parameter nach etwa 0,6 s. FIGS. 5 and 6 show in a computer simulation for 3 different secondary windings (SW1,... Swk), corresponding to FIGS. 2-5, the time course of a relative error (.DELTA.R) of the ohmic resistance (R) in% and the time course of a relative error (ΔL) of the inductive resistance (L) in%. ΔR curves ( 27-29 ) in FIG. 5 are assigned to the 3 circuits according to FIGS. 2-4, the same applies to ΔL curves ( 30-32 ) in FIG after the start of the update of the transformer parameters after about 0.6 s.
Es versteht sich, daß andere als die im Beispiel angegebenen Schaltungen, Spannungen und Frequenzen verwendet werden können. Anstelle diskreter Bauelement für die Regelungen kann ein Mikroprozessor oder Rechner vorgesehen sein, mit dem die Berechnungen und Regelvorgänge ausgeführt werden.It is understood that other than those given in the example Circuits, voltages and frequencies can be used. Instead of a discrete component for the regulations, a Microprocessor or computer with which the Calculations and control processes are carried out.
Der Gleichrichter (3) kann Ventilsätze in 2- oder 3 Punktschaltung aufweisen. Anstelle von GTO-Thyristoren (T1-T4) können z. B. Transistoren als elektrische Ventile verwendet werden.The rectifier ( 3 ) can have valve sets in 2- or 3-point connection. Instead of GTO thyristors (T1-T4) z. B. transistors can be used as electrical valves.
Die Berechnung des Real- und Blindanteils in der Fouriertransformation kann in Abhängigkeit von einer Harmonischen der Netzfrequenz erfolgen, vorzugsweise in Abhängigkeit von der 1. Harmonischen. The calculation of the real and blind part in the Fourier transformation can depend on one Harmonics of the network frequency take place, preferably in Dependence on the 1st harmonic.
11
Wechselspannungsquelle, Wechselstromnetz,
Fahrleitung
AC voltage source, AC network, catenary
22nd
Strombügel
Current bracket
33rd
Gleichrichter, 4Quadrantensteller
Rectifier, 4 quadrant controller
44th
Gleichspannungszwischenkreis
DC link
55
Wechselrichter
Inverter
66
Asynchronmaschine
Asynchronous machine
77
Stromwandler
Power converter
88th
Rad, Fahrzeugrad
Wheel, vehicle wheel
99
Schiene, Fahrzeugschiene
Rail, vehicle rail
1010th
Sinus-Cosinus-Generator
Sine-cosine generator
11-1611-16
Fouriertransformatoren
Fourier transformers
1717th
Funktionsbildner für R und L
Function builder for R and L
1818th
Mittelwertbildner für R
Averager for R
1919th
Mittelwertbildner für L
Averager for L
2020th
Funktionsbildner für eine
Transformatormodellspannung
Function generator for a transformer model voltage
2222
Spannungsregler, PI-Regler
Voltage regulator, PI regulator
2323
Multiplizierer
Multiplier
2424th
Stromregler, PI-Regler
Current controller, PI controller
2525th
Summierer
Totalizer
2626
Pulsbreitenmodulator, Steuerimpulsgenerator
C Kondensator, Zwischenkreiskondensator
cos (ω.t) Cosinussignal
i Strom
IM Imaginärteil
i1 Pulse width modulator, control pulse generator
C capacitor, intermediate circuit capacitor
cos (ω.t) cosine signal
i electricity
IM imaginary part
i 1
Wechselstromstärke durch SW1, Gleichrichterstrom,
Gleichrichterstromistwert
ik AC current through SW1, rectifier current, rectifier current actual value
i k
Wechselstromstärke durch SWk
i1pw AC current through SWk
i 1pw
Sollwert der Amplitude des Wirkanteils von i1
Target value of the amplitude of the active component of i 1
iSqw i Sqw
Sollwert der Amplitude des Blindanteils von i1
Target value of the amplitude of the reactive component of i 1
iw i w
Stromsollwert, Gleichrichterstromsollwert
L Induktivität von Tr
Lm Current setpoint, rectifier current setpoint
L inductance of Tr
L m
Mittelwert von L
N negative Spannungsschiene von Mean of L
N negative voltage rail from
33rd
P positive Spannungsschiene von P positive voltage rail from
33rd
R ohmscher Widerstand von Tr
Re Realteil
Rm Ohmic resistance of Tr
Re real part
R m
Mittelwert von R
sin (ω.t) Sinussignal
SW1 1. Transformatorsekundärwicklung
SWk k. Transformatorsekundärwicklung
t Zeit
Tr Transformator, Netztransformator
T1-T4 GTO-Thyristoren, steuerbare elektrische Ventile
Ud Mean of R
sin (ω.t) sinusoidal signal
SW1 1. Transformer secondary winding
SWk k. Secondary transformer winding
t time
Tr transformer, mains transformer
T1-T4 GTO thyristors, controllable electric valves
U d
Gleichrichtergleichspannung, Zwischenkreisspannung
Udw Rectifier DC voltage, DC link voltage
U dw
Sollwert von Ud
Setpoint of U d
UN U N
Netzspannung
USt1 Mains voltage
U St1
, . . . UStk ,. . . U pcs
Steuerspannung für Control voltage for
33rd
, Ausgangssignal von , Output signal from
2525th
UM U M
Transformatormodellspannung, Ausgangssignal von Transformer model voltage, output signal from
2020th
x, y Faktoren
ΔL relativer Fehler von L
ΔR relativer Fehler von R
ΔU Stromreglerstellgröße, Ausgangssignal von x, y factors
ΔL relative error of L
ΔR relative error of R
ΔU current controller manipulated variable, output signal from
2424th
ω Kreisfrequenz des Wechselstromes von ω angular frequency of the alternating current of
11
Claims (4)
- a) der wechselspannungsseitig über einen Transformator (Tr) mit einer Wechselspannungsquelle (1) in Wirkverbindung steht und an dem gleichspannungsseitig die Gleichspannung (Ud) abgreifbar ist,
- b) der als 4Quadrantensteller aufgebaut ist und mindestens ein steuerbares Ventil (T1-T4) je Ventilzweig aufweist,
- c) wobei eine Steuerspannung (USt) zur Steuerung dieser steuerbaren Ventile (T1-T4) in Abhängigkeit von einer Spannungsregelung mit unterlagerter Stromregelung und
- d) ferner in Abhängigkeit von der Differenz eines zur
Netzspannung (UN) proportionalen Signals und einer
berechneten Transformatormodellspannung (UM) gebildet
wird,
dadurch gekennzeichnet, - e) daß die Transformatormodellspannung (UM) mit aktualisierten Transformatorparametern (R, L) berechnet wird.
- a) which is operatively connected to an AC voltage source ( 1 ) via a transformer (Tr) and on which the DC voltage (U d ) can be tapped,
- b) which is constructed as a 4-quadrant actuator and has at least one controllable valve (T1-T4) per valve branch,
- c) wherein a control voltage (U St ) for controlling these controllable valves (T1-T4) in dependence on a voltage regulation with subordinate current regulation and
- d) is also formed as a function of the difference between a signal proportional to the mains voltage (U N ) and a calculated transformer model voltage (U M ),
characterized, - e) that the transformer model voltage (U M ) is calculated with updated transformer parameters (R, L).
- a) daß die Steuerspannung UStk gemäß:
UStk = UN - ΔU - UM
gebildet wird, wobei ΔU die Stromreglerstellgröße eines Stromreglers (24) des Stromregelkreises ist, und - b) daß die Transformatormodellspannung UM gemäß:
UM = Rm.[i1pw.sin (ω.t) + iSqw.cos (ω.t)] - Lm.[i1pw.cos (ω.t) - iSqw.sin (ω.t)]
gebildet wird, wobei Rm bzw. Lm Mittelwerte des ohmschen Widerstandes R bzw. des induktiven Widerstand L des Transformators (Tr), i1pw die Reglerstellgröße eines Spannungsreglers (22) des Spannungsregelkreises, iSqw einen vorgebbaren Sollwert für die Amplitude des Blindanteils eines Transformatorsummenstromes, ω die Kreisfrequenz der Netzspannung (UN) und t die Zeit bezeichnen, k = 1, 2, 3, . . .
- a) that the control voltage U Stk according to:
U Stk = U N - ΔU - U M
is formed, wherein ΔU is the current controller manipulated variable of a current controller ( 24 ) of the current control loop, and - b) that the transformer model voltage U M according to:
U M = R m . [I 1pw .sin (ω.t) + i Sqw .cos (ω.t)] - L m . [I 1pw .cos (ω.t) - i Sqw .sin (ω.t )]
is formed, where R m and L m mean values of the ohmic resistance R and the inductive resistance L of the transformer (Tr), i 1pw the regulator manipulated variable of a voltage regulator ( 22 ) of the voltage control loop , i Sqw a predefinable setpoint for the amplitude of the reactive component Total transformer current, ω denote the angular frequency of the mains voltage (U N ) and t the time, k = 1, 2, 3,. . .
- a) daß der ohmsche Widerstand R des Transformators (Tr)
gemäß:
R = {Re(ik).[Re(UN) - Re(UStk)] + Im(ik).[Im(UN) - Im(UStk)]}/[Re(ik)2 + Im(ik)2]
und - b) der induktiven Widerstand L des Transformators (Tr)
gemäß:
L = {Re(ik).[Im(UN) - Im(UStk)] - Im(ik).[Re(UN) - Re(UStk)]}/{ω.[Re(ik)2 + Im(ik)2]}
gebildet wird, wobei Re einen Realteil, Im einen Imaginärteil einer physikalischen Größe und ik einen Stromistwert durch eine Sekundärwicklung (SWk) des Transformators (Tr) bedeuten.
- a) that the ohmic resistance R of the transformer (Tr) according to:
R = {Re (i k ). [Re (U N ) - Re (U Stk )] + Im (i k ). [Im (U N ) - Im (U Stk )]} / [Re (i k ) 2 + Im (i k ) 2 ]
and - b) the inductive resistance L of the transformer (Tr) according to:
L = {Re (i k ). [Im (U N ) - Im (U Stk )] - Im (i k ). [Re (U N ) - Re (U Stk )]} / {ω. [Re ( i k ) 2 + Im (i k ) 2 ]}
is formed, where Re is a real part, Im is an imaginary part of a physical quantity and i k is an actual current value through a secondary winding (SWk) of the transformer (Tr).
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- 1998-03-19 RU RU98105418A patent/RU2214674C2/en active
- 1998-03-20 FR FR9803415A patent/FR2761213B1/en not_active Expired - Fee Related
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NO981110L (en) | 1998-09-21 |
NO981110D0 (en) | 1998-03-13 |
FR2761213A1 (en) | 1998-09-25 |
RU2214674C2 (en) | 2003-10-20 |
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|
8127 | New person/name/address of the applicant |
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|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |