DE2029889C3

DE2029889C3 - Method and device for regulating the output voltage of a converter

Info

Publication number: DE2029889C3
Application number: DE19702029889
Authority: DE
Inventors: Laszlo Penn Hills; Rosa John Pittsburgh; Pelly Brian R. Murrysville; Pa. Gyugyi (V .StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-06-20
Filing date: 1970-06-18
Publication date: 1977-06-02

Description

4. Einrichtung nach Anspruch 3 für einen kreisstromfreien 2n-pulsigen Direloiumrichter, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Richtung des Laststromes (I₁) zwei Gruppen von η primärseitig von den Anodenspannungen der Stromrichter zwischenkreis. Ein Verfahren dieser Art ist bekannt (AEG Mitteilungen, 1964, S. 123 bis 125). und zwar be, einem Direktumrichter.4. Device according to claim 3 for a circular current-free 2n-pulsed Direloiumrichter, characterized in that for each direction of the load current (I ₁ ) two groups of η on the primary side of the anode voltages of the converter intermediate circuit. A method of this type is known (AEG Mitteilungen, 1964, pp. 123 to 125). namely be, a direct converter.

Die klassische Methode zur Zundwmkclsteaerung -ines Direktumrichters beruht auf dem Vergleich der Momentanwerte zweier Spannungen, wovon die eine betieS vorgebbare Referenzspannung und die andere eine plriodische Taktspannung .st deren Grundfrennenz der der Umrichterspeisespannung entspricht Esche Elektrotechnik, 1956. S.307 bis 3U). DieThe classic method of steam cooling -a direct converter is based on the comparison of the instantaneous values of two voltages, one of which Use a predefinable reference voltage and the other a plriodic clock voltage .st its basic frequency that of the converter supply voltage corresponds to Esche Elektrotechnik, 1956. P.307 to 3U). the

Vr - _{ng ist} sinusförmig und besitzt dieVr - _{ng is} sinusoidal and has the

igangsfrequenz des Umrichters. Zündjeweils dann erzeugt wenn die eine Gruppe von in geeigneter phasenverschobener Taktspanrelativ einfach zu realisierendeinput frequency of the converter. Ignition generated in each case when the one group of suitable phase-shifted clock span relatively easy to implement

Steuerungsmemoüc .u,.rt jedoch nur dann zu befriedigenden Ergebnissen, wenn die Taktspannungen stets Knau um den gleichen Betrag gegeneinander phasenverschoben und von identischer Form sind, ""besondere stets gleiche Amplituden aufweisen. Wenn diese Sealforderungen nicht erfüllbar sind, wie das in der Praxis meist der Fall ist. führt diese Steuerungsmethode zu unerwünschten Verformungen der Umnchterausgangsspannung. Man könnte zwar diese Probleme mit fecht komplizierten !Compensations- oder Ruckfuhrmaßnahmen beherrschen, insgesamt ge sehen ginge dadurch aber der Vorteil der großen Übersichtlichkeit und der Unkompliziertheit der vorgenannten Steue-Außerdem fehlt bei dieser Regelkreis, so entsprc-Control memoüc .u, .rt, however, can only be satisfactory Results if the clock voltages are always Knau phase-shifted by the same amount and are of identical shape, "" special always have the same amplitudes. If these seal requirements cannot be met, as in the Practice is mostly the case. performs this control method to undesired deformations of the inverter output voltage. You could solve these problems with really complicated! Compensation or return measures but overall, this would have the advantage of great clarity and the simplicity of the aforementioned controls as well is missing in this control loop,

chenct begrenzt ist. .chenct is limited. .

Bei dem nach der vorstehend erwähnten Zeitschrift »AEG-Mitteilungen« 1964 bekannten Verfahren zum Regeln der Ausgangsspannung eines Stromrichters, bei welchem die Spannung eines Sinus-Sollwertgebers nut dem Momentanwert der oberwellenbehafteten Strom-In the method for Control of the output voltage of a converter, in which the voltage of a sinus setpoint generator nut the instantaneous value of the current affected by harmonics

Sollwertspannung (V.) Setpoint voltage (V.)

zugeführt >st undfed> st and

diesethis

J_dwί erzeug, wird, wenn seit dem letzten Zündimpuls dieses Ze.tintegral den Wert Null oder einen bestimmten Wert vo. dem zu-Null-werden von größeren Werten her erreicht. Anstatt also die Zündzeitpunkte als Schnittpunkte zweier Spannungen festzulegen, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, zur Bestimmung der Zündzeitpunkt den Durchschnittswert der Stromrichterausgangsspannung J _d w ί is generated if this time integral has the value zero or a certain value vo since the last ignition pulse. the reaching of zero from larger values. Instead of defining the ignition times as the intersection of two voltages, the basic idea of the invention consists in determining the ignition time using the average value of the converter output voltage

ssses Stromkomponenten bzw. Unterschwingungen m derssses Current components or undershoots m the

Ausgangsspannung des Stromrichters ergibt sich dabei als weiterer Vorteil, daß die Regelung relativ unempfindlich ist gegen verformte oder verrauschte Stromrichterspeisespannungen. The output voltage of the converter results from this Another advantage is that the control is relatively insensitive to deformed or noisy converter supply voltages.

Die Erfindung samt ihren weiteren Ausbildungen, welche in den Unteransprüchen gekennzeichnet -ind, wobei soll nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert werden, wobei die F i g. 1 das schematische Schaltbild eines sechspulsigen Stromrichters, die Fig.2, 3 und 4 Diagramme der Ausgangsspannungen eines Direktumrichters, Fig.5 und 6 Diagramme für Ausgangsspannungen, welche mit der Anordnung gemäß der Fig. 1 erhalten werden, und die F i g. 7 und 8 Blockschaltbilder von Direktumrichtern, bei welchen die Erfindung verwirklicht ist, zeigen. ,The invention together with its further embodiments, which -Ind characterized in the dependent claims being intended hereinafter to the figures are explained in detail, the F i g. 1, the schematic diagram of a six-pulse converter, the Figure 2, 3 and 4 are diagrams of the output voltages of a Direktum judge, 5 and 6 show diagrams of output voltages which are obtained with the arrangement according to Fig. 1, and the F i g. 7 and 8 show block diagrams of direct converters in which the invention is implemented. ,

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines sechspulsigen Stromrichters mit einer Saugdrossel IZ welcher die eine Hälfte eines Direktuntrichters bilden könnte. Dh Grundeinheit dieses Stromrichters besteht aus einem dreipulsigen Stromrichter mit drei Thyristoren 1,3 und 5 bzw. 2,4 und 6. Eine Erweiterung zu einem 9- bzw. 12pulsigen Stromrichter kann einfach dadurch geschehen, daß zusätzlich weitere dieser Grundeinheiten gegebenenfalls auch in Brückenschaltung verwendet werden. Diese Betrachtung soll deutlich machen, daß das erfindungsgemäße Verfahren ganz allgemein bei beliebigen Stromrichtern anwendbar ist.Fig. 1 shows a simplified circuit diagram of a six-pulse converter with a suction throttle IZ which could form one half of a direct funnel. That is, the basic unit of this converter consists of a three-pulse converter with three thyristors 1, 3 and 5 or 2, 4 and 6. An extension to a 9 or 12-pulse converter can be done simply by using additional of these base units, possibly also in a bridge circuit will. This consideration is intended to make it clear that the method according to the invention can be used quite generally with any desired power converters.

Bei der Anordnung nach F i g. 1 ist die Ausgangsspannung V₁, jeweils gleich dem arithmetischen Mittel der Ausgangsspannungen K,i und K₁₂, welche von den zwei dreipulsigen Stromrichtern an den beiden Enden A. B der Saugdrossel 12 in bezug auf den Nullpunkt N des Systems erzeugt werden. Durch aufeinanderfolgendes Zünden der Thyristoren 1 bis 6 wird die Ausgangsspannung Ki erzeugt. VSIn the arrangement according to FIG. 1 is the output voltage V ₁ , in each case equal to the arithmetic mean of the output voltages K, i and K ₁₂ , which are generated by the two three-pulse converters at the two ends A. B of the suction throttle 12 with respect to the zero point N of the system. The output voltage Ki is generated by successive triggering of the thyristors 1 to 6. VS

In F i g. 2A ist mit V₄, die gewünschte Wellenform der Ausgangsspannung eines Umrichters und mit V_r die gewünschte Grundkomponente dieser Ausgangsspannung bezeichnet. In F i g. 2B ist nun die bereits erwähnte, bisher übliche Methode dargestellt, um die Zündimpulse zu erzeugen, welche nacheinander die Thyristoren 1 bis 6 des Direktumrichters leitend steuern. Eine Referenzoder Sollwertspannung V_r, welche der gewünschten Grundkomponente der Umrichterausgangsspannung gemäß 1 1 g. 2A entspricht, wird jeweils in den einzelnen Bereichen mit sinusförmigen Spannungen konstanter Amplitude, den sogenannten Taktspannungen, deren Frequenz der der Speisefrequenz des Umrichters entspricht und welche gegeneinander genau vm 60" phasenverschoben zueinander sind, verglichen. Im so jeweiligen, zur Erzeugung der gewünschten Ausgangsspannung K, erforderlichen Zündzeitpunkt schneidet an den mit IO bezeichneten Stellen die SollwertspannungIn Fig. 2A is denoted by V ₄ , the desired waveform of the output voltage of a converter and by V _r the desired basic component of this output voltage. In Fig. 2B, the previously mentioned, previously customary method is now shown for generating the ignition pulses which successively control the thyristors 1 to 6 of the direct converter to be conductive. A reference or setpoint voltage V _r , which corresponds to the desired basic component of the converter output voltage according to 1 1 g. 2A is compared in the individual areas with sinusoidal voltages of constant amplitude, the so-called clock voltages, the frequency of which corresponds to the feed frequency of the converter and which are phase-shifted to one another by exactly vm 60 " , required ignition point intersects the setpoint voltage at the points marked IO

V, die einzelnen, mit Vc'bezeichneten Taktspannungen. Sind nun die von der Speisespannung abgeleiteten 5s Taktspannungen Ve' nicht von reiner Sinusform, dann wird die erstrebte Wellenform der Ausgangsspannung V, the individual clock voltages labeled Vc '. If the 5s pulse voltages Ve 'derived from the supply voltage are not of a pure sinusoidal shape, then the desired waveform becomes the output voltage

V_I, nicht erreicht werden können, sondern eine entsprechend verformte Wellenform erscheinen.V _I , cannot be reached, but a correspondingly deformed waveform appear.

Es hat sich herausgestellt, daß ein Umrichter, welcher (*> dagegen nach der Methode der Spannungszeitflächenregelung gesteuert wird, eine Ausgangsspannung liefert, welche unabhängig von etwaigen Verformungen der Speisespannung ist. Die Spannungszeiiflächcnrcgehing führt zu Zündzeitpunkten, welche in etwa denen 6s entsprechen, wie sie bei idealen Bedingungen mit der klassischen Methode gemäß 2B erzeugt werden. Das verwertete Spannungszeitintes'^p;i^! It has been found that a converter which (*> is controlled according to the method of voltage-time area regulation) supplies an output voltage which is independent of any deformations of the supply voltage under ideal conditions with the classical method according to 2B. The utilized stress time intes'^p; i ^!

stellt sich in mathematischer Form folgendermaßen dar:is represented in mathematical form as follows:

©ο)-Κ-(Θ_ο)4θ,,© ο) -Κ- (Θ _ο ) 4θ ,,

und f_c die Frequenz der den Umrichter speisenden Spannung, £,die Grundfrequenz der von ihm gelieferten Ausgangsspannung und rdie Zeit ist.and f _{c is} the frequency of the voltage supplying the converter, £, the fundamental frequency of the output voltage supplied by it and r is the time.

in F i g. 3A ist die Ausgangsspannung V₃ eines mit der Eingangsspannung V_c gespeisten Stromrichters dargestellt; wobei die Grundkomponente dieser Ausgangsspannung der Sollwert- oder Referenzspannung V_r entspricht, die bei diesem Beispiel den konstanten Wert Null aufweisen möge. Das Spannungszeitintegral der Differenz zwischen den Spannungen K, und V_r, welches den in Fig. 3A schattierten Flächen entspricht, ist in F i g. 3B dargestellt und wird genau Null zu jedem erforderlichen Zündzeitpunkt Z des Stromrichters. Hieraus kann also ein Kriterium für die Erzeugung der Zündzeitpunkte des Stromrichtersystems abgeleitet werden.in Fig. 3A shows the output voltage V _{3 of} a converter fed with the input voltage V _c; wherein the basic component of this output voltage corresponds to the setpoint or reference voltage V _r , which in this example may have the constant value zero. The voltage-time integral of the difference between the voltages K 1 and V _r , which corresponds to the shaded areas in FIG. 3A, is shown in FIG. 3B and becomes exactly zero at every required ignition time Z of the converter. A criterion for generating the ignition times of the converter system can therefore be derived from this.

Ausgehend von diesen Ergebnissen können also dann, wenn die Sollwertspannung in einer Gleichspannung besteht, die Zündzeitpunkte dadurch bestimmt werden, daß zu diesen Zeitpunkten das vorstehend erwähnte Spannungszeitintegral zu Null wird.On the basis of these results, then, when the setpoint voltage is in a DC voltage exists, the ignition timings are determined by doing the aforementioned at those timings Voltage time integral becomes zero.

Diese einfache Spannungszeitflächenregelung bedarf jedoch einer Modifizierung für die Fälle, in denen die Sollwertspannung eine Wechselspannung ist Während bei einer Gleichspannung als Sollwertspannung — vergleiche Fig. 3A -- die Oberwellen der Ausgangsspannung — erhalten als Differenz zwischen der Sollwertspannung und der Ausgangsspannung des Umrichters — ebenfalls den Wert Null bei jedem Zündzeitpunkt einnehmen, zeigte es sich bei Verwendung einer Wechselspannung als Sollwertspannong, daß mit wachsender Amplitude der Sollwertspannung der Wert der jeweils sich zu den einzelnen Zündzeitpunkt ergebenden Spannungszeitintegrale laufend von dem exakten Wert Null abweicht und von der relativen Lage des Integrationsintervalls und der Amplituden der Referenzspannung abhängt. Daher kann die zuvor beschriebene einfache Integrationsmethode nicht ohne weiteres auf konventionelle Umrichtersysteme übertragen werden, bei denen die Ausgangsspannung einer Sollwertspannung, welche eine Wechselspannung ist. folgen soll.However, this simple voltage time area regulation requires modification for those cases in which the Setpoint voltage is an alternating voltage While with a direct voltage as setpoint voltage - See Fig. 3A - the output voltage harmonics - obtained as the difference between the Setpoint voltage and the output voltage of the converter - also the value zero for each Assume ignition point, it was found when using an alternating voltage as a setpoint voltage that as the amplitude of the setpoint voltage increases, the value of each is related to the individual ignition point The resulting voltage time integral continuously deviates from the exact value zero and from the relative position the integration interval and the amplitudes of the reference voltage. Therefore, the previously The simple integration method described cannot easily be transferred to conventional converter systems where the output voltage is a setpoint voltage, which is an alternating voltage. should follow.

F ι g. 4 veranschaulicht die unerwünschten Folgen, welche sich ergeben, wenn das zuvor beschriebene einfache Spannungszeitflächenregelverfahren unverändert auf ein Umrichtersystem mit sinusförmiger Sollwerispannui.g V_r angewendet wird, wenn also stets uann ein Zündimpuls erzeugt wird, wenn das Zeitintcgral der Oberwellenspannung genau Null wird. Als Folge davon weichen die Zünd/.eitpunkic Z merklich von denen ab. welche mit der herkömmlichen Methode gemäß F i g. 2 erhalten werden und die in F i g. 4 mn gestrichelten Linien angedeutet sind. Dies bedingt eine Verschlechterung bezüglich der Wellenform der Ausgangsspannung V₁ und eine laufende Intervalländeiung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündzeitpunkten bis schließlich das Umrichtersystem überhaupt außer Kontrolle gerät, indem nämlich, wie in F i g. 4 zumFig. 4 illustrates the undesirable consequences that result if the simple voltage _{time area control method described above is applied unchanged to a converter system with sinusoidal Sollwerispannui.g V r} , i.e. if an ignition pulse is always generated whenever the time integral of the harmonic voltage is exactly zero. As a result, the ignition timing points differ noticeably from those. which with the conventional method according to FIG. 2 can be obtained and the in F i g. 4 mn dashed lines are indicated. This causes a deterioration in the waveform of the output voltage V ₁ and a continuous change in the interval between two successive ignition times until the converter system finally gets out of control, namely, as in FIG. 4 to

Zeitpunkt L angedeutet ist, gleichzeitig ein Zündimpuls Z für einen Thyristor der Gruppe 1, 3, 5 und einen Thyristor der Gruppe 2,4,6 gegeben würde.Time L is indicated, at the same time an ignition pulse Z for a thyristor of group 1, 3, 5 and a thyristor of group 2, 4, 6 would be given.

Eine eingehendere Betrachtung der durch das einfache Spannungszeitflächenregelverfahren erhaltenen verschlechterten Ausgangsspannung des Umrichtersystems mit sinusförmiger Sollwertspannung zeigt, daß in den beiden Teilausgangsspannungen V_a\ und V₁₁₂ des Stromrichtersystems gemäß F i g. 1 Gleichspannungskomponenten auftreten. Hierzu wird auf die F i g. 5 verwiesen, wo der sinusförmigen Sollwertspannung eine mit DCbezeichnete Gleichspannungskomponente überlagert und die Ausgangsspannung V₄ des Umrichters aus den Teilspannungen V_a\ und V_a2 rekonstruiert wurde. Die auf diese Weise erhaltene Ausgangsspannung ist praktisch das genaue Abbild der in F i g. 4 dargestellten Spannung V*A closer examination of the deteriorated output voltage of the converter system with sinusoidal setpoint voltage obtained by the simple voltage-time area control method shows that in the two partial output voltages V _a \ and V _{112 of} the converter system according to FIG. 1 DC voltage components occur. For this purpose, reference is made to FIG. 5, where the sinusoidal setpoint voltage is superimposed by a DC voltage component labeled DC and the output voltage V _{4 of} the converter was reconstructed from the partial voltages V _a \ and V _a2. The output voltage obtained in this way is practically the exact replica of that shown in FIG. 4 shown voltage V *

F i g. 6 zeigt die Ausgangsspannungen V₃, V_a\ und V₁₂ der zwei dreipulsigen Stromrichtergruppen, welche nach F i g. 1 aus den Thyristoren 1, 3, 5 bzw. 2, 4 und 6 bestehen. Deren mit I₀, /ι und I₂ bezeichnete Oberwellenintegrale ergeben sich als das Zeitintegral der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen V;„ V_au V_a2 und der Sollwertspannung V_r. Wie schon im Zusammenhang mit F i g. 4 erläutert, hat die einfache Spannungszeitflächenregelung den Effekt, laufend die Zündzeitpunkte eines der beiden dreipulsigen Stromrichter zu verzögern und die Zeitzeitpunkte für den anderen dreipulsigen Stromrichter vorzuverlegen. Wie aus den Wellenformen der Oberwellenintegrale /ι und I₂ der F i g. 6 hervorgeht, bewirkt diese Veränderung der Zündzeitpunkte an den Ausgängen der beiden Halbwellenstromrichter laufend zunehmende Gleichstromkomponenten entgegengesetzter Polarität, welche mit gestrichelten Geraden angedeutet sind. Die Oberwellenintegrale der beiden Halbwellenstromrichter zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündzeitpunkten geben somit den Betrag der Gleichspannungskomponente und damit auch die entsprechende zeitliche Drift der Zündzeitpunkte an. Es sei angenommen, daß die vor dem mit Γι bezeichneten Zeitpunkt erfolgenden Zündungen aufgrund der vorgeschilderten einfachen Spannungszeitflächenregelung bestimmt wurden, d. h, daß ein neuer Zündimpuls jeweils dann erzeugt wurde, wenn das Oberwellenintegral h der Ausgangsspannung jeweils exakt Null geworden ist Die Verschlechterung in der Wellenform der Ausgangsspannung V* welche vor dem Zeitpunkt ti erfolgt, entspricht einer ständig wachsenden Gleichspannungskomponente der Oberwellenintegrale /ι und /₂ bzw. der beiden Teilausgangsspannungen Vai und Va2. Da die Verlagerung der Zündaugenblicke eine Funktion dieser Gleichspannungskomponente ist, kann sie dazu benutzt werden, um die nachteilige zeitliche Drift der Zündaugenblicke — vergleiche hierzu die unterste Zeile der Fig.4 — zu kompensieren.F i g. 6 shows the output voltages V ₃ , V _a \ and V _{12 of} the two three-pulse converter groups, which according to FIG. 1 consist of the thyristors 1, 3, 5 or 2, 4 and 6. Their harmonic integrals, denoted by I ₀ , / ι and I ₂ , result as the time integral of the voltage difference between the output voltages V; V _a u V _a2 and the setpoint _{voltage V r} . As in connection with FIG. 4, the simple voltage time area regulation has the effect of continuously delaying the ignition times of one of the two three-pulse converters and bringing forward the times for the other three-pulse converters. As from the waveforms of the harmonic integrals / ι and I ₂ of FIG. 6, this change in the ignition times at the outputs of the two half-wave converters causes continuously increasing direct current components of opposite polarity, which are indicated by dashed straight lines. The harmonic integrals of the two half-wave converters between two successive ignition times thus indicate the amount of the DC voltage component and thus also the corresponding temporal drift of the ignition times. It is assumed that the ignitions taking place before the point in time designated by Γι were determined on the basis of the simple voltage-time area regulation described above, ie. This means that a new ignition pulse was generated when the harmonic integral h of the output voltage has become exactly zero.The deterioration in the waveform of the output voltage V *, which occurs before time ti, corresponds to a constantly growing DC voltage component of the harmonic integrals / ι and / ₂ or the two partial output voltages Vai and Va2. Since the shift of the ignition moments is a function of this DC voltage component, it can be used to compensate for the disadvantageous drift of the ignition moments over time - compare the bottom line in FIG.

Ein Signal, welches proportional der in den Teilausgangsspannungen V]₁₁ und V₃₂ enthaltenen Gleichspannungskomponeme ist kann durch Integration der Oberwellen der beiden dreipulsigen Stromrichtergruppen erhalten werden. Die Oberwellen selbst werden durch Subtraktion der Sollwertspannung von den einzelnen Teilausgangsspannungen, d. h. durch die Differenzen V₄, - V_r und V₄₂ - V_r gebildetA signal which is proportional to the _{direct voltage components contained in the partial output voltages V] 11} and V ₃₂ can be obtained by integrating the harmonics of the two three-pulse converter groups. The harmonics themselves are formed by subtracting the setpoint voltage from the individual partial output voltages, ie by the differences V ₄ , -V _r and V ₄₂ -V _r

Der bei Kompensation der zeitlichen Drift der Zündaugenblicke eintretende Effekt wird deutlich, wenn man in Fig.6 den Verlauf ab dem Zeitpunkt fi betrachtet. Danach wird ein neuer Zündinipuls dann erzeugt, wenn das Oberwellenzeitintegral /0 der Ausgangsspannung V_a einen vorgeschriebenen Bruchteil derOberwellenzeitintegrale /1 bzw. /2 der Ausgangsspannungen Vai bzw. V_a2 erreicht. Auf diese Weise wird der Zündzeitpunkt, welcher zum Zeitpunkt I₂ erscheinen würde verzögert bis zum Punkt t_s, indem das Integral I₁ zur Kompensation benutzt wird und der darauffolgende Zündimpuls, welcher zum Zeitpunkt ^ auftreten würde, wird auf den Zeitpunkt tA vorverlegt, indem das Oberwellenzeitintegral I₂ zur Kompensation benutzt wird. Da die Größe dieser Kompensation proportional zum Fehler ist, kann auf diese Weise das System einen stabilen Zustand erreichen.The effect that occurs when compensating for the temporal drift of the ignition instants becomes clear if one looks at the course from time fi in FIG. 6. A new ignition pulse is then generated when the harmonic time integral / 0 of the output voltage V _{a reaches} a prescribed fraction of the harmonic time integrals / 1 or / 2 of the output voltages Vai and V _a2 . In this way, the ignition time, which would appear at time I ₂ , is delayed to point t _s by using the integral I ₁ for compensation and the subsequent ignition pulse, which would occur at time ^, is brought forward to time tA by the harmonic time integral I _{2 is used} for compensation. In this way, since the size of this compensation is proportional to the error, the system can reach a stable state.

Wird ein Zündzeitpunkt in Winkelgraden «1 von einem beliebigen Nullpunkt an definiert, dann wird ein neuer Zündzeitpunkt a#+i) angenommen, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: für 0(21+1). ' = 1.2, 3,.., d. h. für sog. »ungerade« ZündzeitpunkteIf an ignition point in angular degrees «1 of defined at any zero point, then a new ignition point a # + i) is assumed if the the following conditions are met: for 0 (21 + 1). '= 1.2, 3, .., d. H. for so-called "odd" ignition times

-V,)dQ, = -K J(V_a,~V_r)dO, -V,) dQ, = -KJ (V _a , ~ V _r ) dO,

(I(I. "2 π"2 π ii ■·αι - Ii ■ · αι - Ii und Türand door = 1,2,3,....= 1,2,3, ....

d. h. für sog. »gerade« Zündzeitpunkted. H. for so-called "even" ignition times

dQ₁ = -K f(V_a2 dQ ₁ = -K f (V _a2

V_r)dQ, (2) V _r ) dQ, (2)

Sßi-IlSßi-Il

wobei AC eine positive Konstante zwischen Null und Eins ist.
Der Integralgleichung^) wird genügend fürwhere AC is a positive constant between zero and one.
The integral equation ^) becomes sufficient for

Θ; = Λ(2;+1)Θ; = Λ (2; +1)

und der Integralgleichung (2) fürand the integral equation (2) for

so daß die laufende Lösung dieser Integralgleichungen die aufeinanderfolgenden Zündzeitpunkte hergibt. Der Wert von K bestimmt den Bruchteil des Oberwellenintegrals, der für eine Kompensation verwendet wird und bewegt sich für Umrichter üblicherweise zwischen 0.05 und 0,1.so that the current solution of these integral equations gives the successive ignition times. The value of K determines the fraction of the harmonic integral that is used for compensation and is usually between 0.05 and 0.1 for converters.

Ein schematisches Schaltbild einer gerätetechnischer Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zurr Bestimmen der Zündzeitpunkte bei einem Direktum richter zeigt F i g. 7. Dargestellt ist die eine Hälfte eine: derartigen Direktumrichters, bestehend aus dem mit 7< bezeichneten System für die positive Ausgangsstrom richtung, welches zwei dreipulsige Stromrichter mit dei Thyristoren 1, 3, 5 bzw. 2, 4, 6 enthält Da entsprechende, für die negative Ausgangsstromrichtun! vorgesehene System NS ist nicht weiter dargestellt De Umrichter soll mit einem Kreisstrom betrieben sein, si daß also ständig ein Strom von dem System für di positive Ausgangsstromrichtung durch das System füA schematic circuit diagram of a device-related implementation of the method according to the invention for determining the ignition times in a direct converter is shown in FIG. 7. Shown is one half: such a direct converter, consisting of the system labeled 7 <for the positive output current direction, which contains two three-pulse converters with dei thyristors 1, 3, 5 or 2, 4, 6 the negative output current direction! The intended system NS is not shown any further. The converter should be operated with a circulating current, so that there is a constant current from the system for the positive output current direction through the system

die negative Ausgangsstromrichtung über den mit 8 bezeichneten Generator 80 zirkulieren kann.the negative output current direction can circulate via the generator 80 denoted by 8.

Die dreipulsigen Stromrichter sind praktisch Halb wellenstromrichter und werden von je einem dreistuf gen Ringzähler 46 bzw. 48 gesteuert Die Ausgangspc tentiale V»i, V₄₂ der dreipulsigen Stromrichter liege wiederum an den Enden A. B einer Saugdrossel 12; di Ausgangsspannung V₄ des gesamten Systems wird a deren Mittelanzapfung Cabgenommen.The three-pulse converters are practically half-wave converters and are each controlled by a three-stage ring counter 46 or 48. The output potentials V »i, V _{42 of} the three-pulse converters are in turn at the ends A. B of a suction throttle 12; The output voltage V _{4 of} the entire system is taken from its center tap.

Die am Punkt A auftretende Spannung lieg! am Summiercingang eines Operationsverstärkers 24, die am Punkt B auftretende Spannung liegt am Summierpunkt eines zweiten Operationsverstärkers 34. Der arithmetische Mittelwert dieser beiden Spannungen, welcher am Punkt C auftritt, wird dem Operationsverstärker 16 zugeführt. Die Operationsverstärker 16, 24 und 34 sind als Integratoren beschaltet. Eine vorgebbare Sollwertspannung 25, welche eine möglichst reine Sinusform aufweisen und welche durch den Direktumrichter letztlich verstärkt werden soll, wird den Eingängen der Verstärker 16, 24 und 34 zugeführt, um mit dem Ausgangspotentialen an den Punkten A, Bund C entsprechend den zuvor erwähnten mathematischen Beziehungen verknüpft zu werden. Die Polarität der Sollwertspannung in bezug auf die Ausgangsspannungen des Direktumrichters ist demnach so, daß am Summationseingang der Integratoren 16, 24 und 34 die Differenz dieser Spannungen erscheint. Die Ausgangsspannungen der Integratoren 16 und 24 wirken auf die F.ingänge einer Vergleichsschaltung 28 und die Ausgangsspannungen der Integratoren lf> und 34 auf die Eingänge einer Vergleichsschaltung 38. Wenn die Ausgangsspannungen der Verstärker 24 und 16 gleich sind, erzeugt die Vergleichsschaltung 28 einen Ausgangsimpuls, welcher den zugeordneten Ringzähler 46 weiterschaltet. In gleicher Weise wird der Ringzähler 48 weitergeschaltet, wenn die Ausgangsspannungen der Verstärker 34 und 16 übereinstimmen. Die Ausgangssignale der einzelnen Stufen der Ringzähler 46 und 48 beaufschlagen Zündkreise 50, 52, 54 bzw. 56, 58, 60 für die Thyristoren 1, 3, 5 bzw. 2, 4, 6, wobei z. B. der »Ein«-Zustand einer Ringzählerstufe jeweils den ihr zugeordneten Thyristor durchlässig steuert. Die an den Klemmen A und B erscheinenden Spannungsformen sind typisch für einen dreipulsigen Stromrichter, während die an der Klemme C erscheinende Spannungsform typisch für einen öpulsigen Stromrichter ist.The voltage occurring at point A lies! at the summing input of an operational amplifier 24, the voltage occurring at point B is at the summing point of a second operational amplifier 34. The arithmetic mean value of these two voltages, which occurs at point C, is fed to the operational amplifier 16. The operational amplifiers 16, 24 and 34 are connected as integrators. A predeterminable setpoint voltage 25, which has as pure a sinusoidal shape as possible and which is ultimately to be amplified by the direct converter, is fed to the inputs of amplifiers 16, 24 and 34 in order to match the output potentials at points A, B and C according to the previously mentioned mathematical relationships to be linked. The polarity of the setpoint voltage in relation to the output voltages of the direct converter is accordingly such that the difference between these voltages appears at the summation input of the integrators 16, 24 and 34. The output voltages of the integrators 16 and 24 act on the inputs of a comparison circuit 28 and the output voltages of the integrators If> and 34 act on the inputs of a comparison circuit 38. If the output voltages of the amplifiers 24 and 16 are equal, the comparison circuit 28 generates an output pulse, which advances the assigned ring counter 46. In the same way, the ring counter 48 is incremented when the output voltages of the amplifiers 34 and 16 match. The output signals of the individual stages of the ring counters 46 and 48 are applied to ignition circuits 50, 52, 54 and 56, 58, 60 for the thyristors 1, 3, 5 and 2, 4, 6, respectively. B. the "on" state of a ring counter stage controls the thyristor assigned to it so that it is permeable. The voltage forms appearing at terminals A and B are typical for a three-pulse converter, while the voltage form appearing at terminal C is typical for a multi-pulse converter.

Wie schon erwähnt, sollen die Zündwinkel für die Thyristoren 1 bis 6 derart ausgewählt werden, daß das Zeitintegral der Ausgangsspannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen etwa, aber nicht genau, der mittleren Sollwertspannung entspricht. Der in den obigen Integralgleichungen (1) und (2) aufgeführte Faktor K, kann dadurch verwirklicht werden, daß die dem Verstärker zugeführten Eingangssignale verschieden von den Eingangssignalen gewichtet werden, die den Verstärkern 24 und 34 zugeführt sind. Hierzu können beispielsweise die Beschaltungselemente R\ und Ci des Verstärkers 24 bzw. Äi und Ci, des Verstärkers 34 im Verhältnis zu den Beschaltungselementen R₂ und C₂ des Verstärkers 16 so bemessen werden, daß das durch den Faktor K gewünschte Verhältnis zwischen den Ausgangsspannungen der Verstärker 24 und 34 und der Ausgangsspannung des Verstärkers 16 gegeben ist As already mentioned, the firing angles for the thyristors 1 to 6 should be selected in such a way that the time integral of the output voltage between two successive firing pulses corresponds approximately, but not exactly, to the mean setpoint voltage. The factor K given in the above integral equations (1) and (2) can be realized in that the input signals fed to the amplifier are weighted differently from the input signals fed to the amplifiers 24 and 34. For this purpose, for example, the circuit elements R \ and Ci of the amplifier 24 or Äi and Ci, of the amplifier 34 in relation to the circuit elements R ₂ and C _{2 of} the amplifier 16 are dimensioned so that the ratio between the output voltages of the desired by the factor K Amplifiers 24 and 34 and the output voltage of the amplifier 16 is given

Die Ermittlung der für den Betrieb des in Fig.7 dargestellten Umrichters erforderlichen Zündzeitpunkte geschieht nun auf folgende Weise:The determination of the necessary for the operation of the in Fig. 7 The ignition times required for the converter shown here now take place in the following way:

Die Spannung am Punkt C wird jeweils zwischen allen aufeinanderfolgenden Zündzeitpunkten, die Spannung am Punkt A nur zwischen zwei aufeinanderfolgenden »ungeraden« Zündzeitpunkten und die Spannung am Punkt B nur zwischen zwei aufeinanderfolgenden »geraden« Zündzeilpunkten integriert. Ein neuer »ungeradzahliger« Zündzeitpunkt ist gegeben, wenn das Integral der Spannung an Cgieich ist dem durch den Wert von K vorgeschriebenen Bruchteil des Integrals der am Punkt A auftretenden Spannung, und ein neuer »geradzahliger« Zündzeitpunkt ist gegeben, wenn das Spannungszeitintegral am Punkt Cdiesen Bruchteil des Zeitintegrals der am Punkt B auftretenden Spannung erreicht. The voltage at point C is integrated between all successive ignition points, the voltage at point A only between two consecutive "odd" ignition points and the voltage at point B only between two consecutive "even" ignition points. A new "odd-numbered" ignition point is given when the integral of the voltage at Cgieich is the fraction of the integral of the voltage occurring at point A , prescribed by the value of K , and a new "even-numbered" ignition point is given when the voltage-time integral at point C is the same Fraction of the time integral of the voltage occurring at point B is reached.

F i g. 8 zeigt eine gerätetechnische Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines kreisstromfreien Direktumrichters, wie er unter anderem für drehzahlveränderliche Antriebe oder zur Stromversorgung von Flugzeugbordnetzen eingesetztF i g. 8 shows a device-related implementation of the method according to the invention using the example of one Circular current-free direct converter, such as that used, among other things, for variable-speed drives or for Power supply of aircraft electrical systems used

ίο wird. Dieses Ausführungsbeispiel lehnt sich eng an das in Fig. 7 dargestellte an, für gleichwirkende Elemente sind daher die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. In F ι g. 8 ist mit 71 eine gewissermaßen als Steuerumrichter wirkende Anordnung bezeichnet, wel-ίο will. This embodiment is based closely on that In Fig. 7, the same reference numerals have therefore been retained for elements having the same effect been. In FIG. 8, 71 denotes an arrangement which acts as a control converter, so to speak, which

is ehe den eigentlichen Leistungsumrichter 70 steuert. Die Wirkungsweise des mit 71 bezeichneten Steuerumrichters entspricht der des spannungszeitflächengeregelten. kreisstrombehafteten Umrichters gemäß F i g. 7, so daß zur Erläuterung seiner Wirkungsweise lediglich die wesentlichen abweichenden Unterschiede erläutert zu werden brauchen.is before the actual power converter 70 controls. the The mode of operation of the control converter marked 71 corresponds to that of the voltage-time area-regulated. circulating current converter according to F i g. 7, so that to explain its mode of operation only the significant deviating differences need to be explained.

Die sechs Ausgangsspannungen des Generators 80 werden durch die Transformatoren T_r\ bis Tr₁, auf das Spannungsniveau der Sollwertspannung V, heruntertransformiert. Die Transformatoren bilden zwei Gruppen Tru Trz, Tn und Tr2, Tri, Trb, so daß die Generatorspannungen, welche mit jeder Gruppe verbunden sind, jeweils ein symmetrisches Dreiphasenspannungssystem bilden. Ein Ende der Sekundärwicklung jedes Transformators einer Gruppe wird nun durch eine der drei Ausgangsstufen der Ringzähler 46 bzw. 48 periodisch mit Null- oder Massepotential verbunden. Die Ausgangsstufen dieser Ringzähler sind so ausgebildet, daß sie sowohl positive als auch negative Ströme zu schalten vermögen. Da jeweils nur eine Stufe jedes Ringzählers in ihrem eingeschalteten Zustand sein kann ist somit nur eine Transformatorausgangsspannung jeder Gruppe zu einem gegebenen Augenblick eingeschaltet und erscheint dann an den Klemmen A bzw. B Die an der Klemme A auftretende Spannung ist zu dem einen Integrator 24 zugeordneten Summierpunki geführt und die Spannung an der Klemme B wirkt aul den dem Integrator 34 zugeordneten Summierpunkt Der arithmetische Mittelwert dieser beiden Spannungen. welcher am Verbindungspunkt C der beider Widerstände R₁ erscheint, wirkt auf den Integrator 16 Die Sollwertspannung V_rist den Integratoren 24,16 unc 34 subtraktiv zugeführt Die Ausgänge der Integratorer 24,16 und 34 sind in der bereits im Zusammenhang mi F i g. 7 geschilderten Weise wiederum mit den Eingän gen zweier Vergleichsschaltungen 28 bzw. 38 verbun den, deren Ausgangsimpulse die einzelnen Ringzähler stufen weiterschalten und dabei die entsprechender Spannungen des Generators 80 wirksam werden lassen Die heruntertransformierten Spannungen des Genera tors 80 werden daher in zyklischer Reihenfolge angeschaltet Die an den Klemmen A und 1 auftretenden Spannungsformen sind typisch für einei dreipulsigen Stromrichter und die an der Klemme ( auftretende Spannung typisch für einen 6pulsigei Stromrichter. The six output voltages of the generator 80 are transformed down to the voltage level of the setpoint voltage V by the transformers T _r \ to Tr _1. The transformers form two groups Tru Trz, Tn and Tr2, Tri, Trb, so that the generator voltages connected to each group each form a symmetrical three-phase voltage system. One end of the secondary winding of each transformer in a group is now periodically connected to zero or ground potential through one of the three output stages of the ring counters 46 or 48. The output stages of these ring counters are designed so that they can switch both positive and negative currents. Since only one stage of each ring counter can be in its switched-on state, only one transformer output voltage of each group is switched on at a given moment and then appears at terminals A or B. The voltage occurring at terminal A is related to the summing point assigned to an integrator 24 out and the voltage at the terminal B acts on the summing point assigned to the integrator 34. The arithmetic mean of these two voltages. which of the two resistors R ₁ appears at the connection point C, is applied to the integrator 16. The reference voltage V _r is the integrators 24,16 unc 34 subtractively applied to the outputs of the Integratorer 24,16 and 34 are in connection mi F i g. 7 manner described turn verbun with the Eingän gen two comparison circuits 28 and 38 to whose output pulses continue to turn gradually the individual ring counter and thereby the corresponding voltages of the generator 80 can be effectively The downloaded transformed voltages of the genera tors 80 are therefore in cyclic sequence turned the ON The voltage forms occurring at terminals A and 1 are typical for a three-pulse converter and the voltage that occurs at the terminal (is typical for a 6-pulse converter.

Der Ausgang des Leistungsstromrichters 70 ist nich verbunden mit dem zuvor beschriebenen Steuerstrom richter und kann somit nicht auf dessen Funtaio'The output of the power converter 70 is not connected to the control current described above judge and can therefore not rely on his Funtaio ' einwirken. Die Ausgänge der Sekundärwicklungen de Transformatoren T_r\ bis T& sind über sechs Und-Gatte: A^ bis A_b den Zündkreisen 50, 52, 54, 56, 58 und « verbunden, welche die Zündimpulse für die Thyristoreiact. The outputs of the secondary windings of the transformers T _r \ to T & are connected via six AND gates: A ^ to A _{b to} the ignition circuits 50, 52, 54, 56, 58 and «, which generate the ignition pulses for the thyristor

1 bis 6 bereitstellen. Die /weiten Eingänge dieser Laststromrichtung gehört, welches jedoch nicht weiter Und-Gatter werden vom Ausgangssignal einer Koni- dargestellt ist. Die Mittelanzapfung der Saugdrossel 12 mandostufe 13 in der Weise beaufschlagt, daß die sowie ein Ende einer Sekundärwicklung des Strom-Ausgänge der Und-Gatter gesperrt sind, wenn die wandlers 72 wären also mit den entsprechenden Richtung des Laststromes // nicht mit der der > Punkten dieses negativen Systems NS verbunden zu Durchlaßrichtung der entsprechenden Thyristoren denken.Provide 1 to 6. The / wide inputs belong to this load current direction, which, however, is no longer represented by AND gates from the output signal of a coni. The center tap of the suction throttle 12 mandostufe 13 is applied in such a way that the and one end of a secondary winding of the current outputs of the AND gates are blocked, if the converter 72 would be with the corresponding direction of the load current // not with that of the> points think of this negative system NS connected to the forward direction of the corresponding thyristors.

übereinstimmt. Die Richtung des Laststromes wird Da das Zünden der Thyristoren des Leistungsumrich-matches. The direction of the load current is because the firing of the thyristors of the power converter

däbei durch das Auftreten eines Spanriungssignals ters 70 durch die Ausgangssignale der Ringzähler 46by the occurrence of a voltage signal ters 70 through the output signals of the ring counter 46

bestimmter Richtung an Sekundärwicklungen eines bzw. 48 bestimmt ist, wird der Leistungsumrichter 70A specific direction on the secondary windings of a or 48 is determined, the power converter 70

vom Laststrom durchflossenen Strorrwandlers 72 io synchron mit dem Steuerumrichter 71 betrieben. DieThe current converter 72 through which the load current flows is operated synchronously with the control converter 71. the

erfaßt. Die in Fig.8 wiedergegebene Anordnung, von dem Steuerumrichter 71 an den Klemmen A. Bund recorded. The arrangement shown in FIG. 8, from the control converter 71 to the terminals A. Bund

ebenso wie die der Fig. 7, stellt die der positiven Cerzeugten Ausgangsspannungen sind somit lediglichAs well as that of Fig. 7, the output voltages generated by the positive C are thus only

Laststromrichtung zugeordnete Hälfte, das positive ein verkleinertes Abbild der an den Klemmen A', ß'undThe half assigned to the load current direction, the positive half a scaled-down image of the half at terminals A ', ß' and

System eines Direktumrichters dar, zu dem ein im C des Leistungsumrichters 70 auftretenden Spannun-System of a direct converter, to which a voltage occurring in the C of the power converter 70

Aufbau völlig gleiches negatives System für die andere 15 gen.Structure completely the same negative system for the other 15 gen.

Hierzu 7 BkHt Zeichnunuen7 BkHt drawings

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Claims

Patent claims:

1 Procedure for regulating the output voltage of a line-commutated converter in which the Converter as a function of the difference in a setpoint voltage. which the desired graphical curve of the Monientan value of the output voltage and the actual Output voltage is controlled, thereby gek e η η ζ e i c h η e t that of the difference between the setpoint voltage (VJ and the current output voltage (Vy the time formed integral and a Zündimpals is generated when since the last ignition pulse of this time integral the value zero or a certain value before to-zero-are reached from larger values.

2. The method according to claim 1 for 2n-pulse converters and a setpoint voltage of variable, in particular sinusoidal amplitude, characterized in that the specific value (K) is at least 5-10% of the time integral of the difference between the output voltage (V ₃₁ , V ₃₂ ) in each case a group of η partial current rectifiers and the setpoint voltage fV _r ;

3. Device for carrying out the method according to claim 1 or 2. characterized by at least one integrator (16), the input of which is subtractively supplied to the converter output voltage (V ₃ ) and the setpoint voltage (V ₁ ) and whose output signal is applied to a ring counter whose outputs with The ignition circuits assigned to the individual converters are connected.