DE2118427A1

DE2118427A1 - Verfahren zur Steuerung von Lei stungs schaltern

Info

Publication number: DE2118427A1
Application number: DE19712118427
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. χ 1162 Berlin; Anke Ekkehard Dipl.-Ing. χ 1130 Berlin Knöschke
Original assignee: Institut Prüffeld für elektrische Hochleistungstechnik, χ 1130 Berlin-Lichtenberg
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1971-04-16
Publication date: 1972-10-26
Also published as: FR2142254A5

Description

Verfahren zur Steuerung von Leistungsschaltern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des AusschaltZeitpunktes von Leistungsschaltern.

Zur Verringerung der Belastung Von Leistungsschaltern während des Abschaltvorganges ist bereits bekannt, den ' Kontaktöffnungszeitpunkt durch eine geeignete Steuerung in die Nähe des Stromnulldurchganges des abzuschaltenden Stromes zu legen. Die Steuerschaltung muß dazu den zu erwartenden Zeitpunkt des folgenden Nulldurchganges im. voraus bestimmen, um rechtzeitig die infolge seiner Eigenzeit erforderliche Vorauslösung des Schalters vornehmen zu können. Das geschieht im allgemeinen dadurch, daß aus Anteilen der Stromfunktion sowie Differentialen und evtl. Integralen davon eine stetige, zeitlich veränderliche Hilfsgröße gebildet wird, deren Nulldurchgänge um die erforderliche Vorauslösezeit gegenüber den zu erfassenden Stromnulldurchgängen voraus eilen,

Nachteilig bei den bekannten Verfahren und Schaltungen ist, daß mit den Amplitudenwerten des Stromes und den daraus abgeleiteten Größen gearbeitet werden muß. Es ist jedoch hinreichend bekannt, daß sich für die genaue Erfassung der Stromamplitude bei verlagerten Kurzschlußströmen größere Fehler der Meßwandler ergeben und daß auch ihre Messung in einem größeren Amplitudenbereich, wie er im Netz auftreten kann, zu Schwierigkeiten führt.

Ein weiterer Nachteil besteht auch darin, daß die Genauigkeit der Nulldurchgangsermittlung für größere Schaltervorauslösezeiten wesentlich zurück geht.

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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist auch bereits ein Verfahren angegeben worden, das nur die Kenntnis des Zeitintervalles zwischen einem Nulldurchgang und dem darauffolgenden Extremum der Stromkurve voraussetzt, um den nächsten Nulldurchgang zu ermitteln. Dieses Verfahren ist jedoch auf Ströme beschränkt, die entweder keinen oder nur einen zeitlich konstanten Gleichstromanteil besitzen. Das Verfahren ist deshalb für Situationen, in denen s.chnell veränderliche Ausgleichsvor- -gänge auftreten,'nicht anwendbar.

Zweck der·Erfindung ist,"die Genauigkeit der Nulldurchgangsvorherbe.stimm.ung des Stromes im.verlagerten Fall und bei größeren Schaltervorauslösezeiten zu erhöhen sowie die Belastung des Leistungsschalters während des Abschaltvorganges und dBn sehaltungstechnischen Aufwand für die Steuerung so gering als möglich zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung, des Ausschaltzeitpunktes von Leistungsschaltern anzugeben, das zur genauen Vorherbestimmung des Stromnulldurchganges nur definierte, aus der Stromfunktion abgeleitete Zeitintervalle zur Steuerung verwendet,

Zur Ermittlung des Ausschaltzeitpunktes wird nach der Erfindung die zeitliche Lage von mehr als zwei dem Nulldurchgang vorhergehenden, zeitlich aufeinander folgenden"ausgezeichneten Punkten der Stromfunktion zueinander verwendet. Als derartige Punkte können ζ. Β Nulldurchgänge, Extrema und V/endepunkte der Stromfunktion benutzt werden.

Besonders zweckmäßig ist es, die erhaltenen Zeitintervalle mittels einer an sich bekannten Rechenschaltunr; so zu verknüpfen, daß der Zeitpunkt des zu erwartenden

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Stromnulldurchganges rechtzeitig ermittelt wird und eine exakte Schalterauslösung unter Berücksichtigung seiner erforderlichen Vorauslösezeit möglich wird.

Vorteilhafterweise erfolgt erfindungsgemäß bei Anwendung von zwei Extrema, einem Uulldurchgang und einem Wendepunkt, als ausgezeichnete Punkte der Stromkurve die Verknüpfung der Zeitintervalle in der Rechenschaltung über die mathematische Funktion β (x_fy) = In

oder eine geeignete Näherung davon, X — y

Bei Verwendung von drei Uulldurchgängen als ausgezeichnete Punkte der Stromfunktion werden vorteilhafterweise die Differenzen der Dauer der ersten Halbwelle T^ und der Dauer der zweiten Halbwelle Tf mit einer festen Zeit Tp gebildet.

Die Zeit Tq liegt dabei zwischen UuIl und der Dauer einer Periode des unverlagerten Stromes, vorzugsweise jedoch bei der halben Periodendauer, Die Dauer der nächsten Halbwelle erhält man dann über die folgende Beziehung:

T₃ = T₀ + CT₂ - T₀)²

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen vor allem darin, daß eine genaue quantitative Abbildung der Stromfunktion und evtl. davon abgeleiteter Größen über die gesamte Meßzeit hinweg nicht erforderlich ist. Amplitudenfehler der abbildenden Meßwandler verfälschen das Meßergebnis nicht.

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Somit ist auch, eine Begrenzung der Amplitude zur Einengung ihres Bereiches zulässig, sofern die zeitliche Lage der für die Messung vorgesehenen ausgezeichneten Punkte zueinander dadurch, nicht verändert wird. Für die Realisierung der Steuerung ergeben sich weitere Vorteile, da keine Amplituden, sondern nur Zeitintervalle in der Rechensehaltung zu verarbeiten sind. Die Genauigkeit des Verfahrens ist außerdem nicht nur auf kleine Schaltervorauslösezeiten beschränkt, da es nicht auf eine Näherung der Stromfc funktion in der Nähe des Stromnulldurchganges hinausläuft, sondern auf eine Vornerbestimmung der Stromfunktion zugrunde liegenden Parameter,

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden,

. a) Als ausgezeichnete Punkte der Stromkurve werden die Folge'Extremum ty, Wendepunkt tj, Nulldurchgang t£, und Extremum fr«verwendet, um den Zeitpunkt des nächsten Stromnulldurchganges tp zu ermitteln. Die gegenseitige Lage dieser Punkte zueinander wird durch die Zeitintervalle Tj bis T₀ charakterisiert, " wobei z, B, T^ = t^ - t^ ist. Verknüpft man diese Intervalle in der Form, daß B (T^, Tj) = B (T₀,T^) mit

(sin tcx)

B (x,y) J= In CsJnU)Y) wird, so erhält man bereits zum χ - y

Zeitpunkt t·/ Kenntnis über den gesuchten Zeitpunkt t{j.

Die Verknüpfung kann dabei in einer Rechenschaltung vorgenommen werden, die 2 Funktionsgeneratoren zur Realisierung der Funktion B (x,y) und einen Operationsverstärker zur selbsttätigen Einregelung des gesuchten Intervalles Τλ enthält,

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Die Zeitintervalle T₆ bis Tj müssen selbstverständlich, dazu in solche Größen (z, B, elektrische) umgewandelt werden, die von der Rechenschaltung verarbeitet werden können, ■ .

b) Es wird die Dauer zweier aufeinanderfolgender Halbwellen .gemessen und jeweils ihre Differenz zu einer Konstanten T gebildet. Die erhaltenen Werte werden in bekannten Hechen schaltungen nach der Beziehung T_n = 2? + ™2 "" ^<r

3 ο

¹O

miteinander verknüpft. Die sich daraus ergebende Größe Ti entspricht dann der Dauer der nächsten Halbwelle.

Hierbei ergibt sich eine hohe Genauigkeit in der Vorherbestimmung des folgenden Stromnulldurchganges, wobei die angegebene Zeit stets kleiner als die wirkliche Zeit ist (Fehler K^ 0,5 ms). Außerdem werden nur die Zeiten der Nulldurchgänge des Stromes benötigt. Des weiteren steht faktisch die Zeit bis zum nächsten Stromnulldurchgang fest, daher eignet sich dieses Verfahren auch besonders gut für Antriebe mit großen Eigenzeiten,

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Claims

Patentansprüche:

!./Verfahren zur Steuerung des Ausschaltzeitpunktes von Leistungsschaltern, das für die Vorherbestimmung eines • Stromnulldurcliganges die zeitliche Lage mehrerer aufeinander folgender ausgezeichneter Punkte, z. B. HuIldurchgänge, Extrema und Wendepunkte der Stromfunktion zueinander verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei ausgezeichnete Punkte verwendet werden und daß die άμ^Ιι die zeitliche Lage der ausgezeichneten Punkte zueinander sich ergebenden Zeitintervalle in einer.an sich bekannten Rechenschaltung so miteinander verknüpft werden, daß der Zeitpunkt des nächsten zu erwartenden Stromnulldurchganges voraiisberechnet und die erforderliche Vorauslösung des Leistungsschalters ausgeführt wird, . - '

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ■ als ausgezeichnete Punkte vorzugsweise zwei Extrema, ein Nulldurchgang und ein Wendepunkt, verwendet werden und die Verknüpfung über die mathematische Funktion

(slag? x)
(si)

j) - la (sintqy) oder eine geeignete Ifäherung davon

x - y

erfolgt.

3«Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ausgezeichnete Punkte vorzugsweise drei Uulldurchgänge verwendet v/erden, wobei die Dauer T a die Dauer Tj der folgenden Halbwelle aus einer konstanten Zeit T₀ und der Dauer Ii und ¹Sy, der beiden vorangegangenen Halbwellen nach der Beziehung:

T^ s T_ + C^2 "E₀) bestimmt wird.

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4« Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit T_c zwischen Hull und der Dauer einer Periode des unverlagerten Stromes gelegt wird und vorzugsweise gleich einer halben Periodendauer gemacht wird.

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