DE2202871B2

DE2202871B2 - Regelsystem für Stromrichter

Info

Publication number: DE2202871B2
Application number: DE2202871A
Authority: DE
Inventors: Hans O. Dipl.-Ing. Skoog; Vilmos Dipl.-Ing. Toeroek
Original assignee: Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-02-02
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1975-08-21
Also published as: FR2125029A5; DE2202871A1; SE349710B; BE778875A; US3746966A; JPS4716948A; NL7201253A; GB1374692A; CA960303A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem für einen Stromrichter, an dessen Gleichstromklemmen eine induktive Last angeschlossen ist und der mehrere steuerbare Ventile sowie ein Steuerimpulsglied enthält, das an die Ventile angeschlossen ist und diese mit Zündimpulsen in einer im voraus bestimmten Kommutierungsfolge versorgt, wobei das Regelsystem ein stromabtastendes Glied enthält, das in jedem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen (Kommutierungsintervall) den vom Stromrichter abgegebenen Augenblickswert des Belastungsgleichstroms abtastet.

Bekannte Stromrichterschaltungen bestehen häufig aus einer sogenannten Dreiphasenbrücke. Sie hat sechs Ventile, z. B. Thyristoren, die bei stationärem Betrieb in einer bestimmten Reihenfolge und mit einem Intervall von 60 elektrischen Graden gezündet werden, was bei einer Wechselstromfrequenz von 50 Hz einem Kommutierungsintervall von 3,33 ms zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen entspricht. Durch Änderung des Steuerwinkels <i. d. h. der Phasenlage der Zündimpulse im Verhältnis zur Wechselspannung, kann die Gleichspannung des Stromrichters und damit der von ihm abgegebene Gleichstrom verändert werden. Eine plötzliche Änderung des Steuerwinkels führt etwa erst ein Kommutierungsintervall später zu einer Änderung der Gleichsp inung und damit des Gleichstroms, d. h. bei 50 ι Iz nach 3,33 ms. Diese Begrenzung der Ansprechgeschwindigkeit liegt in der Stromrichu schaltung selbst und kann nur durch Wahl anderer Stromrichterschaltungen mit höherer Impulszahl als 6, d. h. mit mehr als 6 Zündimpulsen pro Wechselrpannungsperiode, beeinflußt werden.

Die Zeitkonstante in bisher bekannten Systemen zum Regeln des Gleichstroms eines Stromrichters ist jedoch wesentlich größer als die Länge eines Komniutierungsintervalls. Das beruht unter anderem darauf, daß bei den Stromrichterschaltungen üblicher Phasenzahl der gleichgerichtete Phasenstrom innerhalb einer Periode stark pulsiert. Diese Pulsationen müssen durch Glättungsmittel beseitigt werden, damit das Stellglied nicht auf scheinbare Regelabweichungen anspricht. Aus diesem Grund haben die bekannten Systeme gewöhnlich Zeitkonstanten zwischen 10 und 100 Millisekunden, so daß sich große Stromfehler bilden können, ehe diese Systeme überhaupt beginnen, die Fehler auszuregeln.

Aus der DT-PS 9 77 231 ist ein Regelsystem der eingangs genannten Art für einen insbesondere drei- oder sechsphasigen Gefaßstromrichter zur Speisung eines induktiven Verbrauchers bekannt, bei dem im wesentlichen in der eben erwähnten Weise der Istwert für die Stromregelung gewonnen wird. Eine Besonderheit bei der Gewinnung der Regelabwei-

s chung besteht insofern, als nicht der gleichgerichtete Stromistwert geglättet wird und auch keine besonderen Glättungsmittel zur Beseitigung von Pulsationen der Regelabweichung vorgesehen sind. Die Regelabweichung wird jedoch über drei in Reihe

ίο geschaltete Vormagnetisierungswicklungen geleitet, von denen jede zu einer veränderlichen Induktivität gehört, deren Hauptwicklung jeweils im Kreis einer Phasenschwenkbrücke liegt. Diese Vormagnetisierungswicklungen stellen erhebliche Induktivitäten im Stromkreis der Regelabweichung dar, wodurch die Zeitkonstante des Regelkreises erheblich erhöht wird. Um die Schnelligkeit des Regelkreises zu erhöhen, ist bei der bekannten Anordnung durch die erwähnten Phasenschwenkbrücken eine Übersteuerung des Stromrichters vorgesehen. Während einer Änderung des Stroms erzeugt der Stromrichter also eine höhere Spannung, als für den stationären Betrieb erforderlich ist. Der Steigerung der Ansprechgeschwindigkeit eines solchen Regelkreises sind jedoch Grenzen gezogen, da durch die Glättungsinduktivität für die Stromregelabweichung die Zeitkonstante des Regelkreises groß ist und die Gefahr von Instabilitäten besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromrichterregelsystem der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, dessen Zeitkonstante außerordentlich klein ist und die dem Stromrichter immanente oben beschriebene untere Grenze annähernd erreicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Regelsystem der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß es

a) ein funktionsbildendes Glied enthält, das zu jedem Zeitpunkt während mindestens eines Teils des Kommutierungsintervalls auf Grund des gcmessenen Gleichstroms eine Größe bildet, die dem Gleichstrom entspricht, der im folgenden Kommutierungsintervall auftreten würde, wenn der folgende Zündimpuls zu dem genannten Zeitpunkt gegeben würde,

b) ein vergleichendes Glied enthält, das die genannte Größe mit einem Sollwert vergleicht und bei Übereinstimmung beider Werte das Steuerimpulsglied veranlaßt, den nächsten Zündimpuls abzugeben. Dadurch, daß bei der Erfindung der Augenblickswert und nicht der Mittelwert des Istwertes bzw. der Regelabweichung den Zündzeitpunkt der Ventile bestimmt, arbeitet das Regelsystem mit einer Zeitkonstante, die annähernd den theoretisch möglichen Grenzwert erreicht und wesentlich kleiner ist, als die Zeitkonstanten der bekannten Regelsysteme.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausfiihrungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:
Fig. 1 zeigt eine dreiphasige Stromrichterschaltung bekannter Art:

F i g. 2 zeigt ein Regelsystem gemäß der Erfindung; F i g. 3 zeigt den Verlauf von Gleichspannung und Gleichstrom bei stationärem Betrieb;
F ig. 4 zeigt die Herleitung der Prediktionskurve sowie die in F ig. 2 verwendete angenäherte Prediktionskurve;

Fi g. 5 bis 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung sowie deren Funktion.

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Fig. 1 zeigt einen dreiphasigen, brückengeschalteten Stromrichter mit 6 Ventilzweigen, die die Thyristoren 1 bis 6 enthalten. Die Wechselstromklemmen der Brücke sind an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz R, S, T mit einer Frequenz von 50 Hz angeschlossen. Fig. 2 zeigt den gleichen Stromrichter wie in Fig. 1. Er ist in Fi g. 2 mit SR bezeichnet. An die Gleichstromklemmen ist als Last der Gleichstrommotor M angeschlossen. Ein Steuerimpulsglied SD ist an die Thyristoren angeschlossen und gibt an diese Zündimpulse in der Reihenfolge 1-2-3-4-5-6. Solche Steuerglieder sind bekannt und können z.B. einen Ringrechner zur Verteilung von Zündimpulsen in der richtigen Reihenfolge an die Thyristoren enthalten. Sie können ferner Kontrollglieder enthalten, durch die sichergestellt wird, daß ein Zündimpuls nur während eines gewissen Teils, z. B. 120°, der 180 elektrischen Grade an ein Ventil gegeben wird, in denen die Zündung in erster Näherung möglich ist. Außerdem enthält das Steuerimpulsglied gewöhnlich Vorrichtungen, die automatisch Zündimpulse an das Ventil abgeben, und zwar eine gewisse Zeit vor dem spätesten Zeitpunkt, in dem die Zündung möglich ist, vorausgesetzt, daß kein früherer Zündimpuls während des für das Ventil möglichen Zündintervalls abgegeben worden ist.

Das Steuerimpulsglied hat einen Eingang, und wenn dem Eingang ein Signal U₄ zugeführt wird, gibt das Glied einen Zündimpuls an das Ventil, das an der Reihe ist. Zusammen mit dem Zündimpuls gibt das Glied einen kurzen Impuls U₁, an das Regelsystem.

Ein dreiphasiger Stromtransformator 7", ist in die Wechselstromzuleitungen des Stromrichters eingeschaltet. Sein Sekundärstrom wird in der Diodenbrücke DB gleichgerichtet und durchfließt danach den Widerstand Rl. Die Spannung an diesem, R1 · I_sv, ist in jedem Augenblick proportional dem Gleichstrom / des Stromrichters.

Die Primärwicklung eines Transformators Tl. dessen Eisenkern mit einem Luftspalt versehen ist. wird von dem Gleichstrom / durchflossen. Die Sekundärspannung j des Transformators wird proportional der Steigung des Gleichstroms, und diese Spannung wird verwendet, um anzuzeigen, wenn der

Gleichstrom einen Maximalwert hat. Das Signal --^-- wird über einen Niveaudiskriminator A/Dl dem invertierten ODER-Gatter N1 zugeführt, dessen zweiter Eingang einen kurzen (z. B. 0.1 ms) Impuls U_p von dem Steuerimpulsorgan SD erhält, gleichzeitig mit dem Beginn eines Zündimpulses. Wenn beide Eingangssignale von N1 Null sind, wird das Ausgangssignal Eins (Signal vorhanden), wobei der Impulsgenerator PG, z. B. ein monostabiler Kippschalter, einen kürzen (z. B. OJl ms) Impuls an das Relais RE gibt, das dabei anspricht. Das Relais ist der Einfachheit halber als ein elektromagnetisches Relais dargestellt, kann aber natürlich era kontaktloses Relais sein, bei dem die Kontaktfanktionen von Schalttransistoren ausgeübt werden. Das Relais ist in Funktion, solange der Impuls von PG anhält, wobei der Kontakt Kl geschlossen und Kl offen ist. Die negative Spannung Lj wird dabei zu - R1 · I „. am Eingang des Verstärken / I addiert, mit von den Widerständen R 3 and RS bestimmten Skalenfaktoren, und das Aesgangssignal des Verstärkers wird, da der Eingang invertiert ist, positiv und auf Grund des Rückschalt Widerstands R 2 proportional der Summe von U₁ und R1 · /_s„. Wenn das Relais abfällt, wird Kl geöffnet und K2 geschlossen. Der Verstärker arbeitet nun als reiner Integrator mit dem Rückschaltkondensalor C, und dessen Ausgangsspannung, I_pn,_d, fällt linear mit einer konstanten und von U₂, R₄ und C bestimmten Geschwindigkeit, /^_n, wird dem invertierten Eingang des Komparators Fl zugeführt.

ίο Dem nicht invertierten Eingang wird ein Signal I_n._f zugeführt, dessen Wert mit Hilfe des Potentiometers R6 eingestellt wird. Das Ausgangssignal von Fl ist Null, wenn l_pted > I_ref ist und Eins, wenn I _red < I_ref ist. Das Ausgangssignal von NDl und das Signal U_p

werden den lingängen des invertierten ODER-Gatters N 2 zugeführt, dessen Ausgangssignal Null ist, außer wenn die beiden Eingangssignale Null sind. Das Ausgangssignal von N 2 wird in dem Zeitverzögerungskreis TT um eine Zeit T, z. B. 0,2 ms, verzögert und dem einen Eingang des UND-Gatters A zugeführt, dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal von F2 zugeführt wird. Wenn beide Eingangssignale in A Eins sind, erhält man von A ein Ausgangssignal U_x, das dem Steuerimpulsglied SD zugeführt wird, das dann unmittelbar einen Zündimpuls an das Ventil gibt, das an der Reihe ist.

F i g. 3 zeigt die Gleichspannung U_DC und den Gleichstrom I_DC des Stromrichters als Funktion der Zeit bei stationären Verhältnissen und unter der Voraussetzung, daß die Belastung einen vernachlässigbaren Wirkwiderstand und eine Gegen-EMK U^ hat. Die fallenden Teile von U_DC sind in Wirklichkeit Teile von Sinuskurven, aber da sie bei Steuerwinkeln, die nicht allzu sehr von 90° abweichen, verhältnismäßig wenig von Geraden abweichen, sind sie in der Figur als solche dargestellt. Das Intervall T_n zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen beträgt bei dem in Fig. 2 gezeigten Stromrichter 60°. Der Spitze-zu-Spitze-Wert ΛI des Gleichstroms wird proportional zu dem Flächeninhalt der gestrichelten Fläche in der Figur und ergibt sich aus dem Zusammenhang

L/

(fur - l/Jdr =

Wn
L

wobei
Bei

L die Induktivität der Last ist.

stationärem Betrieb ist das Integral von *- nc - ^m über der Zeit zwischen zwei Strommaxima Null, undaufeinanderfolgendeStromspitzenliegen deshalb auf demselben Niveau /.

Eine Vorverlegung eines Zündimpulses um die Zeit ΛT bedeutet, wie te Fig. 4a gezeigt wird, eint Zunahme des genannten Zehintegrals um den Wen

γ ■ 8 vb- Die nach dem vorverlegten Zündimpuh

folgende Stromspitze wird daher die vorhergehend« Stromspitze mit

1/ =

1
L

AT

6s übersteigen.

Eine Vorverlegung von IT = ^ergibt lf = 8.li F i g. 4b zeigt ds» somit erhaltenen Zusananei

hang zwischen Zondaugenblick trad nachfolgend«

1 fftfl

Stromspitze. Bei der obengenannten vereinfachten Annahme wird die Funktion (l_prei) eine gerade Linie

mit der Steigung —ψ-, die durch den Punkt /_DC = J; t = T_n, geht, wobei / der Stromspitzenwert des jeweiligen Kommutierungsintervalls ist. Wenn der Zündimpuls bei i, erfolgt, bekommt die nachfolgende Stromspitze den Wert I₁, und wenn er bei I₂ erfolgt, erhält man den Stromspitzenwert J₂, wie in Fig. 4b gezeigt ist.

Gemäß der Erfindung wird die Prediktionskurve I_pred mit einem Bezugswert l_ref verglichen, der dem gewünschten Stromspitzenwert entspricht. Bei Übereinstimmung dieser beiden Werte wird ein Zündimpuls abgegeben. Die nächste Stromspitze erhält dann automatisch einen dem Bezugswert entsprechenden Wert, vorausgesetzt, daß die Prediktionskurve genau die richtige ist. Die in Fig. 4b gezeigte Gerade ist eine Annäherung, die jedoch nahezu mit dem richtigen Verlauf der Kurve übereinstimmt, besonders bei Steuerwinkeln, die nicht allzusehr von 90' abweichen, und in Nähe der Zeit T_n (Fi g. 4b). In der Praxis ergibt diese Näherung gute Ergebnisse.

Die richtige Prediktionskurve ist eine Sinuskurve durch den Punkt /_D( = /; t = T_n, und ist einfach zu berechnen.

Bei Anwendung einer vollkommen korrekten Prediktionskurve entspricht der durchschnittliche Zeitverzug vom Auftreten einer Abweichung zwischen Ist- und Sollwert des Stromes bis zur Reduzierung des Fehlers auf Null der Zeit T_n, d. h. nur 3,33 ms bei einem sechspulsigen 50 Hz Stromrichter. Das System arbeitet also sehr schnell.

Weicht die Prediktionskurve von der theoretisch richtigen ab. wird der Stromfehler sukzessiv von einer Stromspitze zur anderen reduziert. Auch bei verhältnismäßig großen Abweichungen der Prediktionskurve wird der Stromfehler innerhalb weniger Kommutierungsintervalle auf einen Vernachlässigbaien Wert reduziert.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten System wird die Prediktionskurve im Augenblick des Auftretens der Stromspitze (f = ^ in Fi g. 4bJ gebildet. Die Größe 4 1/ + / wird als Anfangswert einem Integrator zugeleitet, dessen Ausgangssignal bis zur nächsten

8 1/
Stromspitze mit der Steigung - ~ abnimmt. Das

' It

System kann natürlich verfeinert werden, so daß die Prediktionskurve auch vor dem Auftreten der Stromspitze gebildet wird. Beispielsweise kann die Kurve vor der Stromspitze von der Größe I_DC = / + 4 1/gebildet werden und bei der Stromspitze in die in Fig. 4b gezeigte richtige Linie übergehen und danach dieser folgen.

Bei der Stromspitze wird ^- Null, ND1 in F i g. 2

ändert sein Ausgangssignal von I in 0, V I ändert sein Ausgangssignal von 0 in 1, PG gibt einen kurzen (0,2 ms) Impuls an RE, der - C^ aber RS und - R11„ über A3 mit Fl verbindet^dessen Ausgangsspannung einen Wert annimmt, der / + 4 1/ entspricht RE fällt nach 0.2 ms, and das Ausgangssignal von Fl, I^

8 1/ nimmt mit der Steigung - -^- ab, die von U₂, R₄ end C bestimmt wird. Wenn /_„, gleich l_rrf wird, wird das Ausgangssignal von Fl positiv, und eine Eins wird von Fl an A gegeben, das SPD das Signal U, zuführt, wobei ein Zündimpuls an den Thyristor gegeben wird, der an der Reihe ist (vorausgesetzt, daß dem zweiten Eingang von A eine Eins zugeführt wird, was normalerweise geschieht).
Vor der Stromspitze wird N 2 von NDl eine Eins zugeführt, und das Ausgangssignal von N 2 und TF ist Null. Bei der Stromspitze wird das Signal von ND1 in Null geändert, N2 gibt eine Eins ab, und nach einer Zeit T, die so abgepaßt ist, daß der Integrator einen

ίο korrekten Initialwert annehmen kann, z. B. 0,2 ms, erhält A eine Eins von TF. Erst danach kann ein Zündimpuls abgegeben werden. Hierdurch wird verhindert, daß unerwünschte Zündimpulse abgegeben werden, z. B. während der Zeit, in der der Initialwert im Integrator eingestellt wird.

Bleibt der Strom nach einem Zündimpuls aus irgendeinem Grund Null, erhält man unmittelbar an der Hinterkante von U_n über N1, PG und RE eine Initial Werteinstellung des Integrators. Die Prediktionskurve beginnt in diesem Fall direkt nach dem Zündimpuls.

U₁ und U₂ in Fi g. 2 kann man von einer einzigen Spannungsquelle erhalten. Indem man diese variiert, ändern sich U₁ und U₂ prozentual gleich stark, und die Neigung der Prediktionskurve kann dadurch leicht auf die geeignetste Weise angepaßt werden, und zwar unter Beibehaltung der Forderung, daß die Kurve durch den Punkt /_Dc = Lt = T_n (F i g. 4b) gehen soll.

Eventuell kann die Neigung der Kurve automalisch in Abhängigkeit von irgendeiner gewünschten Größe gesteuert werden, so daß die gewünschten Regeleigenschaften im ganzen Arbeitsbereich des Systems beibehalten werden. Das System hat bei solchen induk-

tiven Belastungen, die eine Zeitkonstante = haben,

die die Länge des Kommutierungsintervalls wesentlich übersteigt, zu sehr guten Resultaten geführt.
Die durch das System erhaltene gesteigerte Schnelligkeit der Stromregelung führt dazu, daß die nachfolgenden Regelkreise entsprechend schneller arbeiten können, was ein weiterer Vorteil des Systems ist.

Bei dem oben beschriebenen System bildet sich eine Prediktionsgröße von dem Augenblick des Auftretens des Maximalwertes des Belastungsstroms zwischen zwei Kommutierungen an. Diese Größe entspricht zu jedem Zeitpunkt dem Maximalwert, den der Belastungsstrom nach der nächsten Kommutierung erreichen würde, wenn diese Kommutierung zu dem fraglichen Zeitpunkt erfolgen würde. Die Prediktionsgröße wird mit einer Bezugsgröße verglichen, und bei Übereinstimmung der beiden Größen wird eine Kommutierung ausgelöst. Bei diesem System wird die größte Stromänderung, die man von einem KommutierungsintervaH zum anderen erhalten

kann, 4 - ΛΪ, wobei AI der Spitze-zu-Spitze-Wert der Pulsation des Belastungsstroms unter stationären

Verhältnissen ist. Bei der unten beschriebenen Ausfuhrungsform der

Erfindung wird die genannte maximale Stromänderung wesentlich größer, wodurch man also eine wesentlich größere Schnelligkeit bei der Regelung des Belastungsstroms erreichen kann.

In den Fi g. 5 und 6 ist angenommen, daß der

Strom im Kommutierungsaugenblick ι, den Wert f, hat. Die vom Stromrichter abgegebene Gleichspannung folgt vor t, der Kurve L^. die näherangswetse als eine Gerade gezeigt ist U₁ ist die Gegenspannong der

SW 534/89

Last, ζ. B. die in einem vom Stromrichter gespeisten Gleichstrommotor induzierte Gegen-EMK. Die Spannung U_n — U-, liegt also über dem induktiven Teil der Last und treibt einen zunehmenden Strom durch die Last, wobei die Stromänderung durch

AL

AL
dt

bestimmt wird, wobei L die Induktivität des Gleichstromkreises ist. Wenn keine Kommutierung erfolgt wäre, wäre / nach f, der gestrichelten Kurve gefolgt. Bei t, wäre U_n — U, Null geworden, und / hätte in diesem Äugenblick einen Maximalwert I_n gehabt.

Eine Kommutierung erfolgt bei ij, d. h., das nächste Ventil in der Kommutierungsreihenfolge wird gezündet. Die Spannung, die während der Durchlaßzeit dieses Ventils der Belastung zugeführt wird, entspricht der Kurve U_{n + 1} in Fig. 6. Diese liegt um den Wert Up höher als U_n. Die Größe U_n+1 - i/, wird Null bei t₃, und / hat deshalb (wenn keine neue Kommutierung vorher erfolgte) in diesem Augenblick seinen Höchstwert. Dieser Höchstwert wird J_{n + 1} genannt.

Während des Intervalls i, — f₃ wird -^- von

'N+l

bestimmt, woraus sich für / ergibt:

-W

dt

¹JXLZlL*.

Hieraus erhält man

= Λ

Gemäß F i g. 6 ist

π /

U₁-U₁ =

Da aber bei t, auch

U₁-U₁ = L

gilt, ergibt sich, daß

df

ist.

-g- kann mit Hilfe eines an den Laststromkreis angeschlossenen, mit einem Luftspalt versehenen Transformators gemessen werden, dessen Ausgangsspannung U_s der Größe
U₀ konstant sind, ist

proportional ist. Da L und

Bei f₃ ist / = I_{n + 1}, was man aus

'3

= I, + { J(U_n+1 - U₁)Ot

erhält.
Nachfolgend wird

t₂ — ti mit T_P bezeichnet, d. h., wobei ki eine Konstante ist. Außerdem ist T_n konstant für einen mit fester Wechselspannungsfrequenz gespeisten Stromrichter. Hierdurch bekommt man also zum Zeitpunkt f, den Wert für J_{n + 1}, d.h.

45

50

g ₂ i

die Kommutierung erfolgt die Zeit Tj. vor der Stromspitze, die sonst eingetreten wäre (bei i₂). f₃ — f₂ wird net T_n bezeichnet und entspricht dem Kommutierungsintervall bei stationärem Betrieb.

iU

_N+l

ist die gestrichene Fläche in F t g. 6. Deren Größe

η «· ο:

?n+i = /, + Jc₂ π + h-υ,γ.

Aus U₅ und I₁ kann also zu jedem Zeitpunkt der Strom bei der nächsten Stromspitze einfach berechnet werden, vorausgesetzt, daß die Kommutierung in diesem Zeitpunkt erfolgt. Diese Größe wird gemäß der Erfindung mit einer Bezugsgröße verglichen, und bei Übereinstimmung wird ein Zündimpuls an das Ventil gegeben, das an der Reihe ist. Dadurch, daß die Prediktion auch vor der Stromspitze des jeweiligen Kommutierungsintervalls gemacht wird, kann eine Zündung auch vor der Stromspitze erfolgen und hierdurch eine große Stromänderung von einem Kommutierungsintervall zu dem nächsten erreicht werden. Das bedeutet, daß das System eine sehr schnelle Regelung ermöglicht.

Die zuletzt beschriebene Methode kann sowohl vor als nach der Stromspitze angewendet werden. Zweckraäßigerweise wird sie jedoca vor der Stromspitze angende, während die zaerst beschriebene Methode nach der Stromspitze aagewendet wad.

Fig. 7 zeigt eine AasföiiruBgsform eines sateltes Regelsystem^ Der Haept kreis «ed <gs FeaktJoo des

über das UND-Gatter A1 ein Ausgangssignal U_s an das Steuerglied SD, wenn die Kommutierung erfolgen soll. Dieses Signal wird nun über ein ODER-Gatter 01 dem Steuerimpulsglied SD zugeführt. Um vor der Stromspitze den gewünschten, I_{n + 1} entsprechenden Prediktionswert bilden zu können, wird das Aus-

d/

Ii.

τ- über den Widerstand

gangssignal von Tl,

R 8 dem Verstärker F3 zugeführt. Ein konstantes positives Potential wird dem Verstärker über den Widerstand R 7 zugeführt. Das Ausgangssignal von F 3 erhält man durch geeignete Wahl von R 7 und R 8, so daß es — (1+/C₁ ^-IZ₁) entspricht. Diese Größe wird einem Quadrierungsglied SQM zugeführt, dessen Ausgangssignal — (1 + fe, · U₅)² entspricht. Diese Größe wird dem Verstärker F4 über einen Widerstand R10 zugeführt, über den Widerstand R 9 wird ein dem Belastungsgleichstrom entsprechendes Signal zugeführt. R9 und RIO sind so gewählt, daß das Ausgangssignal von F4

_{n + 1}

Zc₂

entspricht. Diese Größe wird im Verstärker FS mit der Bezugsgröße l_rcf verglichen. Das Ausgangssignal von F5 ist Null, wenn I_n+1 > I_tef und Eins,

[o wenn I_{n + 1} < /_r^. Es wird über das UND-Gatter Al und Ol dem Steuerglied SPD zugeführt. Auf entsprechende Weise wie bereits beschrieben ist ein invertiertes ODER-Gatter N 3 angeordnet, das verhindert, daß Zündimpulse von F5 über Al nach der Stromspitze oder allzu schnell nach einem vorhergehenden Stromimpuls gegeben werden. Eventuell kann beim übergang von 1 zu 0 eine gewisse Verzögerung zwischen U _p und N 3 vorgesehen werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Regelsystem für einen Stromrichter, an dessen Gleichstromklemmen eine induktive Last ange- s schlossen ist und der mehrere steuerbare Ventile sowie ein Steuerimpulsglied enthält, das an die Ventile angeschlossen ist und diese mit Zündimpulsen in einer im voraus bestimmten Kommutierungsfolge versorgt, wobei das Regelsystem ein stromabtastendes Glied enthält, das in jedem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen (Kommutierungsinterval') den vom Stromrichter abgegebenen Augenblickswert des Belastungsgleichstroms abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß das System

a) ein funktionsbildendes Glied enthält, das zu jedem Zeitpunkt wahrem! mindestens eines Teils des Kommutierungsintervalls auf Grund des gemessenen Gleichstroms eine Größe Upred) bildet, die dem Gleichstrom entspricht, der im folgenden Kommutierungsintervall auftreten würde, wenn der folgende Zündimpuls zu dem genannten Zeitpunkt gegeben würde,

b) ein vergleichendes Glied (F2; F5) enthält, das die genannte Größe (/_preii) mit einem Sollwert {I_rej) vergleicht und bei Übereinstimmung beider Werte das Steuerimpulsglied {SD) veranlaßt, den nächsten Zündimpuls abzugeben.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein den Maximalstrom erfassendes Glied enthält, das an die genannten funktionsbildenden Glieder eine Information gibt, wenn der Augenblickswert des Belastungsgleichstroms (/ßc) während des Intervalls seinen Maximalwert erreicht.

3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Maximalstrom erfassende Glied aus einem Transformator (T2) besteht, dessen Primärwicklung von dem Belastungsgleichstrom Udc) durchflossen ist, während der Nulldurchgang seiner Sekundärspannung die genannte Information darstellt.

4. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem funktionsbildenden Glied gebildete Größe {l_prei) dem Spitzenwert des Belastungsgleichstroms des nächsten Intervalls entspricht.

5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem funktionsbildenden Glied gebildete Größe (l_pred) zu einem Zeitpunkt, der um die Hälfte der durchschnittlichen Länge (T_n) eines Kommutierungsintervalls hinter dem Zeitpunkt für den Spitzenwert des Gleichstroms des jeweiligen Intervalls liegt, dem Spitzenwert des Gleichstroms dieses Intervalls entspricht.

6. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Größe (I_prcä) eine lineare Funktion der Zeit ist.

7. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Größe (l_pred) eine

Steigung von —8- -~- hat, wobei I/ die pulsierende Schwankungsbreite des Belastungsgleichstroms (/_DC) unter stationären Verhältnissen und T_n die durchschnittliche Länge des Kommutierungsintervalls ist

8. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, daß es zeitlich na/ nach dem Zeitpunkt tür den Spitzenwert des Belastungsstroms des jeweiligen Kommutierungsintervalls das impulserzeugende Glied zur Abgabe von Zündimpulsen beeinflussen kann.

9. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Größe (l^Ji so bemessen ist, daß sie vor dem Auftreten des Spitzenwertes des Belastungsstroms eines Intervalls dem Wert / +41 7 entspricht, wobei / der maximale Augenblickswert des Belastungsgleichstroms (I_x) ist.

10. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionsbildende Glied zumindest während eines Teils jedes Kommutierungsintervalls eine erste Größe ([I + Ii₁ ■ UJ*) bildet, die zu jedem Zeitpunkt der Spannungszeitfläche entspricht, die im Falle der Kommutierung zu diesem Zeitpunkt an der Induktivität des Gleichstromkreises während des Zeitintervalls zwischen diesem Zeitpunkt und der nächsten Spitze des Belastungsstroms liegen würde, daß es ein erstes addierendes Glied (F4) enthält, dem teils die genannte erste Größe und teils von dem stromabtastenden Glied (Tl, DB, Rl) eine dem Augenblickswert des Belastungsstroms entsprechende Größe zugeführt ist und das eine Ausgangsgröße (/_{N +} i) bildet, die der Summe dieser Größen entspricht, wobei diese Ausgangsgröße dem vergleichenden Glied (FS) zum Vergleich mit dem Sollwert (l_ref) zugeführt ist (Fig. 7).

11. Regelsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionsbildende Glied zeitbestimmende Glieder enthält, die in jedem Augenblick eine zweite Größe (1 +fe_tl/_r) bilden, die der Zeit (T_p + T„) bis zu dem Belastungsstrommaximum des nächsten Kommutierungsintervalls entspricht, und diese Größe einem Berechnungsglied [SQM) zuführen, das in Abhängigkeit von der genannten zweiten Größe die genannte erste Größe bildet.

12. Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitbestimmenden Glieder teils erste Glieder zum Bilden einer dritten Größe (Zc₁1₁) enthalten, die zu jedem Zeitpunkt dem Zeitabstand {T_p) zwischen dem fraglichen Zeitpunkt und dem Belastungsstrommaximum des jeweiligen Kommutierungsintervalls entspricht, teils ein zweites addierendes Glied (F3) enthalten, das zu der genannten dritten Größe eine vierte Größe addiert, die der Zeit (T_n) zwischen zwei Belastungsstromspitzen entspricht, um die genannte zweite Größe zu bilden.

13. Regelsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte erste Glied ein die Steigung des Stroms messendes Glied (T 2) enthält, das eine der Steigung des Belastungsstroms entsprechende Größe (U_s) bildet, welche die genannte dritte Größe bildet.

14. Regelsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte stromsteigungsmessende Glied einen Transformator (T2) enthält, dessen Primärwicklung von dem Belastungsstrom durchflossen wird und dessen Sekundär-

spannung dem genannten zweiten addierenden Glied zugeführt wird.

15, Regelsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (T2) einen mit Luftspalt versehenen Eisenkern hat.

16. Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsglied {SQM) quadrierende Glieder enthält, denei. die genannte zweite Größe (1 + ic, l/J zugeführt wird und die ein Ausgangssignal bilden, das dem Quadrat der genannten zweiten Größe entspricht, wobei dieses Aus&angssignal die genannte erste Größe bildet.