DE2202871C3 - Regelsystem für Stromrichter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem für einen Stromrichter, an dessen Gleichstromklemmen eine induktive Last angeschlossen ist und der mehrere steuerbare Vei!t^;i.e sowie ein Steuerimpulsglied enthält, das an die Ventile angeschlossen ist und diese mit Zündimpulsen in einer im voraus bestimmten Koinmutierungsfolge 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 An derung des Steuerwinkels α, 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 Gleichspannung und damit des Gleichstroms, d. h. bei 50 Hz nach 3,33 ms. Diese Begrenzung der Ansprechgeschwindigkeit liegt in der Stronirichterschaltung selbst und kann nur durch Wahl anderer Stromrichterschaltungen mit höherer Impulszahl als 6, d. h. mit mehr als 6 Zündimpulsen pro Wechselspannungsperiode, beeinflußt werden.

Die Zeitkonstante in bisher bekannten Systemen zum Regeln des Gleichstroms eines Stromrichters ist jedoch wesentlich größer als die Länge eines Kommutierungsintervalls. 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 fur einen insbesondere drei- oder sechsphasigen Gefäßstromrichter 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 Regelabweichung besteht insofern, als nicht der gleichgerichtete Stromistwert geglättet wird und auch keine besonderen Glättungsimittel zur Beseitigung von Pulsationen der Regelabweichung vorgesehen sind. Die Regelabweichung wird jedoch über drei in Reihe geschaltete Vormaginetisierungswicklungen geleitet, von denen jede zu einer veränderlichen Induktivität gehört, deren Hauptwicklung jeweils im Kreis einer Phasenschwenkbrücice liegt. Diese Vormagnetisierungswicklungeii stellen erhebliche Induktivitäten im Stromkreis der Regelabweichung dar, wodurch die Zeitkonstante des Regelkreises erheblich erhöht wird. Um die Schnelligkeit des Regelkreises zu erhöhen, isi 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 gemessenen 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 isi den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele üoll 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;

Fi g. 4 zeigt dii: Herleitung der Prediktionskurve sowie die in Fig. 2 verwendete angenäherte Prediktionskurve;

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

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 Fig. 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 U₅ 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 U_p an das Regelsystem.

Ein dreiphasiger Stromtransformator T₁ 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 ■ /_Sl„ ist in jedem Augenblick proportional dem Gleichstrom 1 des Stromrichters.

Die Primärwicklung eines Transformators T 2, dessen Eisenkern mit einem Luftspalt versehen ist, wird von dem Gleichstrom / durchflossen. Die Sekundärspannung -ρ 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 NDl 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 kurzen (z. B. 0,2 ms) Impuls an das Relais RE gibt, das dabei anspricht. Das Relais ist der Einfachheit halber als ein elektromagnetisches Relais dargestellt, kann aber natürlich ein kontaktloses Relais sein, bei dem die Kontaktfunktionen 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 U₁ wird dabei zu — Rl-I_n am Eingang des Verstärkers Fl addiert, mit von den Widerständen £3 und J?5 bestimmten Skalenfaktoren, und das Ausgangssignal des Verstärkers wird, da der Eingang invertiert ist, positiv und auf Grund des Rückschaltwiderstands R 2 proportional der Summe von Uf und Rl-I_n,. Wenn das Relais abfällt, wird Kl geöffnet und K 2 geschlossen. Der Verstärker arbeitet nun als reiner Integrator mit dem Rückschaltkondensator C, und dessen Ausgangsspannung, l_prci, fällt linear mit einer konstanten und von U₁, R₄ und C bestimmten Geschwindigkeit. I_prell wird dem invertierten Eingang des Komparators Fl zugeführt.

ίο Dem nicht invertierten Eingang wird ein Signal l_ref zugeführt, dessen Wert mit Hilfe des Potentiometers R 6 eingestellt wird. Das Ausgangssignal von Fl ist Null, wenn I_pred > I_ref ist und Eins, wenn I _d < I_ri,f ist. Das Ausgangssignal von ND1 und das Signal U_p

werden den Eingängen des invertierten ODER-Gatters Nl zugeführt, dessen Ausgangssignal Null ist, außer wenn die beiden Eingangssignale Null sind. Das Ausgangssignal von Nl wird in dem Zeitverzögerungskreis TF um eine Zeit T, z. B. 0,2 ms, verzögert und dem einen Eingang des U N D-Gatters A zugeführt, dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal von Fl zugeführt wird. Wenn beide Eingangssignale in A Eins sind, erhält man von A ein Ausgangssignal U_s, 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 /_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_M 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 Δ 7 des Gleichstroms wird proportional zu dem Flächeninhalt der gestrichelten Fläche in der Figur und ergibt sich aus dem Zusammenhang

1/ = -V-

wobei L die Induktivität der Last ist.

Bei stationärem Betrieb ist das Integral von Udc - Um über der Zeit zwischen zwei Strommaxima Null, und aufeinanderfolgendeStromspitzenliegen deshalb auf demselben Niveau 7.
Eine Vorverlegung eines Zündimpulses um die Zeit AT bedeutet, wie in F i g. 4a gezeigt wird, eine Zunahme des genannten Zeitintegrals um den Wert Λ T

¹J- ■ 8 γ*,. Die nach dem vorverlegten Zündimpuls

folgende Stromspitze wird daher die vorhergehende Stromspitze mit

■ AI

übersteigen.

Eine Vorverlegung von AT-T_n ergibt ΔI = 8ΔΙ. Fig. 4b zeigt den somit erhaltenen Zusammenhang zwischen Zündaugenblick und nachfolgender

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

8 Ί /
mit der Steigung —ψ—, die durch den Punkt I_DC — 7; t = T_n, geht, wobei / der Stromspitzen wert des jeweiligen Komimutierungsintervalls ist. Wenn der Zündimpuls bei t_t erfolgt, bekommt die nachfolgende Stromspitze den Wert /,, und wenn er bei t₂ erfolgt, erhält man den Stromspitzenwert I₂, wie in Fig. 4b gezeigt ist.

Gemäß der Erfindung wird die Prediktionskurve I^ mit einem Bezugswert I_ref verglichen, der dem gewünschten St romspitzen wert 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 I₀₀ = 7; 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 vernachlässigbaren Wert reduziert.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten System wird die Prediktionskurve im Augenblick des Auftretens der Stromspitze U = ^f- in F ig. 4b j gebildet. Die Größe 4,17 + 7 wird als Anfangswert einem Integrator zugeleitet, dessen Ausgangssignal bis zur nächsten

nil

Stromspitze mit der Steigung ~- abnimmt. Das

* n

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 = ! + 4Λ/gebildet werden und bei der Stromspitze in die in Fig. 4b gezeigte richtige Linie übergehen und danach dieser folgen.

Bei der Stromspitze wird -gf ^Nul1'

in Fig. 2

ändert sein Ausgangssignal von 1 in 0, N1 ändert sein Ausgangssigna! von 0 in 1, PG gibt einen kurzen (0,2 ms) Impuls an RE, der - CZ₁ über R 5 und - R1 /_tt über A3 mit Fl verbindet^dessen Ausgangsspannung einen Wert annimmt, der / + 4AI entspricht. RE fällt nach 0,2 ms, und das Ausgangssignal von Fl, I^₀,,

Q Λ Τ

nimmt mit der Steigung —ψ- ab, die von L^, K₄

und C bestimmt wird. Wenn "/__ci) gleich I_ref wird, wird das Ausgangssignal von Fl positiv, und eine Eins wird von Fl an A gegeben, das SPD das Signal 17, 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 N2.von NDl eine Eins zugeführt, und das Ausgangssignal von Nl und TF ist Null. Bei der Stromspitze wird das Signal von ND1 in Null geändert, Nl gibt eine Eins ab, und nach einer Zeit T, die so abgepaßt ist, daß der Integrator einen

to 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_p über N1, PG und RE eine Initialwerteinstellung des Integrators. Die Prediktionskurve beginnt in diesem Fall direkt nach dem Zündimpuls.

Ui und U₁ in Fi g. 2 kann man von einer einzigen Spannungsquelle erhalten. Indem man diese variiert, ändern sich C^ und U₁ 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 = 7, ί = T_n (Fig. 4b) gehen soll.

Eventuell kann die Neigung der Kurve automatisch 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 Kommutierungsintervall zum anderen erhalten kann, 4· AI, wobei AI der Spitze-zu-Spitze-Wert der Pulsation des Belastungsstroms unter stationären Verhältnissen ist.

Bei der unten beschriebenen Ausführungsform 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 Fig. 5 und 6 ist angenommen, daß der Strom im Kommutierungsaugenblick T₁ den Wert /, hat. Die vom Stromrichter abgegebene Gleichspannung folgt vor f, der Kurve U_n. die näherungsweise als eine Gerade gezeigt ist U, ist die Gegenspannung der

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

Hieraus erhält man

df

- U₁

bestimmt wird, wobei L die Induktivität des Gleichstromkreises ist. Wenn keine Kommutierung erfolgt wäre, wäre / nach f, der gestrichelten Kurve gefolgt. Bei f₂ wäre U_n - U, Null geworden, und / hätte in diesem Augenblick einen Maximalwert I_n gehabt.

Eine Kommutierung erfolgt bei f„ 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 F i g. 6. Diese liegt um den Wert Up höher als U_n. Die Größe U_n+1- U, wird Null bei f₃, und / hat deshalb (wenn keine neue Kommutierung vorher erfolgte) in diesem Augenblick seinen Höchstwert. Dieser Höchstwert wird I_{n + 1} genannt.

Während des Intervalls f, —1₃ wird -j- von

I*.

Gemäß F i g. 6 ist

U, - U₁ =

Da aber bei r, auch

U₁ -U₁ = L

gilt, ergibt sich, daß

Jjl T.

U₀

df

d/
df

ist.

bestimmt, woraus sich für / ergibt:

_dt kann mit Hilfe eines an den Laststromkreis angeschlossenen, mit einem Luftspalt versehenen Transtormators gemessen werden, dessen Ausgangsspannung U₁ der Größe *jL proportional ist. Da L und CZ₀ konstant sind, ist

-U

^Ldt.

T_p T.

= K ■ υ,

Bei f₃ ist / = I_n+1, was man aus

wobei Ik₁ 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 7 .. d h

^J3

= '. + χ J(U_n+1 -U₁)

erhält.

Nachfolgend wird t₂ - T₁ mit T_P bezeichnet, d. h. die Kommutierung erfolgt die Zeit Tp vor der Strom spitze, die sonst eingetreten wäre (bei t₂). I₃ — t₂ wire mit T_n bezeichnet und entspricht dem Kommu tierungsintervall bei stationärem Betrieb.

- U₁)Ut

ist die gestrichelte Fläche in Fig. 6. Deren Größe entspricht

<!t ί *■ ü *' ^{kann also zu} J^edem Zeitpunkt der Mrom bei der nächsten Stromspitze einfach berechnet werden vorausgesetzt, daß die Kommutierung in

«, dir P^i^{ltpUnlCt erf0l}St· ^Diese Größe wird gemäß κ ■ t™^ndung. ¹^t einer Bezugsgröße verglichen, und bei Übereinstimmung wird ein Zündimpuls an das

h£p 5?^"' ^{das an der Reihe} »st· Dadurch, daß die Prediction auch vor der Stromspitze des jeweiligen Kommuüerungsintervalls gemacht wird, kann eine Rundung auch vor der Stromspitze erfolgen und hierdurch eine große Stromändening von einem Kommuüerungsintervall zu dem nächsten erreicht werden. Das bedeutet, daß das System eine sehr schnelle Regelung ermöglicht.

Die zuletzt beschriebene Methode kann sowohl 7 ^ai!i-ⁿo^{Ch der} Stromspitze angewendet werden. Zweckmaßigerweise wird sie jedoch vor der Stromspitze angewendet, während die zuerst beschriebene Methode nach der Stromspitze angewendet wird.: or ^{Κλ& am} Ausfflhrungsfonn eines solchen — ( U_n + -iiU \(T + Tι - ^U°^T« Λ . ^TA² _n7Xi^yS^' ^^{T Hau}Piß"eis und die Funktion des

2 Γ^{0 +} T_n ^U°)^{T" ^{+ T}"^] T~ V + y-) · ^nacl^der Stromspitze verwendeten Prediktionssysteins

ν i./ wurden bereits oben beschrieben. Letzteres gibt

über dais UND-Gatter A 1 ein Ausgangssignal C₁ 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 +}, entsprechenden Prediktionswert bilden zu können, wird das Ausgangssignal von T2. C_s —^t über den Widerstand Λ 8 dem Verstärker F 3 zugeführt. Ein konstantes positives Potential wird dem Verstärker über den Widerstand Rl zugeführt. Das Ausgangssignal von F3 erhält man durch geeignete Wahl von Rl und R8, so daß es -(1+Jc₁-IZ₁) entspricht. Diese Größe wird einem Quadrierungsglied SQM zugeführt, dessen Ausgangssignal — (I +fc, ■ CJ² entspricht. Diese Größe wird dem Verstärker F 4 über einen Widerstand R10 zugeführt, über den Widerstand R9 wird ein dem Belastungsgleichstroiii entsprechendes Signal zuge

führt. R 9 und R 10 sind so gewählt, daß das Ausgangssignal von F 4

entspricht. Diese Größe wird im Verstärker Fi mit der Bezugsgröße l,_ef verglichen. Das Ausgangssignal von FS ist Null, wenn I_n+1 > l_Tef und Eins, wenn I_{n + 1} < l_reJ. Es wird über das UND-Gatter A2 und 01 dem Steuerglied SPD zugeführt. Auf entsprechende Weise wie bereits beschrieben ist ein invertiertes ODER-Gatter N3 angeordnet, das verhindert, daß Zündimpulse von F5 über A2 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

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   22 S

   1. 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 Kommuiierungsfolge 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, dadurch gekennzeichnet, daß das System

   a> ein funktionsbildendcs Glied enthält, das zu jedfim Zeitpunkt während mindestens eines Teils des Kommutierungsintervalls auf Grund des gemessenen Gleichstroms eine Größe (Ipred) 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 (F 2; F 5) enthält, das die genannte Größe (/p,._e<() mit einem Sollwert (J_re/) 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 (Iac) während des Intervalls seinen Maximalwert erreicht.

   3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Maximalstrom erfassende Glied aus einem Transformator (T 2) besteht, dessen Primärwicklung von dem Belastungsgleichstrom (Iac) 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 (I_pred) dem Spitzenwert des Belastungsgleichstroms des nächsten Intervalls entspricht.

   5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem funktionsbildenden Glied gebildete Größe (I_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_pred) 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 J/ die pulsie- ^J

   rende Schwankungsbreite des Belastungsgleichstroms (I_DC) unter stationären Verhältnissen und

   871

   T_n die durchschnittliche Länge des Kommutierunssintervalls ist.

   87 Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, daß es zeitlich nur nach dem Zeitpunkt für den Spitzenwert des Belas.tungsstroms des jeweiligen Kommutierungsintervalls das impulserzeueende Glied zur Abgabe von Zündimpulsen beeinflussen kann.

   9. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Größe (I_pred) so bemessen ist, daß sie vor dem Auftreten des Spitzen wertes des_ Belastungsstroms eines Intervalls dem Wert /+4JJ entspricht, wobei / der maximale Augenblickswert des Belastungsgleichstroms (I_1x) 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 + Jt₁ · U₅]²) 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 (7'1, DB, Rl) eine dem Augenblickswert des Belastungsstroms entsprechende Größe zugeführt ist und das eine Ausgangsgröße (/jv _{+ 1}) bildet, die der Summe dieser Größen entspricht, wobei diese Ausgangsgröße dem vergleichenden Glied (F 5) zum Vergleich mit dem Sollwert (7_re/) 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 + Jc₁IZ₅) bilden, die der Zeit (T_p + T_n) 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 (ki U,) enthalten, die zu jedem Zeitpunkt dem Zeitabstand (7_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 (T 2) enthält, dessen Primärwicklung von dem Belastungsstrom durchflossen wird und dessen Sekundär-

   spannung dem genannten zweiten addierenden Glied ;!ugeführi wird.

   15. Regelsystem nach Anspruch !4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (Γ2) einen mit Luftspalt versehenen Eisenkern hat. s

   16. Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnung »glied (SQAf) quadrierende Glieder enthält, denen die genannte zweite Größe (1 + k_x U₁) zugeführt wird und die ein Ausgangssignal bilden, das dem Quadrat der genannten zweiten Größe entspricht, "Obei dieses Ausgangssignal die genannte erste Größe bildet.