DE2223589C2 - Steuerschaltung zur unmittelbaren Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei Auftreten von Spannungsverzerrungen bei einem auf Einhaltung eines minimalen Löschwinkels gesteuerten, netzgeführten Drehstrom-Brückenwechselrichter - Google Patents

Description

— es ist für die Kommutierungsspannung eines jeden Ventils des gesteuerten Brückenwechselrichters eine Meßwertentnahmeeinrichtung vorgesehen;

— aus den Meßwerten wird für die Steuerung eines jeden Ventils eine zugehörige Vergleichsspannung abgeleitet;

— zu Vergleichs! sitpunkten, die je Ventil um einen solchen zeitlichen Abstand vor dem Nulldurchgang der Kommutierungsspannung liegen, daß danach noch eine sichere Kommutierung möglich ist, wird aus einem Vergleich zwischen Meßspannung und Vergleichsspannung die Entscheidung über eine Vorverlegung des Zündzeitpunktes abgeleitet;

— die Vergleichszeitpunkte werden mit Hilfe einer Schalteinrichtung aus Nulldurchgängen der Kommutierungsspannungen abgeleitet;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

— als Vergleichsspannung dient die Spannung eines Meßwertspeichers zum Speichern des zum jeweils vorhergehenden Vergleichszeitpunkt ermittelten Meßwertes;

— die Vergleichszeitpunkte für jedes Ventil werden von einer Schalteinrichtung bestimmt, die unmittelbar auf die positiven Nulldurchgänge der Kommutierungsspannung des in der gleichen Brückenhälfte zeitlich folgenden Ventils anspricht;

— die Zündzeitpunkt-Vorverlegung erfolgt bei Unterschreitung der Vergleichsspannung durch den Meßwert um einen vorgegebenen Mindestwert und wird mit einer gegenüber der Periodendauer der Wechselspannung großen Zeitkonstante wieder zurückgenommen.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestwert der Zündzeitpunkt-Vorverlegung proportional zur Differenz von Meßspannung und Vergleichsspannung ist

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung Transistoren (25) für jedes Ventilpaar in dem Brückenwechselrichter aufweist, die Meßwertentnahmeeinrichtung für die Ventilspannung beider Ventile eines Paares mit einem ersten Transistoreingang verbunden ist, das Schaltsignal für den Meßwertentnahmepunkt dem zweiten Transistorein-

. gang zugeführt ist, und die Ausgänge aller Transistoren (25) gemeinsam mit dem Meßwertspeicher (21, 22, 23) verbunden sind, der einen ersten Speicherkondensator (21), der mit den Ausgängen aller Transistoren verbunden ist, und einen zweiten Speicherkondensator (22) aufweist, der durch eine den Verstärkungsgrad eins aufweisenden Verbindungsschaltung (23) mit dem ersten Speicherkondensator (21) zur Speicherung einer gemessenen Ventilspannung von einem Durchlaßintervall eines

Ventils zum nächsten Intervall verbunden ist, und daß die Vergleichsschaltung eine Summierschaltung (32) aufweist, von der ein erster Eingang mit dem zweiten Speicherkondensator (22) und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang der Verbindungsschaltung (23) verbunden ist und die den Momentanwert einer gerade gemessenen Ventilspannung und den Meßwert der Spannung des zuvor durchgeschalteten Ventils, welcher auf dem zweiten Kondensator gespeichert ist, summiert und ein ausgangsseitiges Differenzsignal liefert

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenwechselrichter bei Netzfrequenz arbeitet und die Schalteinrichtung einen Tertiärtransformator (19) umfaßt, der mit den Wicklungen des Transformators des Brückenwechselrichters derart gekoppelt ist, daß er die kommutierende Phasenspannung um 120° phasenverschoben zur messenden Kommutierungsspannung wiedergibt, und der mit einer Monitorschaltung (18) verbunden ist, die bei den positiven Nulldurchgängen der Kommutierungsspannung Schaltsignale für die Meßwertentnahme liefert

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung zur unmittelbaren Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei Auftreten von Spannungsverzerrungen bei einem auf Einhaltung eines minimalen Löschwinkels gesteuerten, netzgeführten Drehstrom-Brückenwechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Steuerschaltung ist aus einem Aufsatz

j5 IEEE-Transaction Power Apperatus and Systems, Vol. Pas. 87, Nr. 3, März 1968, S. 866-872, bekannt

Bekanntlich treten bei fast allen Wechselstromsystemen während normaler Betriebsperioden vorübergehende Störungen in Form von Oberwellen usw. auf.

Dann ergibt sich eine Spannungsverzerrung, welche eine ausreichende Amplitude besitzen kann, um eine richtige Kommutierung eines netzgeführten, im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Stromrichters zu verhindern, insbesondere wenn dieser mit einem minimalen Löschwinkel arbeitet Bei den bekannten Steuerschaltungen ist insbesondere nachteilig, daß der minimale Löschwinkel oder Sicherheitswinkel unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors im wesentlichen konstant ist und, soweit eine Regelung erfolgt, ist diese relativ langsam und gewährleistet keinen stabilen Betrieb.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerschaltung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß der minimale Löschwinkel oder Sicherheitswinkel in Abhängigkeit von Spannungsverzerrungen schnell gesteuert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Steuerschaltung beim Auftreten vorübergehender Störungen in dem Wechselstromsystem schnell anspricht und schnell den Zündwinkel der Voreilung β für das nächste in der Wechsel-

richterbrücke zu zündende Thyristorventil vorverlegt Auf diese Weise werden ernsthafte Verminderungen der Kommutierungsspannung vorhergesehen und die Kommutierung wird früh genug begonnen, um ein

besonders langes Kommutierungsintervall zu schaffen und trotz der Spannungsverzerrungen einen ausreichenden Sicherheitswinkel zu erhalten, welcher ein sicheres Sperren des nächsten Thyristorventils gewährleistet

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Messung und Steuerung der Spannungsverzerrung zur Verwendung bei einer netzgeführten Hochspannungs-Gleichstrom-Stromrichterbrücke gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig.2 zeigt ein ausführliches Schaltbild einer Schaltung 7.ur Feststellung der Spannungsverzerrung und einer Vergleichungsschaltung für das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1.

Fig.3 zeigt eine Reihe von Spannungskurven an verschiedenen Punkten der Steuerschaltung nach F i g. 1 und 2 zur Veranschaulichung ihrer Arbeitsweise.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Messung und Steuerung der Spannungsverzerrung in einem Wechselstromsystem. Im oberen Teil der F i g. 1 iist ein netzgeführter Brückenwechselrich:er mit Transformatorkopplung gezeigt Die Wechselrichterbrücke hält sechs Thyristorventile 1 —6, die paarweise zwischen zwei Gleichstromleitern 11 und 12 und einem Satz von Wechselstromleitern R, B und Y für drei Phasen verbunden sind. Die Leiter R, B und Y sind mit den Phasenwicklungen R-N, Y-N und B-N eines Dreiphasen-Netztransformators verbunden (die Primärwicklung des Transformators ict nicht gezeigt). Die Thyristorventile 1—6 werden periodisch in der durch ihre Bezugsziffern angegebenen Reihenfolge gezündet Jedes Ventil umfaßt eine Ionenröhre, wie beispielsweise ein Thyratron, ein Ignitron oder ähnliches, oder ein Halbleiterventil, beispielsweise einen steuerbaren Siliziumgleichrichter bzw. Thyristor. Jedes der Ventile 1 —6 kann entweder einen einzelnen Thyristor oder mehrere Thyristoren in Reihenschaltung zur Erhöhung der »Kommutierungsspannung« genannt und besitzt die in den Fig.3a und 3b gezeigte allgemeine Kurvenform). Der Zündwinkel kann entweder ais ein »Verzögerungswinkel« alpha (λ), welcher in elektrischen Graden von dem Nulldurchgang an gemessen wird, an dem die Kommutierungsspannung des Ventils positiv wird (d. h. die Anode wird positiv bezüglich der Kathode), oder als ein »Voreilungswinkel« beta (β) ausgedrückt werden, der in elektrischen Graden vor dem periodisch

ίο wiederkehrenden Augenblick gemessen wird, an dem die Spannung den Nullpunkt durchlaufen hätte und negativ geworden wäre, wenn das Veni.il nicht gezündet worden wäre. Der Zündwinkel wird vorverlegt durch Erhöhung von β und zurückverlegt durch Verminderung

von ß. Bei einem Verzögerungswinkel α zwischen 0 und π/2 wird der Stromrichter als Gleichrichter betrieben. Wenn der Voreilungswinkel β im Bereich zwischen 0 und π/2 liegt, arbeitet der Stromrichter als Wechselrichter und liefert elektrische Leitung von der Gleichstromquelle zurück in das Wechselstromsystem. Die Steuerschaltung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen für eine Verwendung bei einem als Wechselrichter arbeitenden Stromrichter und kann auch mit irgendeinem anderen Wechselrichter verwendet werden, wie sie beispielsweise für den Antrieb von umkehrbaren Walzen und Reservenetzversorgungen verwendet werden, bei denen Spannungsverzerrungen im Wechselstromsystem auftreten können und der Wechselrichter mit minimalem Löschwinkel betrieben wird.

Die Löschwinkelsteuerung, wie sie auch in dem eingangs genannten Aufsatz beschrieben ist, kann auf folgende Weise zusammengefaßt werden. Für einen sicheren Betrieb des Wechselrichters muß der Voreilungswinkel β hinreichend groß sein, damit am Ende der Kommutation das tatsächlich verfügbare Intervall zwischen dem Aufhören des Stromdurchgangs durch das verlöschende Ventil und dem Zeitpunkt, in dem

dieses Ventil erneut einer wieder zugeführten Spannung

Spannung und/oder in Parallelschaltung zur Erhöhung 40 in Durchlaßrichtung standhalten muß, langer ist als ein des Stroms enthalten. Wenn sie in dieser Weise vorgegebener Mindestzeitraum, der als »kritischer untereinander verbunden sind, werden sie dann in an Mindestwert der Entionisationszeit« (für Ionenröhren) sich bekannter Weise gleichzeitig durchgeschaltet oder »Freiwerdezeit« (Thyristorventile) bekannt ist F ι g. 1 zeigt eine 6pulsige Stromrichterbrücke. Alterna- Dieses Intervall wird häufig auch als Sicherheitswinkel tiv können mehrere solcher Brücken vorgesehen sein, 45 des auslöschenden Ventils bezeichnet und in diesem deren Anschlüsse in Reihe miteinander liegen und deren Wechselstromanschlüsse mit Netzleitern mit entsprechender Phasenlage verbunden sind. Beispielsweise könnte ein 12pulsiger Stromrichter aus zwei in Reihe verbundenen 6pulsigen Brücken ähnlich der Brücke nach F i g. 1 gebildet sein, welche durch Wechselspannungen geeigneter Phasenlage aus Transformatorwicklungen in Stern- und Dreieckschaltung gespeist werden, die entsprechend untereinander verbunden sind,

um

eine Phasenverschiebung von 30° zwischen den jeweiligen Wechselstromanschlüssen der beiden Brükken zu erhalten (d. h. im Endeffekt erhält man einen 6phasigen Transformator).

Der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Stromrichter ist allgemein bekannt; deshalb sei hier nur kurz bemerkt, daß die Thyristor-Brückenschaltung 10 durch Zündimpulse gesteuert wird, welche zyklisch den Steuerelektroden der jeweiligen Thyristorventile 1—6 zugeführt werden, um sie in numerischer Reihenfolge durchzuschalten. Der Zeitpunkt, an dem ein Ventil relativ zu den periodisch wiederkehrenden Nulldurchgängen der Phasenspannung gezündet wird, ist auch als »Zündwinkel« bekannt (diese Spannung wird auch Zusammenhang kann der minimale Löschwinkel auch als ein »Sicherheitswinkel« im Sinne eines Zeitmaßes und nicht eines Winkelmaßes bezeichnet werden.

Die jeweiligen Thyristorventile des Stromrichters 10 so werden in der zeitlichen Reihenfolge gezündet durch eine Gruppe von Zündimpulsen, weiche den Steuerelektroden der Ventile aus einem Ventilzündsystem (nicht gezeigt) durch einen Zündzeitrechner (FTC) 13 zugeführt werden. Der Zündzeitrechner 13 umfaßt einen Oszillator variabler Frequenz, welcher durch einen Regler 14 geregelt wird und zum richtigen Zeitpunkt Steuerimpulse an das Ventilzündsystem (VFS) liefert zur Verteilung an die Steuerelektroden der Thyristorventile. Der Zündzeitrechner 13 und der Regler 14 können an sich bekannte Einrichtungen darstellen, welche die Erzeugung der erforderlichen Zündimpulse gestatten, deren Voreilwinkel β normalerweise von dem Wert eines eingangsseitigen Regelabweichungssignals abhängt, welches den Regler steuert. Dem Regler 14 wird ein eingangsseitiges Gleichspannungs-Regelabweichungssignal veränderlicher Amplitude von einem Summierungspunkt 15 zugeführt dem die Ist- und Sollwerte einer zu regelnden Größe

- zugeführt werden. Im Wechselrichterbetrieb ist üblicherweise eine Regelung mit konstantem Sicherheitswinkel erwünscht und der Mindestwert des tatsächlichen Sicherheitswinkels im Wechselrichter wird die Amplitude des Rückführungssignals bestim men. Trotzdem kann gelegentlich das Rückführungssignal den Wert des Gleichstroms wiederspiegeln, welcher in der Gleichstromübertragungsleitung 11 bis

12 fließt Der Summierungspunkt 15 summiert diese beiden eingangsseitigen Werte und gibt ein ausgangsseitiges Regelabweichungssignal ab, das die ggf. vorliegenden SignaUi.'ferenzen darstellt und zur Steuerung des Regie's 14 uud des Zündzeitrechners 13 dient Die von dem Summierungspunkt 15, dem Regler 14 und dem Zündzeil rechner 13 gebildete Hauptregelschleife oder normale Regelschleife regelt unter normalen Betriebsbedingungen den Stromrichter durch eine Erhöhung oder Verringerung des Winkels ß, wie sie notwendig ist, um die geregelte Größe (den Sicherheitswinkel) auf dem erwünschten konstanten Wert zu halten, der durch das Sollwertsignal vorgegeben ist Die durch diese Schleife erhaltene Regelung spricht jedoch relativ langsam an (sie erstreckt sich über mehrere Stromdurchlaßintervalle von Thyristorventilen) und sie kann daher nicht ausreichend sein, um einen stabilen Betrieb des Wechselrichters bei einer starken Spannungsverzerrung zu gewährleisten.

Bei der Steuerschaltung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur schnellen Feststellung einer Spannungsverzerrung im Wechselstromsystem eine Verzerrungsdetektoreinrichtung vorgesehen, weiche in F i g. 1 bei Ü6 und 16' gezeigt ist. Beide Spannungsverzerrungsdetektoren 16 und 16' sind in ihrem Aufbau und ihrer Arbeitsweise identisch und daher ist in Fig.2 nur ein Detektor mit weiteren Einzelheiten wiedergegeben. Der zusätzliche Detektor 16' ist vorgesehen zur Verwendung mit einer zweiten 6pulsigen Brücke (nicht gezeigt), welche zur Bildung eines 12pulsigen Stromrichters verwendet werden könnte. Wenn zvei solche Spannungsverzerrungs-Detektorschaltungen 16 und 16' verwendet werden, dann werden die Ausgangisignale der beiden Detektorschaltungen über ein ODER-Gatter zum Eingang der Schaltung für den ^-Grenzwert in dem Zündzeitrechner

13 eingespeist und das Regelabweichungssignal für die größte Verzerrung wird zur Steuerung beider Brücken ausgewählt

Der Aufbau und die Arbeitsweise der Spannungsdetektorschaltungen 16 und 16' wird im einzelnen erörtert im Zusammenhang mit Fig.2. An dieser Stelle wird lediglich darauf verwiesen, daß der Spannungsverzerrungsdetektor 16 mit eingangsseitigen niedertransformierien Meßwertsignalen für die Kommutierungsspannung versorgt wird, die mit den Bezeichnungen R-Y, Y-R, Y-B, B-Y, B-R und Ä-ß versehen sind. Die Signale werden den mit Mittelabgriff versehenen sekundären Wicklungen eines Hilfstransformators 17 entnommen, dessen Primärwicklung mit den entsprechenden Phasenwicklungen R-N, B-N und Y-N des Versorgungstransformators gekoppelt ist, welche einen Teil der Stromrichterbrücke 10 bilden. Diese eingangsseitigen Meßwertsignale für die Kommutierung werden in ihrer Amplitude abwärts transformiert Sie sind jedoch bezeichnend für die Kurvenformen der komrr.utierenden Phasenspannung, weiche über den jeweiligen Thyristorventilen 1 bis 6 erscheint wenn das entsprechende Ventil sperrt Somit bildet der Hilfstransformator 17 eine Einrichtung zum Messen von Momentanwerten der Kommutierungsspannung der jeweiligen Thyristorventile Ibis 6.

Neben den jeweiligen Thyristorspannungen wird der Spannungsverzerrungsdetektor 16 noch mit Umschäks Signalen für die Punkte zur Meßwertentnahme von dem Ausgang eines Monitors 18 für das Wechselstromsystem versorgt, wobei die Umschaltsignale für die Meßwertentnahme in der Phase um 120° verzögert sind gegenüber der Kommutiei>;ngsspannung der entsprechenden Thyristorventile 1 —6. Der Monitor 18 für das Wechselstromsystem umfaßt einen zweiten tertiären Transformator 19, der Sekundärwicklungen mit geerdeten Mittenabgriff besitzt, die über geeignete Schaltungen zur Feststellung der Amplitude und Schaltungen zur Wellen oder Impulsformung mit dem Eingang des Detektors 16 für die Spannungsverzerrung verbunden sind. Bei einem dreiphasigen Wechselstromsystem kann man eine Identifizierung des Probenahmepunktes für 120° leicht dadurch erhalten, daß man einfach den Nulldurchgang der um 120° versetzten Phasenspannung erfaßt, in geeigneter Weise umformt und dem Detektor 16 als Umschaltsignal für den Probenahmepunkt zuführt Zu diesem Zweck ist die Primärwicklung des Hilfstransformators 19 mit geeigneten tertiären Wicklungen verbunden und wird von diesen versorgt, wobei diese tertiären Wicklungen induktiv an die drei Phasenwicklungen AN, BN und YN des Netztransformators gekoppelt sind, welche einen Teil der Stromrichterbrficke 10 bilden. Zur erhöhten Sicherheit können anstelle eines einzigen Überwachungssystems zwei Monitoren für das Wechselstromsystem verwendet werden. In einem solchen Fall werden diese redundanten Wechselstromsystemmonitoren kreuzweise miteinander verbunden, so daß der Monitor für die Brücke, deren Bezugsziffern ein ' enthalten, den Detektor 16 versorgt und der Monitor für die andere Brücke den Detektor 16' versorgt Bei einer solchen Anordnung könnte bei Außerbetriebsetzung eines Satzes von Monitoren die Funktion mit einer gewissen Verringerung der Leitungsfähigkeit noch für den gesamten 12pulsigen Stromrichter erreicht werden.

Ein besseres Verständnis der Arbeitsweise der Steuerschaltung nach Fig. ί ergibt sich im Zusammenhang mit den Spannungskurven nach Fig.3. Fig.3a

« zeigt eine Reihe von positiven Halbperioden der Korninuiierungsspanung, welche über den entsprechenden Thyristorventilen während aufeinanderfolgender Ventilzündungen erscheint. Wie in Fig.3a dargestellt, wird der Wert der Kommutierungsspannung über den

so jeweiligen Thyristorventilen periodisch gemessen an einen Meßwertentnahmepunkt Dieser Punkt ist so ausgewählt, daß er einer Phasenverschiebung von 120° relativ zur Kommutierungsspannung entspricht. Bei jedem Meßwertentnahmepunkt für 120° wird die

Kommutierungsspannung des Thyristorventils erfaßt und auf einem Kondensator gespeichert. Wie im einzelnen noch nachstehend erläutert, wird im Augenblick der Probenahme der momentane Wert der Kommutierungsspannung des vorher stromleitenden

Thyristorventils erfaßt (Das vorher stromleitende Ventil ist dasjenige Ventil, welches bei der normalen Zündfolge unmittelbar vor demjenigen Ventil durchgeschaltet war, für dessen Kommutierungsspannung der Meßwert entnommen wird.) Wenn eine beträchtliche Verringerung in den neu erfaßten Wert vorliegt, dann wird eine ausgangsseitige Regelabweichungsspannung erzeugt zur Verwendung bei der Regelung des Stromrichters. Die Spannungswerte, weiche während

der Folge der Ventilzündungen an dem Speicherkondensator erscheinen, stellen im allgemeinen etwa stufen- oder treppenförmige Signale gemäß F i g. 3a dar.

F i g. 3b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Kommutierungsspannung, welche einem zusammenwirkenden s Paar der Thyristorventile zugeordnet ist (beispielsweise der Ventile 3 und 1) und veranschaulicht die Vorteile bei der Verwendung einer Steuerschaltung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in Fig.3 in durchgehenden Linien wiedergegebene Kurve ist die normale Kommutierungsspannung unter normalen Betriebsbedindungen. Normalerweise ist zu erwarten, daß der Voreilungswinkel ß, welcher den Zündzeitpunkt des Thyristorventils desjenigen Paars bezeichnet, dessen Kommutierungsspannung abgebildet ist, in der Größenordnung von 40° liegt, wenn der Wechselrichter mit Sicherheitswinkel bzw. minimalem Löschwinkel gesteuert wird. Beim Zünden des hereinkommenden Ventils (Ventil Nr. 3) bewirkt die Kommutierungsspannung, daß der Verbraucherstrom in bekannter Weise von dem zugeordneten löschenden Ventil übertragen wird. Es kann dann erwartet werden, daß der Kommutierungswinkel γ einen Bereich von etwa 22° einnimmt und damit ein Sicherheitswinkel δ von 18° für das löschende Ventil verbleibt, in dem es seine Sperrfähigkeit wiedererlangen kann (in diesem Intervall erscheint die abgebildete Kommutierungsspannung mit umgekehrter Polarität über dem löschenden Ventil 1). Die Kommutierungsspannung kann jedoch bei merklicher Störung verzerrt werden, wie es beispielsweise in Fig.3b mit strichpunktierten Linien dargestellt ist Die Spannung ist dann an dem Probenahmepunkt bei 120° um mehr als 15% unter dem normalen Wert der Spannung, es wird ein längeres Zeitintervall für die Kommutierung benötigt und der Sicherheitswinkel δ kann unzureichend sein, um eine volle Wiedererlangung der Sperrfähigkeit des löschenden Ventils zu gewährleisten. Der Grund für die Probenahme bezüglich der Kommutierungsspannungswellenform am Punkt 120° wird jetzt erkenntlich, da hierdurch ein Winkel von etwa 20° verbleibt, in dem eine schnell ansprechende Steuerung betätigt werden kann, um den Voreilungswinkel β hinreichend zu erhöhen und auf diese Weise der verminderten, für die Sperrung des fraglichen Thyristorsventils verfügbaren Spannung gerecht zu werden. Im Ergebnis wird selbstverständlich sowohl der Kommutierungswinkel γ als auch der Sicherheitswinkel δ vorgelegt, um eine sichere Abschaltung des dann noch leitenden oder löschenden Thyristors zu gewährleisten und einen so Kommutierungsfehler mit entsprechendem unbefriedigendem Betrieb des Stromrichters zu vermeiden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung wird jede Verzerrung von weniger als 15 als vernachlässigbar betrachtet und es wird dann von dem System keine korrigierende Wirkung vorgenommen.

F i g. 3c zeigt eine andere stark verzerrte Kurve der Kommutierungsspannung, weiche durch Oberwellen auf der Seite des Wechselstromsystems des Stromrichters verursacht werden kann. Hierbei ist die idealisierte normale Kommutierungsspannung in punktierter Linie wiedergegeben und die durch Oberwellen verzerrte Spannungskurve ist in ausgezogenen Linien dargestellt. Wegen der Oberwellen wird ein Meßwert für das Ausgangssignal am Meßwertentnahmepunkt 120° be-Iträchtlich oberhalb der erwarteten oder normalen IlCommutierungsspannung liegen. Wenn also nur dieser einzige Meßwert an dem 120°-Punkt entnommen

würde, könnte eine solche stark verzerrte Kurvenform gemäß F i g. 3c unerfaßt bleiben. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, vollzieht die Detektorschaltung eine mehrfache Probenahme der Ventilspannung, beispielsweise an dem verminderten Punkt Vi und an einem späteren Punkt V% und der letztere Meßwert ergibt eine zweite Gelegenheit zur Betätigung der Regelung zur Erzeugung eines vergrößerten Voreilungswinkels ß.

Die Art und Weise, in der die Probenahme bei einer stark verzerrten Spannungskurve gemäß Fig.3c erhalten wird, ist am besten ersichtlich aus den F i g. 3d und 3e. In 3d ist die Kurve der Phasenspannung, die um 120° bezüglich der Kommutierungsspannung des fraglichen Ventils verschoben ist und somit die Spannung das Umschaltsignal am Probenahmepunkt liefert, gestrichelt dargestellt und mit V'_c bezeichnet. Wenn jedoch infolge von Oberwellen anstatt dieser idealisierten Kommutierungsspannung die stark verzerrte, in ausgezogenen Linien bei V₀ dargestellte Kurve vorliegt, wird infolge der Oberwellen eine Vielzahl von Nulldurchgangspunkten für die Spannung in positiver Richtung auftreten. Der Monitor 18 ist auch ein Amplitudendetektor zur Erfassung des Nulldurchgangs in positiver Richtung für diese um 120° phasenverschobene Wechselspannung. Das Ausgangssignal aus diesem Ämplitudendetektor ist ein rechteckförmiges Signal, dessen Vorderflanke den Punkt anzeigt, an dem die Kommutierungsspannung durch Null gegangen ist. Das erhaltene ausgangsseitige Umschaltsignal von dem Monitor hat beispielsweise die in Fig.3e gezeigte Form, so daß bei stark verzerrten Kurven gemäß Fig.3c nicht nur ein eingangsseitiges Umschaltsignal sondern zwei solcher Signale von dem Monitor 18 zum Detektor 16 geliefert werden. Wenn daher als Folge hiervon ein irrtümlicherweise hoher Probenmeßv/ert an dem ersten Probenentnahmepunkt (dieser v/ird in der Gegend von etwa 120° liegen) durch die Detektorschaltung erhalten wird, wird wegen der doppelten Umschaltung von dem Monitor 18 ein zweiter Meßwert V₂ an einem späteren Punkt und vor der normalen Voreilung β für den Zündwinkel erhalten. Auf diese Weise steht genügend Zeit zur Verfügung für die Korrektur der stark verzerrten Kommutierungsspannung.

F i g. 2 zeigt den Aufbau eines bevorzugten Ausfünrungsbeispiels der verwendeten Detektorschaltung 16 für die Spannungsverzerrung. Diese Schaltung enthält einen Meßwertspeicher für die Meßwerte der Thyristorventilspannung, welche einen ersten Speicherkondensator 21 und einen zweiten Speicherkondensator 22 umfaßt, die durch eine Verbindungsschaltung 23 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsschaltung 23 besitzt den Verstärkungsgrad 1 und kann aus einer üblichen integrierten Schaltung oder einem Operationsverstärker bestehen. Die Rückführung des Operationsverstärkers 23 ist so eingestellt, daß der Verstärkungsgrad 1 ist Hierdurch v/ird die auf dem Kondensator 21 erzeugte Ladung zum Speicherkondensator 22 über eine Sperrdiode 24 übertragen, welche die Ladung des Kondensators 22 einfängt und speichert

Eine Platte des ersten Speicherkondensators 21 ist unmittelbar mit einem geerdeten Anschluß verbunden. Die andere Platte des Kondensators ist gemeinsam mit den Kathoden mehrerer in zwei Richtungen arbeitender Feldeffekt-Schalttransistoren 25a, 25b und 25c verbunden, die zusammen mit den Kondensatoren 21 und 22 und dem Verstärker 23 als eine übliche Schaltung zur Probenahme und Speicherung mit drei Eingängen

230 265/40

wirken. Ein Satz von drei dualen Halbwellen-Gleichrichterschaltungen 26a, 266 und 26c bewirken eine Vollweggleichrichtung der Kommutierungsspannungen der jeweiligen Ventilpaare. Sie sind mit den Anoden der Schalttransistoren 25a, 256 und 25c jeweils über Widerstandsschaltungen verbunden. Diese schwächen die Meß- oder Probewerte für die Ventilspannung AC-I bis AC-6, welche den Schalttransistoren geliefert werden, auf einen vorgegebenen Wert ab. Die Meßwerte AC-X bis AOB für die Kommutierungsspannung, welche von den entsprechenden mit Mittelabgriff versehenen Sekundärwicklungen des Hilfstransformators 17 nach F i g. 1 erhalten wurden, werden den jeweiligen dualen Halbwellen-Gleichrichtern 26a bis 26c als Eingangssignale zugeführt.

Die Umschaltsignale für den Meßwert-Entnahmepunkt, welche aus dem Monitor 18 für das Wechselstromsystem gemäß F i g. 1 erhalten werden, werden den Steuerelektroden der jeweiligen Schalttransistoren 25a—25c über invertierende Treibertransistoren 30a, 306 und 30c durch duale Halbwellen-Gleichrichterschaltungen 27a, 276 und 27c für die Pegelmessung und Impulsformung zugeführt, welche mit Ausgängen A X-A 6 von den mit Mittelabgriff versehenen Sekundärwicklungen des Hilfstransformators 19 der F i g. 1 verbunden sind. Auf diese Weise werden den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren 25a—25c Umschaltsignale zugeführt, welche von der Phasenspannung abgeleitet sind, die jeweils um 120° gegenüber den abgetasteten Kommutierungsspannungen phasenverschoben sind. Da in einer 6pulsigen oder 12pulsigen Thyristor-Stromrichterbrücke, die Kommutierungsspannung im wesentlichen um 120° gegenüber der Kommutierungsspannung eines bestimmten, zu löschenden Thyristorventils phasenverschoben ist, ist es lediglich notwendig, die Vorderflanke dieser Spannung zu erfassen und zu verformen, um sie dann als Umschaltsignal zur Identifizierung des Entnahmepunktes für den Mißwert zu verwenden.

Die erfaßten Umsrhaltpotentiale AX— A6, welche von dem Transformator 19 über den Monitor 18 für das Wechselstromsystem entnommen werden, werden jeweils über die Schaltungen 2:7a, 276 und 27c zur Messung des Pegelwertes und zur Impulsformung geführt Jede dieser Schaltungen, beispielsweise die Schaltung 27a, besteht aus einem Widerstand 41, einem Kondensator 42, einem Widerstand 43 und einer Diode 44. Diese Bauteile sind dabei so angeordnet, daß sie einen positiven Impuls konstanter Amplitude von etwa 10 μβ Dauer an der Vorderflanke der eingangsseitigen Signalspannung von der Sekundärwicklung des Transformators 19 angeben, wenn die Spannung entsprechend den Abbildungen in den Fig.3d und 3e in positiver Richtung durch Null geht Selbstverständlich wird nur ein einzelner Impuls erzeugt, wenn nur ein einziger Nulldü:chgang auftritt. Dieser Impuls ist dann bei normalen Betriebsbedingungen ohne Verzerrung im Wechselstromsystem an dem Meßwertentnahmepunkt 120°. Dieses Eingangssignal (bezeichnet mit A₅) tritt an dem Meßwertentnahmepunkt 120° für das Thyristorventil 3 auf. In ähnlicher Weise entsteht an den Widerständen 45 und 47, dem Kondensator 46 und der Diode 48 ein positiver Umschaltimpuls an der Vorderflanke des Eingangssignals Ai, welches gegenphasig zum Eingangssignal As ist und den Meßwertentnahmepunkt 120° für das Thyristorventil 6 liefert. Diese, den Eingangssignalen As und Ai zugeordneten positiven Impulse werden in der Art eines Betriebs mit Oder-Verhalten weitergegeben zur momentanen Sperrung des Transistors 30a. Ähnliche Anordnungen sind vorgesehen für die Eingänge Ai, A4 und A3, Ae des Monitors zur Ansteuerung der Transistoren 306 und 30c. Daher werden die Transistoren 30a, 306 und 30c kurzzeitig zweimal in jeder Periode der Kommutierungsspannung in der Reihenfolge mit einem Phasenabstand von 60° gesperrt.
Während des kurzen Zeitintervalls (10 us), in dem der Transistor 30a gesperrt ist, wird der Umschalttransistor 25a eingeschaltet und der Kondensator 21 nimmt die momentane Spannung über den Widerständen 51 und 52 am Ausgang der Widerstands-Verbindungsschaltung 26a an. Auf diese Weise werden die Kommutierungsspannungen für die Ventile 3 und 6 gemessen bei einem Winkel « = 120°, und dieser Punkt liegt für einen Zündwinkel β = 40° um einen Winkel von 20° vor dem Zündpunkt des Ventils. Die Arbeitsweise der Transistoren 306 und 30c gestatten eine ähnliche Meßwertentnähme der Kommutierungsspannungen für die Ventile 2,5 und 1,4. Daher speichern die Kondensatoren 21 und 22 währen einer Periode von 60° die momentanen Kommutierungsspannungen für den Zeitpunkt «= 120° für die Ventile 1 —6 in Folge. F i g. 3a zeigt die Spannung am Kondensator 22 für unsymmetrische Spannungsamplituden des Dreiphasen.-Wechselstromsystems. Bei symmetrischen Amplituden ist die Kondensatorspannung auf einem konstanten Wert, da alle Kommutierungsspannungen an ihren 120°-Punkten die gleiche Amplitude besitzen.

F i g. 3c zeigt den Verlauf der Kommutierungsspannung für eines der Ventile (beispielsweise Ventil 3) unter Bedingungen mit starkem Oberwellengehalt, so daß mehrfache Nulldurchgänge auftreten. Das entsprechende Ausgangssignal A% des Monitors für das Wechselstromsystem ist in Fig.3e dargestellt Es wird erzeugt als Ergebnis der Verhältnisse der Kommutierungsspannung am Ventil 5 (d.h. desjenigen Ventils, dessen Kommutierungsspannung um 120° gegenüber dem Ventil 3 verschoben ist). Die Auswirkung des doppelten Ausgangsimpulses aus dem Monitor für das Wechselstromsystem besteht darin, daß eine doppelte Meßwertentnahme der betroffenen Kommutierungsspanungen an den Punkten απ = 120° — Φ und ωτ = 120° + θ erfolgt. (Die Summe von Φ + θ ist gleich der Gradzahl 7-wischen den beiden nach positiven Werten verlaufenden Nulldurchgängen der Kommutierungsspannung am Ventil 5). im allgemeinen wird eine Amplitudendifferenz zwischen den gemessenen Spannungen an diesen beiden Punkten bestehen. Wie noch nachstehend erläutert, wird bei einer ausreichenden Differenz der Amplituden die Schaltung ähnliche Schutzmaßnahmen bewirken, wie im Falle allgemeiner Verringerung der Spannung im Wechselstromsystem.

Unter normalen Wechselstromverhältnissen liegt über dem Kondensator 22 und dem Wiierstand 29 fast die gleiche Spannung als Ergebnis der gemessenen Spannungswerte an den Punkten ωτ = 120° der Kommutierungsspannungen. Wenn jedoch eine Ver-

miiiderung dieser Spannungen auftritt, wird die Diode 24 in Sperrichtung vorgespannt, da der Kondensator 22 sich nur mit einer geringen Geschwindigkeit entlädt (T= 150 Mikrosekunden), wie sie durch die Widerstände 34 und 35 eingestellt ist Die Spannung über dem Widerstand 29 folgt der gemessenen Spannung. Daher ist eine Fehlerspannung zwischen den Differentialeingängen des Verstärkers 32 vorhanden, deren Momentanwert gegeben ist durch die Verminderung deir

11 12

Spannung an diesem bestimmten Meßwertpunkt zungsschaltung zugeführt wird, ist in F ig. 3h dargestellt.

{ων — 120°) gegenüber der zuvor an solchen Meßwert- Die Darstellung ist etwas übertrieben zur Erleichterung

punkten gemessenen höchsten Spannung. Daher geht der Betrachtung und läßt erkennen, daß der größte

der Ausgang des Verstärkers 32 von seinem vorherigen Wert der Differenz zwischen dem auf dem Kondensator

Wert von etwa 0 V auf irgendeinen positiven Wert 5 22 gespeicherten Meßwert für die Ventilspannung und

proportional diesem Regelabweichungssigna multipli- dem momentanen Meßwert für die Spannung mit einer

ziert mit dem Verstärkungsgrad dieser Stufe. Zeitkonstante Γ (50 ms) gegen Null abklingt Solange

Wenn im nächsten Falle einer Meßwertentnahme die das ausgangsseitige Regelabweichungssignal unter Spannung größer oder gleich der zuvor auf dem einem Schwellwert liegt, welcher repräsentativ ist für Kondensator 22 gespeicherten größten Spannung ist, io die Einstellung von β min, arbeitet der Stromrichter dann wird das Regelabweichungssignal und damit das normal unter der Annahme, daß keine Spannungsabsen-Ausgangssignal des Verstärkers 32 auf 0 zurückkehren. kungen oder Spannungsunsymmetrien im Wechel-Wenn jedoch die gemessene Spannung sich weiterhin stromsystem erscheinen. Wenn jedoch gemäß F i g. 3g während einiger Zeit entsprechend der Zeitdauer der und 3h die Störung lange genug ausgedehnt ist, um die Störung vermindert, wird in dieser Zeitdauer ständig ein 15 Kommutierungsspannung des nächstfolgend zu zünden-Regelabweichunnssignal vorhanden sein und bewirken, den Thyristorventils zu beeinträchtigen, dann wird das daß während dieses Zeitraums das Ausgangssignal des an 0-Begrenzungsschaltung zugeführte Signal erneut Verstärkers 32 positiv bleibt In jedem Fall besitzt ein aufgestuft auf einen Pegel, welcher durch die Größe der bestimmter Eingang zur ß-Begrenzungsschaltung des Unsymmetrie bestimmt ist Von diesem Punkt an wird es Zündzeitrechners 13 eine Zeitkonstanie von 50 ms, 20 sich wieder mit der Zcnki.·, i·^ T -sch Werten mit welche einer Dioden-Kondensator-Speicheranordnung dem Pegelausgangssignal Null hin entladen,;. ~.ά;- iL
ähnlich der Anordnung der Diode 24 und des Zustand mit unverzerrter Kommutierungsspannung Kondensators 22 zugeordnet ist Die Auswirkung dieser bezeichnet, vnd die 0-Begrenzungsschaltung nimmt Anordnung oesteht darin, daß der Grenzwert ß_Min von erneut ihre Einstellung für β min an. Auf diese Weise seinem neuen hohen Wert vermindert wird auf seine 25 arbeitet der Stromrichter unter aii-sn normalen Be-Nennwerteinstellung mit einer Zeitkonstante von 50 ms. triebsbedingungen mit einer normalen Sicierheiisv Dann wird wieder die Sicherheitswinkelsteuerung auf- kslregelung zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgenommen, wenn der Grenzwert ß_Mm auf denjenigen grades. Die Zündwinkelvorverlegung des Stromricniers 0-Wert vermindert ist der für die Sicherheitswinkel- wird jedoch sofort bei Erfassung einer Spannungsversteuerung erforderlich ist Weiterh-n wird ein Maximal- 30 zerrung in dem Wechselstromsystem auf den Maximalwert von ß_MiN = 55° in der 0-Begrenzungs-Wählschal- wert von ß_M/N erhöht Das Ausmaß der Vorverlegung tung erzwungen. von β wird bestimmt durch die Amplitude des

Fig.3f zeigt die Arbeitsweise des Summier verstär- abgegebenen Regelabweichungssignals,
kers 32. Es sei für den Anfang angenommen, daß keine Das ausgangsseitige Regelabweichungssignal von der Verzerrung in der Spannung des Wechselstromsystems 35 Detektorschaltung 16 für die Spannungsverzerrung vorhanden ist Der Wert für die auf den Kondensatoren wird der /3-Begrenzungsschaltung des Zündzeitrechners 21 und 22 gespeicherten Spannung ist dann dargestellt 13 parallel und zusätzlich zur normalen Regelschleife durch den Spannungspege! V₀ Solange dieser Zustand zugeführt welche durch den Summierungspunkt 15 und besteht, bleibt im Moment der Meßwertentnahme den Regler 14 vorgesehen ist Infolgedessen spricht die dieser Wert V_c praktisch konstant und das momentane 40 Schaltung zur Messung und Steuerung von Spannungs-Eängangssignal, das über den Widerstand 29 zugeführt Verzerrungen schnell an und ist in der Lage, den wird, ist in geeigneter Weise verringert so daß es unter minimalen ^-Grenzwert für das als nächstes zu diesen Verhältnissen zu einem Ausgangssignal 0 vom zündende Thyristorventi! in den Stromrichter zu Sumniierverstärker 32 führt Wenn jedoch eine erhöhen. Wenn eine 12pulsive Brückenschaltung verVerzerrung in der Spannung auftritt wie sie bei V_D in 45 wendet wird, werden die Regelabweichungssignale von F i g. 3b oder bei V₂ in F i g. 3c dargestellt ist dann wird zwei getrennten Detektorschaltungen 16 und 16' für die der momentane Wert der gemessenen Spannung Vr Spannungsverzerrung an ein Oder-Gatter gegeben, das unter den Wert V_c gemäß der Darstellung nach Fig.3f am Eingang der ß-Begrenzungsschaltung in dem absinken. Der Summierverstärker 32 wird dann an Zündzeitrechner 13 enthalten ist Dann würde das seinem Eingang ein Differenzsignal Vc- Vr gemäß der 50 größte Regelabweichungssignal ausgewählt und der Abbildung in Fi g. 3g erhalten. 0-Begrenzungsschaltung zur Steuerung des Stromrich-

Das Regelabweichungssignal, welches der 0-Begren- ters zugeführt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   J. Steuerschaltung zur unmittelbaren Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei Auftreten von Spannungsverzerrungen bei einem auf Einhaltung eines minimalen Löschwinkels gesteuerten, netzgeführten Drehstrom-Brückenwechselriehter mii folgenden Merkmalen: