DE2229608A1

DE2229608A1 - Anordnung zur Winkelsteuerung von Stromrichtern

Info

Publication number: DE2229608A1
Application number: DE19722229608
Authority: DE
Inventors: Aake Dipl.-Ing. Ludvika Ekström (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1972-12-28
Also published as: GB1389697A; US3767999A; SE350166B; DE2229608B2; DE2229608C3

Description

Anordnung zur Winkelsteuerung von Stromrichtern

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Winkelsteuerung von Stromrichtern, von der an ein Steuerorgan (z.B. ImpulsgeneiHtor) für die Ventile des Stromrichters ein Signal zum Einstellen des Phasenwinkels der Steuerimpulse für die Ventile geliefert wird und die einen Regelkreis umfaßt, an dessen Eingangsseite die Differenz zwischen dem Istwert des Stromrichterstroms und einem Sollwert angeschlossen ist, wobei der Regelkreis integrierendes Verhalten hat, d.h. das Stellglied der Regelung wird so lange verstellt, bis der Istwert gleich dem Sollwert ist, der Regelfehler und damit die Eingangsgröße des Regelverstärkers also Hull ist.

Die Steuerung eines Stromrichters geschieht in erster Linie durch Einstellung des Steuerwinkels der Stromrichterventile, und diese Steuerwinkeleinstellung erfolgt gewöhnlich - insbesondere bei Stromrichtern für die Übertragung hochgespannten Gleichstroms - durch eine Stromregelung, die wiederum einer

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anderen Regelung, z.B. der Leistungsregelung, untergeordnet sein kann. Die Stromregelung geschieht durch Vergleich des Ist- und Sollwertes des Stromes, und die Differenz dieser beiden Werte wird dem Regelverstärker eines Regelkreises zugeführt, der ein Signal an einen Steuerimpulsgenerator des Stromrichters gibt, der diesem Signal entsprechend Steuerimpulse mit einem gewissen Steuerwinkel abgibt.

Ein Stromrichter mit einer Stromregelung mit integrierendem aus

Charakter ist/der DT-OS 1 811 199 bekannt. Die Winkelsteuerung dieses Stromrichters geschieht in Abhängigkeit von der Periodenzeit eines an den Stromrichter angeschlossenen Wechselstromnetzes. Im Prinzip mißt man ständig die genannte Periodenzeit, teilt sie durch die Impulszahl des Stromrichters und gibt einen Steuerimpuls für jedes solches Zeitintervall (Bruchteil der Periodenzeit). Die Steuerimpulsfolge wird von einem Signal eines Regelverstärkers eingestellt, wobei das Signal von dem Stromfehler abhängig ist und zu einer Verlängerung oder Verkürzung der genannten Zeitintervalle führt. Die Punktion wird durch den Ausdruck T:n - t + £ t beschrieben, wobei T die Periodenzeit, N die Impulszahl, t die Zeit nach dem letzten Steuerimpuls und £ t das Ausgangssignal des Regelverstärkers ist Wenn dieser Ausdruck Null wird, wird ein Steuerimpuls abgegeben. Dies setzt sich fort, bis das genannte Signal Null wird, wonach der Stromrichter nur abhängig von der Periodenzeit gesteuert wird. Dieser Zustand wird als der stationäre Zustand betrachtet,

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da der Istwert des Stroms gleich dem Sollwert ist. Bei Abweichungen zwischen diesen "beiden Werten wird ^ t positiv oder negativ und der Steuerwinkel entsprechend geändert "bis ^t gleich Null ist.

Genauer betrachtet ist der Verlauf folgender. Ein Stromfehler, d.h. eine Abweichung zwischen Istwert und Sollwert des Stroms erzeugt ein Signal ^ t, das eine Veränderung des Steuerwinkels der Ventile veranlaßt. Dies führt zu einer Änderung der Gleichspannung des Stromrichters, die danach strebt, den StromJfehler zu beseitigen. Die Polarität der Spannungsänderung im Verhältnis zum Stromfehler ist davon abhängig, ob der Stromrichter als Gleichrichter oder als Wechselrichter arbeitet. Ist tier Strom zu groß im Verhältnis zum Sollwert, muß die Gleichspannung gesenkt werden, wenn der Stromrichter als Gleichrichter arbeitet, dagegen erhöht werden, wenn er als Wechselrichter arbeitet. In beiden Fällen hat der zu große Strom einen -C größeren Steuerwinkel zur Folge. Umgekehrt führt ein zu kleiner Strom zu einer Verkleinerung des Steuerwinkels.

Aufgrund der Trägheit des Systems, insbesondere aufgrund der Glättungsdrossel auf der Gleichstromseite des Stromrichters, ist eine gewisse Zeit für eine gewisse Spannungsänderung."·^erforderlich, damit sich der Strom in die richtige Richtung ändert. Dies bedeutet, daß, wenn der Strom schließlich seinen richtigen Wert erreicht hat, der Steuerwinkel und damit die

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hat Spannung einen solchen Wert erreicht/ daß der Strom fortfährt, sich zu ändern, so daß man einen neuen Stromfehler mit entgegengesetzter Polarität erhält, der eine Änderung des Steuerwinkels und der Spannung in entgegengesetzter Richtung erforderlich macht. Es dauert daher eine gewisse Zeit, ehe Steuerwinkel, Spannung und Strom sich auf den richtigen Wert eingependelt haben. Um zu große Schwingungen zu vermeiden, kann man einen Regelverstärker mit niedriger Verstärkung verwenden, aber dadurch wird die Regelung verlangsamt. Soll die Regelung schnell erfolgen, muß die Verstärkung im Regelverstärker so groß sein, daß ^ t einen hohen Wert bekommt und zu einer kräftigen Sρannungsänderung und damit zu einer schnellen Stromänderung führt. Hierdurch wird jedoch die Stabilität gefährdet. Auch das langsame System kann die Stabilität gefährden, nämlich in unruhigen Fetzen mit vielen Störungen und schnellen Änderungen von Strom und Spannung.

Bei der Wahl der Regelverstärkung im Hinblick auf die SchElligkeit und Stabilität der Regelung muß daher stets ein Kompromiß gefunden werden. In analogen Regelsystemen sind seit langem Wege bekannt, Schnelligkeit und Stabilität der Regelung zu vergrößern, aber die in diesen analogen Systemen verwendeten Lösungen können nicht ohne weiteres auf eine Regelanordnung der hier vorliegenden Art übertragen werden. Das vorliegende System ist nämlich ein sogenanntes abtastendes

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System, was bedeutet, daß nur der Wert des Signals ^ t im eigentlichen Zündaugenbliek, also wenn die Steuerimpulse an die Ventile gegeben werden, von Bedeutung ist, während eventuelle zwischenzeitliche Änderungen nicht erfaßt werden. Die Einführung von Zeitableitungen der Signale im Regelverstärker, wie dies bei analog arbeitenden Systemen geschieht, würde zu einer Verstärkung eventueller Oberwellen führen, da deren zeitliche Ableitungen im Zttndaugenblick über das Grundsignal dominieren würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der oben beschriebenen Art derart weiter zu entwickeln, daß der Regelverstärker mit einem höheren Verstärkungsgrad arbeiten kann, die Segelgeschwindigkeit also erhöht wird, ohne daß die Stabilität der Regelanordnung gefährdet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs ewwähnten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Regelkreis ein Kompensatorglied enthält, vorzugsweise vom Typ integrierender Verstärker, der zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Regelkreises angeschlossen ist, wobei die Eingangsseite des !Compensators über ein elektronisches Schaltglied, das kurzzeitig von den Steuerimpulsen für die Ventile des Stromrichters einschaltbar ist, an den Regelkreis angeschlossen ist, während die Ausgangsseite des !Compensators auf solche Weise an die Ausgangsseite des Regelkreises

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angeschlossen ist, daß das Ausgangs signal des !Compensators von dem ursprünglichen Ausgangasignal des Regelkreises subtrahiert wird. Dadurch, daß das Stromfehler.signal in der erfindungsgemäßen Weise gedämpft wird, kann ein höherer Verstärkungsgrad des Regelverstärkers zugelassen werden, ohne daß die Gefahr großer Pendelungen des Stromes auftritt. Es werden also gleichzeitig die Regelgeschwindigkeit und die Stabilität der Regelung erhöht.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Pig. 1 eine Anordnung nach der Erfindung in Anwendung auf die eingangs genannte bekannte Anordnung zur Stromregelung eines Stromrichters (Mg. 1 der OS 1 811 199),

Pig. 2 den Signalverlauf an verschiedenen Stellen der Anordnung nach Pig. 1 und _v

Pig. 3 eine Variante der Anordnung gemäß Pig. 1. /

In der Anordnung zur Stromregelung in Pig. 1 sind ein Istwtrtgeber 30 und ein Sollwertgeber 33 vorhanden, die über Eingangswiderstände 32, 34 auf den Eingang des Regelverstärkere 31 geschaltet sind. Der Regelverstärker 31 ist an das Summierungs-

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glied 4 angeschlossen, und das Suimnierungsglied 4 ist über eine in der Figur nicht näher ausgeführte Schaltgliedergruppe an den Steuerimpulsgenerator 18 angeschlossen. Im.stationären Zustand ist das Ausgangssignal ^ t des Regelverstärkers 31 gleich Null; die Stromregelung hat also integrierenden Charakter. Die soweit ■beschriebene Anordnung entspricht der Schaltung nach Mg-. 1 der DT-OS 1 811 199.

Zwischen dem Regelverstärker 31 und dem Summierungsglied 4 ist ein Kompensatorkreis 20 "bis 24 gemäß der Erfindung eingeschaltet. Er "besteht in erster Linie aus einem Verstärker 20 mit einer kapazitiven Rückkopplung über den Kondensator 22. Der Verstärker 20 ist über ein elektronisches Schaltglied 21 und den Widerstand 25 an den Ausgang des Regelverstärkers 31 angeschlossen. Die Ausgänge der Verstärker 20 und 31 sind über Eingangswiderstände 28, 29 parallel an den Eingang eines Verstärkers 27 angeschlossen, der mit einer ohmschen Rückkopplung über den Wirkwiderstand 26 versehen ist. Der Ausgang des Verstärkers 27 ist an das Summierungsglied 4 angeschlossen, dessen Punktion in der obengenannten Offenlegungsschrift beschrieben ist. Der Verstärker 20 ist außerdem mit einem Entladungskreis über den Wirkwiderstand 23 versehen.

Fig. 2 zeigt die Signale der verschiedenen Stufen deajochaltung nach Fig. 1 als Funktion der Zeit. Das erste Diagramm zeigt die Steuerimpulse e,„ des Steuerimpulsgenerators 18. Im zweiten

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Diagramm ist das Ausgangssignal e,.| des Regelverstärkers 31 dargestellt. Solange der Istwert des Stromes dem Sollwert entspricht, hat das Signal &~^ den Wert Null und die Steuerimpulse e-o folgen einander mit demselben Abstand T:n. Nimmt man an, daß im Zeitpunkt t₁ eine Regelabweichung des Stromes auftritt, so erfolgt eine Beeinflussung im Zeitpunkt tp, injdem der nächste Steuerimpuls eintrifft. In Abhängigkeit der Polarität des Signals e^^, das identisch mit dem bereits erwähnten /\ t ist, wird der Abstand der Impulse e₁₈ kleiner oder größer, je nachdem, ob der Istwert des Stromes geringer oder größer als der Sollwert ist.

Im Zeitpunkt tp wird gleichzeitig das Schaltglied 21 stromdurchlässig, wodurch der Verstärker 20 während der Zeitspannen, in denen die Steuerimpulse e._Q vorhanden sind, an den Verstärker 31 angeschlossen wird. Abhängig von dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers 20 und seines Rückkopplungskreises 22, 23» 24 wächst das Ausgangssignal e_2Q des Verstärkers 20 mit einer bestimmten Geschwindigkeit bis zu einer Ijestimmten Größe an. Der Verstärker 20 hat einen invertierenden Ausgang, so daß das Signal e_2Q entgegengesetzte Polarität wie das Signal e~^ hat. Das Signal e_2Q wird daher beim Eingang in den Verstärker 27 von dem Signal e,., subtrahiert, so daß das Ausgangs signal e_?7 des Verstärkers 27 zum nächsten Zündpunkt t~ um den Wert e_?0 kleiner ist als e-z-i · Zu diesem Zeitpunkt ist also die Zejtänderung für e^_g kleiner als bei t_?.

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Zum Zeitpunkt t, wird außerdem der Verstärker 20 erneut an den legelverstärker 31 angeschlossen, wo"bei das Signal e_2Q derart zunimmt, daß die Verkleinerung des Signals e^n zum nächsten Zeitpunkt t. noch stärker wird.

Man erhält also gewissermaßen einen Abbau des Signals e,., oder 2^t und durch geeignete Dimensionierung des Kreises 20-25 im Verhältnis zu den Hauptkreisen des Stromrichters kann diese Abschreibung ungefähr im Takt damit geschehen, daß sich der Gleichstrom des Stromrichters seinem Sollwert anpaßt. Infolgedessen wird es möglich, dem Verstärker 31 eine hohe Verstärkung zu geben, so daß man eine schnelle Regelung erhält, ohne die Stabilität zu gefährden, da der Kompensatorkreis 20-25 einer Überregelung des Stroms entgegenwirkt. Aufgrund des Entladungskreises 23 des Verstärkers 20 bekommt das Signal e₂₀ eine Tendenz abzuklingen, so daß dieses Signal verschwindet.

Fig. 3 zeigt eine andere Einschaltung des Kompensators 20-23» dessen Einfluß nach und nach abnimmt, und zwar im selben Takt wie das Ausgangssignal des Verstärkers 31 kleiner wird. Der Kompensator dient hier als eine Art Rückschaltung auf der Ausgangsseite des Verstärkers 31 durch Einschaltung eines Summierungsgliedes 5· An dieses werden die Ausgangs signale der Verstärker 31 und 20 angeschlossen, und an den Eingang des Verstärkers 20 wird das Ausgangssignal von 5 angeschlossen. Auf diese Weise erhält das Ausgangssignal von 5 folgenden Wert: e,- = e,< - βρο* Durch zweckmäßige Dimensionierung des Kompensators und seines

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Eingangswiderstandes 25 im Verhältnis zu dem Verstärker erreicht man, daß das Ausgangs signal e^ des Summierungs-· gliedes 5 zu geeigneter Zeit abklingt, weshalb ein großer Verstärkungsfaktor für den Regelverstärker 31 und damit eine schnelle Regelung zugelassen werden kann.

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Claims

Patentansprüche t

M.J Anordnung zur Winkelsteuerung von Stromrichtern, von der an ein Steuerorgan (z.B. Impulsgenerator) für die Tentile des Stromrichters ein Signal zum Einstellen des Phasenwinkels der Steuerimpulse für die Ventile geliefert wird und die einen Regelkreis umfaßt, an dessen Eingangsseite die Differenz zwischen dem Istwert des Stromrichterstroms und einem Sollwert angeschlossen ist, wobei der Regelkreis integrierendes Verhalten hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis ein Kompensatorglied (20-24) enthält, vorzugsweise vom Typ integrierender Verstärker, der zwischen der Eingangsseite (31) und der Ausgangsseite (4) des Regelkreises angeschlossen ist, wobei die Eingangsseite des Kompensators über ein elektronisches Schaltglied (21), das kurzzeitig von den Steuerimpulsen (e.. _R) für die Ventile des Stromrichters einschaltbar ist, an den Regelkreis angeschlossen ist, während die Ausgangsseite des Kompensators auf solche Weise an die Ausgangsseite (4) des Regelkreises angeschlossen ist, daß das Ausgangssignal (O₂₀) ^des Kompensators von dem ursprünglichen Ausgangs signal (e,,|) des Regelkreises subtrahiert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Subtraktion in einem summierenden Verstärker (27) bzw. in einem Summierungsglied (5) erfolgt, an dessen Eingangsseite' die Ausgangsgröße des Regelverstärkers (31) und das Kompensations·

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glied (20 bis 24) parallel angeschlossen sind, während der
summierende Verstärker (27) bzw. das Summierungsglied (5) an
die Ausgangsseite (4) des Regelkreises angeschlossen ist.

3· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite des Kompensationsgliedes (20 bis 24) an den
Ausgang des Regelverstärkers (31) angeschlossen ist.

4· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite ces Kompensationsgliedes (20 bis 24) an die
Ausgangsseite des Summierungsgliedes (5) angeschlossen ist.

5· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Korapensationsglied (20 bis 24) einen Entladekreis (23) mit einer gewissen Zeitkonstante enthält.

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