DE2315240B2 - Verfahren und Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß zur Rege- to phasigen Wechselstrom mit einer gegenüber der Netzlung des Effektivwertes (lea) des Laststromes vom frequenz wesentlich niedrigeren Frequenz. Er besteht

aus zwei netzgeführten Stromrichtern, die von einem Steuersatz und einer Kommandostufe so gesteuert werden, daß im Lastkreis ein einphasiger Wechsel-

Beginn jeder Halbwelle des Laststromes ab eine Stromführungskurve (3) aus einem konstanten Anteil (3a) und einem nach einer zeitlichen Exponen

tialfunktion ansteigenden Anteil (36) gebildet und ,^ strom erzwungen wird. Es ist bekannt, den Laststrom

zusätzlich zu dem für die Bildung der Regelabweichung vorgesehenen Sollwert- Istwert-Vergleich mit dem Stromistwert verglichen wird, und daß in Abhängigkeit von diesem Vergleich beim Erreichen

eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters mittels eines Stromsollwertes für den augenblicklichen Stromverlauf in jeder Halbwelle zu regeln. Der Stromsollwert verläuft sinusförmig ^iciiiens-Fachbuch

der Führunpskurve (3) durch den Istwert der jewei- 20 »Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren«. 1%7, lige Wert der Führungskurve (3) als Sollwert für die S. 311 bis 319, insbesondere S. 315). Wird ein Direktumweitere Stromflußdauer der Halbwelle konstant ge- richter zur Strombeheizung verwendet, beispielsweise halten und gegen Ende der Halbwelle auf Null ge- in elektrischen Schmelzöfen, so hat sich ein trape/forsetzt wird. miger Stromverlauf als günstig erwiesen. Damit erzielt

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens 25 man einen hohen Lfiektivwert des einphasigen Wechnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur selstromes (Siemens-Fachbuch »Netzgeführte Strom-Bildung der Sollwertführungskurve (3) ein PIP- richter mit Thyristoren«. 1967, S. 316).

Glied (13) und eine Stromvergleichsschaltung (14), Bei speziellen Anwendungsfällen, insbesondere bei

die nach erstmaliger Sollwert-Istwert-Übereinstim- Unterschlacke-Schmelzöfen, weist der Verbrauchermung innerhalb einer Halbwelle den Ausgang des 30 kreis ohmsche und induktive Widerstandskomponenten PIP-Gliedes (13) konstant hält, sowie ein Schalter auf, die sich mit der Zeit ändern. So wurden beispiels-(15) vorgesehen sind, durch :'sn der Ausgang des weise beim Schmelzen eines Blocks bei Schmelzbeginn PIP-Gliedes (13) kurzschließbar ist. ein ohmscher Widerstand von 2,04 γπΩ und eine Induk-

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- tivität von 85 μΗ gemessen, während bei Schmelzende zeichnet, daß das PIP-Glied einen Kondensator (17) 35 der ohmsche Widerstand 1,9 ιτιΩ und die Induktivität aufweist, dessen einer Belag mit einer konstanten 50 μΗ betrugen. Durch die Änderung der Widerstands-Spannung (ί71) und dessen anderer Belag über komponenten ändert sich die Zeitkonstante des Lasteinen Potentiometerwiderstand (19) mit einer Ver- kreises erheblich und damit auc'-i die Halbwellenform sorgungsspannung (Uea,,) verbunden ist, wobei der des Stromes auf Grund der unterschiedlichen Stroman-Abgriff (Z) für den Sollwert zwischen Kondensator 40 Stiegsgeschwindigkeiten.

(17) und Potentiometerwiderstand (19) liegt. Will man bei vorgegebener Frequenz im Lastkreis

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen den Kondensator (17) überbrückenden Schalter (23), der von einer Kommandostufe (9) des Direktumrichters betätigbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kondensator (17) überbrükkende Schalter (23) als kontaktloser elektronischer Schalter ausgebildet ist. insbesondere als Transistor.

einen konstanten Effektivwert erreichen, so muß man bei einem langsamen Stromanstieg einen höheren Maximalwert des Laststromes während einer Halbwellc zulassen als bei einem schnellen Stromanstieg. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters zu finden, bei dem der Effektivwert unabhängig von der Äncle-

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 50 rung der Zeitkonstante und damit der Stromanstiegszeichnet, daß der Abgriff (Z) für den Sollwert den geschwindigkeit auf Grund der zeitlich veränderlichen Vergleichspunkt (25) der Stromvergleichsschaltung
bildet und einerseits über einen ersten Shunt (24) für

einen ersten Operationsverstärker (25) am Konden(17) d d

ohmschen und induktiven Widerstandskomponenten im Lastkreis konstant gehalten wird.

. . Erfindungsgernäß wird hierzu vorgeschlagen, daß zur

Sator (17) und andererseits über einen zweiten 55 Regelung des Effektivwertes des Laststromes vom Be-Shunt (29) für einen zweiten Operationsverstärker ginn jeder Halbwelle des Laststromes ab eine Strom-(30) an einer den Istwert des Laststromes abbildenden Spannung liegt, und daß der erste Operations

p verstärker (25) einen ersten Transistor (27) an-

führungskurve aus einem konstanten Anteil und einem nach einer zeitlichen Exponentialfunktion ansteigenden Anteil gebildet und zusätzlich zu dem für die Bildung

steuert, dessen Ausgangskreis mit dem Vergleichs- 60 der Regelabweichung vorgesehenen Sollwert-Istwertpunkt (26) bd i d d i O

punkt (26) verbunden ist, und der zweite Operationsverstärker (30) einen zweiten Transistor (31) ansteuert, dessen Ausgangskreis den Steuerkreis des ersten Transistors (27) überbrückt.

Vergleich mit dem Stromistwert verglichen wird, und daß in Abhängigkeit von diesem Vergleich beim Erreichen der Füh.rungskurve durch den Istwert der jeweilige Wert der Führungskurve als Sollwert für die weitere Stromflußdauer der Halbwelle konstant gehalten und gegen Ende der Halbwelle auf Null gesetzt wird.

Die Wirkungsweise und die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Hand der F i g. 1 näher

erläutert, die den Stromverlauf während einer Halbwelle der Halbwellendauer Λ über der Zeitachse ι zeigt.

Bei einem schnellen Stromanstieg des jeweils mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Laststromes.ist bei der Halbwellenform 1 eine Strombegrenzung auf den Wert /ι erforderlich, um den Effektivwert hit zu erhalten. Bei der Halbwellenform 2 mit einem langsamen Stromanstieg muß dagegen für den gleichen Effektivwert hu eine Strombegrenzung auf den höheren Wert h gewählt werden.

Es wurde gefunden, daß bei unterschiedlichen Stromanstiegsgeschwindigkeiten die Werte der Strombegrenzung auf der als punktierte Linie dargestellten Hüllkurve 3 liegen, die sich aus einem konstanten Anteil 3a und einem nach einer Exponentialfunktion ansteigenden Anteil 3b zusammensetzt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hüllkurve 3 bei Beginn jeder Halbwelle des Laststromes als Sollwert-Führungskurve gebildet und mit dem Istwert ferglichen. Sobald der Istwert die Hüllkurve 3 erreicht, jvird ihr jeweiliger Wert als Sollwert für die weitere Stromflußdauer der Halbwelle konstant gehalten und gegen Ende der Halbwelle auf Null gesei/t. Die dadurch entstehenden Sollwertkurven sind als gestrichel-Ie Linienzüge la bzw. 2a für die Halbwellenformen 1 bzw. 2 eingezeichnet.

Aus F i g. 1 ersieht man den Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerung des Stromsollwertes gegenüber einer festen Einstellung der Strombegrenzung. Bei einer festen Einstellung beispielsweise auf den Wert /1 3c würde zwar beim raschen Stromanstieg der Halbwellenform 1 der gewünschte Effektivwert k-if erzielt werden, bei einem langsameren Stromanstieg dagegen wäre der erreichte Effektivwert kleiner. Mit der Erfindung wird dagegen der Effektivwert des Laststromes 3; konstant gehalten, da Veränderungen der ohmschen und/oder induktiven Widerstandskomponenten im Lastkreis bei jeder Halbwelle ebenso berücksichtigt werden wie Änderungen in der Speisespannung des Direktumrichters.

Die für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Hüllkurve 3 als Sollwertführungskurve kann entweder berechnet oder empirisch bestimmt werden. Ihr konstanter Anteil 3a entspricht dem betrachteten Verbraucher ohno dessen induktiven Anteil. Weiterhin kann man für zwei Werte des Lastwiderstandes dessen ohnische und induktive Komponenten messen und daraus die Halbwellenform des Laststromes und den jeweiligen Wert der Strombegrenzung bestimmen, der für den gewünschten Effektivwert erforderlich ist.

Die eriindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens wird an Hand der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

F i g. 2 zeigt als Blockschaltbild einen Direktumrichter mit einem erfindungsgemäßen Sollwertgeber. Der Direktumrichter besteht aus zwei amiparallcl geschalteten Stromrichtergruppen 4 und 5 mit ihnen zugeordneten Impulsverstärkern 6 und 7, die von einem Steuersatz 8 und einer Kommandostufe 9 gesteuert werden. Der Kommandostufe 9 wird die Frequenz /2 eines einphasigen Wechselstromes vorgegeben, den der Direktumrichter aus einem Drehstrornnctz mit der Netzfrequenz Λ bildet ?m Lastkreis des Direktumrichters liegt ein Verbraucher mit dem ohmschen Widerstand 10 und der Induktivität 11. Der Steuersatz 8 wird vom Strom- *>5 regler 12 beeinflußt, der den Istwert mit dem Sollwert von einem Sollwertg her vergleicht. Der Sollwertgeber besteht aus einem PIP-Glied 13 zur Bildung der Sollwert-Funktionskurve und einer Siromvergleichsschaltung 14, die nach erstmaliger Sollwert-Isi.wen-Übereinstimmung innerhalb einer Halbwelle den Ausgang des PIP-Gliades konstant hält, sowie einen den Ausgang des PIP-Gliedes kurzschließenden Schalter 15. Ein PIP-Glied (s.a. W. Oppelt »Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge«, 3. Auflage, 1960, S. 192) läßt sich beispielsweise durch die Parallelschaltung eines P-Gliedes und eines Verzögerungsgliedes erster Ordnung darstellen.

F i g. 3 zeigt die Schaltung des Sollwertgebers.

Ein Kondensator 17 liegt mit seinem einen Belag an einer konstanten Spannung Ul an einem Widerstand

18 und mit seinem anderen Belag über einen Potentiometerwiderstand 19 an der Versorgungsspannung Ub»u. Der Abgriff des Soliwertes erfolgt an einer Klemme Z zwischen Kondensator 17 und Potentiometerwiderstand 19. Der Widerstand 18 liegt im Ausgangskreis von als Darlington-Verstärker geschalteten Transistoren 20 und 21, die eine Konstantstromquelle bilder.. An einem Potentiometer 22 wird die Basisspannung des Transistors 20 eingestellt una damit der Strom im Widerstand 18 bestimmt, der hier den gewünschten Spannungsabfall Ui hervorruft. Der Kondensator 17 ist von einem als elektronischer Schalter wirkenden Transistor 23 überbrückt, der von der Kommandostufe 9 über eine Klemme X angesteuert wird. Der Transistor 23 wird durchlässig gesteuert, sobald die Kommandostufe 9 die gerade stromführende Stromrichtergruppe auf volle Wechsclrichteraussteueiung schaltet, um den Strom abzubauen. Der Transistor 23 wird zu Beginn der nächsten Halbwelle wieder gesperrt.

Der Kondensator 17 ist über einen Shunt 24 für einen Operationsverstärker 25 mit einem Vergleichspunkt 26 verbunden, an dem an der Klemme Z der Stromsollwert ansteht. Der Vergleichspunkt 26 liegt im Ausgangskreis eines Transistors 27, den der Operationsverstärker 25 ansteuert. Der Istwert des Laststroms wird von einer Klemme Y über eiiie Diode 28 und einen Shunt 29 für einen Operationsverstärker 30 ebenfalls an den Vergleichspunkt 26 gelegt. Der Operationsverstärker 30 steuert einen Transistor 31 an, dessen Ausgangskreis den Steuerkreis des Transistors 27 überbrückt.

Mit Beginn einer Halbwolle des Laststromes wird der Transistor 23 gesperrt und damit der Kurzschluß des Kondensators 17 aufgehoben. An der Klemme Z steht jetzt die Sollwertspannung an, die sich aus dem konstanten Spannungsabfall U\ am Widerstand 18 und einem nach einer e-Funktion ansteigenden Spannungsanteil zusammensetzt, der aus dem Ladestrom über den rOtentiometerwiderstand 19 und den Shunt 24 resultiert. Die Spannung an der Klemme Z realisiert somit den Verlauf uer Hüllkurve 3 nach Fig. 1.

Der Ladestrom über den Potentk/meterwiderstand

19 würde über den Spannungsabfall am Shunt 24 den Opcrations\ ;rstärker 25 und damit den Transistor 27 voll durchsteuern. Da der Transistor 27 aber erst dann leitend werden soll, wenn der Istwert des Laststromes die Sollwert-Führungskurve erreicht, wird seine Steuerstrecke zunächst noch vom Transistor 31 kurzgeschlossen, der vom Operationsverstärker 30 voll durchgesteuert wird, solange dessen Shunt 29,von einem Strom über den Potentiometerwiderstand 19 und einen hochohmigen Widerstand 32 durchflossen wird.

Sobald die den Istwert des Laststromes abbildende Spannung an der Klemme Y die Sollwertspannung

überschreitet, fließt ein Strom über die Diode 28 und den Shunt 29, der Operationsverstärker 30 kippt an seinen anderen Anschlag und sperrt den Transistor 31. Damit ist die Ansteuerung für den Transistor 27 freigegeben, der jetzt die Ströme vom Vergleichspunkt 26 in dem Maße ableitet, daß nur noch ein sehr kleiner Ladestrom über den Shunt 24 an den Kondensator 17 fließt, um dessen Leckstromverluste auszugleichen. Dieser sehr kleine Ladestrom steuert über den Operationsverstärker 25 den Transistor 27 gerade so weit aus, wie für die Erhaltung dieses Gleichgewichtszustandes erforderlich ist. Die Spannung am Abgriff Z für den Stromsollwert bleibt konstant.

Der Abschnitt mit konstantem Stromsollwert wird am Ende der Stromflußdauer der betrachteten Halbwelle dadurch beendet, daß die Kommandostufe 9 den

elektronischen Schalter 23 durchlässig steuert. Der Kondensator 17 entlädt sich sehr schnell über einen niederohmigen Entladewiderstand 33. Der Stromsoll· wert wird dadurch auf Null gesetzt. Gleichzeitig steueri der Stromregler 15 die stromführende Stromrichtergruppe an die Wechselrichtertrittgrenze. Der Strom wird dadurch schnellstmöglich abgebaut und damil auch die ihn abbildende Spannung an der Klemme Y.

Mü der Erfindung kann die für eine optimal«: Strom ausnutzung der Umrichterventile erforderliche Stromreglerführung bewirkt werden, so daß eine optimale Ventilausnützung und damit eine erhöhte Abgabelei stung erzielt werden kann. Die Einstellung des gc wünschten Effektivwertes des Laststromes kann' au einfache Weise mittels der Potentiometer 19,22, 34 unc 35 vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Regelung des Laststromes eines

   Drehsiram- Wechselstrom-Direktumrichters Speisung eines Verbrauchers mit zeitlich veränderlichen ohmschen und/oder induktiven Widerstandskomponenten mittels eines Stromsollwertes für den augenblicklichen Stromverlauf in jeder Halbwelle,

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung des Lastsiromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters zur Speisung eines Verbrauchers mit zeitlich veränderlichen zur 5 ohmschen und/oder induktiven Widerstandskomponenten mittels eines Stromsollwertes für den augenblicklichen Stromverlauf in jeder Halbwelle.

   Ein Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichter bildet aus einem dreiphasigen Drehstromnetz einen ein-