DE2315240C3 - Verfahren und Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-DirektumrichtersInfo
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Description
erläutert, die den Stromverlauf wahrend einer Halbwelle
der Halbwellendauer A über der Zeitachse ι zeigt.
Bei einem schnellen Stromanstieg des jeweils mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Lastsiromes.ist
bei der Halbwellenform 1 eine Strombegrenzung auf den Wert /i erforderlich, um den Effektivwert hir zu
erhalten. Bei der Halbwellenform 2 mit einem langsamen Stromanstieg muß dagegen für den gleichen Effektivwert
Un eine Strombegrenzung auf den höheren Wert /2 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 36 zusammensetzt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hüllkurve 3 bei Beginn jeder Halbwelle der Laststromes als
Sollwert-Führungskurve gebildet und mit dem Istwert verglichen. Sobald der Istwert die Hüllkurve 3 erreicht,
wird ihr jeweiliger Wert als Sollwert für die weitere Stromflußdauer der Halbwelie konstant gehalten und
gegen Ende der Halbwelle auf Null gesetzt. Die dadurch entstehenden Sollwertkurven sind als gestrichelte
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
würde zwar beim raschen Stromanstieg der Halbwellenform 1 der gewünschte Effektivwert left erzielt werden,
bei einem langsameren Stromanstieg dagegen wäre der erreichte Effektivwert kleiner. Mit der Erfindung
wird dagegen der Effektivwert des Laststromes 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
ohne dessen induktiven Anteil. Weiterhin kann man für zwei Werte des Lastwiderstandes dessen ohmsche
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 erfindungsgemäße 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 antiparallel 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 h eines einphasigen Wechselstromes vorgegeben, den der Direktumrichter
aus einem Drehstromnetz mit der Netzfrequenz /i bildet. Im Lastkreis des Direktumrichters liegt
ein Verbraucher mit dem ohmschen Widerstand 10 und der Induktivität 11. Der Steuersatz 8 wird vom Stromregler
12 beeinflußt, der den Istwert mit dem Sollwert von einem Sollwertgeber vergleicht. Der Sollwertgeber
hesteht aus einem PIP-Glied 13 zur Bildung der Sollwert-Funktionskurve
und einer Stromvergleichssciialtung 14, die nach erstmaliger Sollwert-Istwert-Übereinstimmung
innerhalb einer Halbwelle den Ausgang des PlP-Gliedes konstant hält, sowie einen den Ausgang
des PIP-Gliedes kurzschließenden Schalter 15. Ein PIP-Glied
(s. a. W. O ρ ρ e 11 »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 Usm. Der Abgriff des Sollwertes 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 bilden. An
einem Potentiometer 22 wird die Basisspannung des Transistors 20 eingestellt und 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 Wechselrichteraussteuerung 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 Lasistroms
wird von einer Klemme Y über eine 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 Halbwelle 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 UI am Widerstand 18 und einem nach einer e-Funktion ansteigenden Spanrungsanteil
zusammensetzt, der aus dem Ladestrom über den Potentiometerwiderstand 19 und den Shunt 24 resultiert.
Die Spannung an der Klemme Z realisiert somit den Verlauf der Hüllkurve 3 nach F i g. 1.
Der Ladestrom über den Potentiometerwiderstand
19 würde über den Spannungsabfall am Shunt 24 den Operationsverstärker 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 V 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 Operationsvcr stärker 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 Stromsolkvert wird
am Ende der Stromflußdauer der betrachteten HaIbwelle
dadurch beendet, daß die Kommandostufe 9 den elektronischen Schalter 23 durchlässig steuert. Der
Kondensator 17 entlädt sich sehr schnell über einen niederohmigen Entladewidersiand 33. Der Stromsollwert
wird dadurch auf Null gesetzt. Gleichzeitig steuert der Stromregler 15 die stromführende Stromrichtergruppe
an die WechseirichterlriUgrenze. Der Strom wird dadurch schnellstmöglich abgebaut und damit
auch die ihn abbildende Spannung an der Klemme Y.
Mit der Erfindung kann die für eine optimale Stromausnutzung der Umrichterventile erforderliche Stromreglerführung bewirkt werden, so daß eine optimale Ventilausnützung und damit eine erhöhte Abgabeleistung erzielt werden kann. Die Einstellung des gewünschten Effektivwertes des Laststromes kann auf einfache Weise mittels der Potentiometer 19,22,34 und 35 vorgenommen werden.
Mit der Erfindung kann die für eine optimale Stromausnutzung der Umrichterventile erforderliche Stromreglerführung bewirkt werden, so daß eine optimale Ventilausnützung und damit eine erhöhte Abgabeleistung erzielt werden kann. Die Einstellung des gewünschten Effektivwertes des Laststromes kann auf einfache Weise mittels der Potentiometer 19,22,34 und 35 vorgenommen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters zur
Speisung eines Verbrauchers mit zeitlich veränderlichen ohmschen und/oder induktiven Widerstandskomponenten
mittels eines Stromsollwertes für den augenblicklichen Stromverlauf in jeder Halbwelle,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Effektivwertes (Urr) des Laststromes vom
Beginn jeder Halbwelle des Laststromes ab eine Stromführungskurve (3) aus einem konstanten Anteil
(3a) und einem nach einer zeitlichen Exponentialfunktion ansteigenden Anteil (3b) gebildet und
zusätzlich zu dem für die Bilriung der Regelabweichung vorgesehenen Sollwert- Istwert-Vergleich
mit dem Stromistwert verglichen wird, und daß in Abhängigkeit von diesem Vergleich beim Erreichen
der Führungskurve (3) durch den Istwert der jeweilige Wert der Führungskurve (3) als Sollwert für die
weitere Stromflußdauer der Halbwelle konstant gehalten und gegen Ende der Halbwelle auf Null gesetzt
wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Bildung der Sollwertführungskurve (3) ein PIP-Glied (13) und eine Stromvergleichsschaltung (14),
die nach erstmaliger Sollwert-Istwert-Übereinstinv mung innerhalb einer Halbwelle den Ausgang des
PIP-Gliedes (13) konstant hält, sowie ein Schaher (15) vorgesehen sind, durch den der Ausgang des
PIP-Gliedes (13) kurzschließbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das PIP-Glied einen Kondensator (17)
aufweist, dessen einer Belag mit einer konstanten Spannung (Ui) und dessen andere·· Belag über
einen Potentiometerwiderstand (19) mit einer Versorgungsspannung (Ußan) verbunden ist, wobei der
Abgriff (Z) für den Sollwert zwischen Kondensator (17) und Potentiometerwiderstand (19) liegt.
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.
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff (Z) für den Sollwert den
Vergleichspunkt (25) der Stromvergleichsschaltung bildet und einerseits über einen ersten Shunt (24) für
einen ersten Operationsverstärker (25) am Kondensator (17) und andererseits über einen zweiten
Shunt (29) für einen zweiten Operationsverstärker (30) an einer den Istwert des Laststromes abbildenden
Spannung liegt, und daß der erste Operationsverstärker (25) einen ersten Transistor (27) ansteuert,
dessen Ausgangskreis mit dem Vergleichs- 6c punkt (26) verbunden ist, und der zweite Operationsverstärker
(30) einen zweiten Transistor (31) ansteuert, dessen Ausgangskreis den Steuerkreis
des ersten Transistors (27) überbrückt.
65 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters zur Speisung
eines Verbrauchers mit zeitlich veränderlichen 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 einphasigen
Wechselstrom mit einer gegenüber der Netzirequenz wesentlich niedrigeren Frequenz. Er besteht
aus zwei netzgeführten Stromrichtern, die von einem Steuersatz und einer Kommandostufe so gesteuert
werden, daß im Lastkreis ein einphasiger Wechselstrom erzwungen wird. Es ist bekannt, den Laststrom
eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters mittels
eines Stromsollwertes für den augenblicklichen Stromverlauf in jeder Halbwelle zu regeln. Der Stromsollwert
verläuft sinusförmig (Siemens-Fachbuch »Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren«, 1967,
S. 311 bis 319, insbesondere S. 315). Wird ein Direktumrichter
zur Strombeheizung verwendet, beispielsweise in elektrischen Schmelzöfen, so hat sich ein trapezförmiger
Stromverlauf als günstig erwiesen. Damit erzielt man einen hohen Effektivwert des einphasigen Wechselstromes
(Siemens-Fachbuch »Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren«, 1967, S. 316).
Bei speziellen Anwendungsfällen, insbesondere bei Unterschlacke-Schmelzöfen, weist der \ crbraucherkreis
ohmsche und induktive Widerstandskomponenten auf, die sich mit der Zeit ändern. So wurden beispielsweise
beim Schmelzen eines Blocks bei Schmelzbeginn ein ohmscher Widerstand von 2,04 mQ und eine Induktivität
von 85 μΗ gemessen, während bei Schmelzende der ohmsche Widerstand 1,9 mQ und die Induktivität
50 μΗ betrugen. Durch die Änderung der Widerstandskomponenten ändert sich die Zeitkonstante des Lastkreises
erheblich und damit auch die Halbwellenform des Stromes auf Grund der unterschiedlichen Stromanstiegsgeschwindigkeiten.
Will man bei vorgegebener Frequenz im Lastkreis einen konstanten Effektivwert erreichen, so muß man
bei einem langsamen Stromanstieg einen höheren Maximalwert des Laststromes während einer Halbwelle
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 Änderung der Zeitkonstante und damit der Stromanstiegsgeschwindigkeit
auf Grund der zeitlich veränderlichen ohmschen und induktiven Widerstandskomponenten
im Lastkreis konstant gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß zur Regelung des Effektivwertes des Laststromes vom Beginn
jeder Halbwelle des Laststromes ab eine Stromführungskurve aus einem konstanten Anteil und einem
nach einer zeitlichen Exponentialfunktion ansteigenden Anteil gebildet und zusätzlich zu dem für die Bildung
der Regelabweichung vorgesehenen Sollwert-Istwert-Verglcich mit dem Stromistwert verglichen wird, und
daß in Abhängigkeit von diesem Vergleich beim Erreichen der Führungskurve 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
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732315240 DE2315240C3 (de) | 1973-03-27 | 1973-03-27 | Verfahren und Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters |
AT1086773A AT327331B (de) | 1973-03-27 | 1973-12-28 | Schaltungsanordnung zur laststromregelung eines statischen direktumrichters |
CH403074A CH564882A5 (de) | 1973-03-27 | 1974-03-22 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732315240 DE2315240C3 (de) | 1973-03-27 | 1973-03-27 | Verfahren und Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2315240A1 DE2315240A1 (de) | 1974-10-10 |
DE2315240B2 DE2315240B2 (de) | 1975-03-27 |
DE2315240C3 true DE2315240C3 (de) | 1975-10-30 |
Family
ID=5876079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732315240 Expired DE2315240C3 (de) | 1973-03-27 | 1973-03-27 | Verfahren und Anordnung zur Regelung des Laststromes eines Drehstrom-Wechselstrom-Direktumrichters |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT327331B (de) |
CH (1) | CH564882A5 (de) |
DE (1) | DE2315240C3 (de) |
-
1973
- 1973-03-27 DE DE19732315240 patent/DE2315240C3/de not_active Expired
- 1973-12-28 AT AT1086773A patent/AT327331B/de not_active IP Right Cessation
-
1974
- 1974-03-22 CH CH403074A patent/CH564882A5/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT327331B (de) | 1976-01-26 |
DE2315240A1 (de) | 1974-10-10 |
DE2315240B2 (de) | 1975-03-27 |
CH564882A5 (de) | 1975-07-31 |
ATA1086773A (de) | 1975-04-15 |
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
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