DE2321372B2

DE2321372B2 - Anordnung zur messung des steuerwinkels bei stromrichtern

Info

Publication number: DE2321372B2
Application number: DE19732321372
Authority: DE
Inventors: Göte Dipl.-Ing. Ludvika Liss (Schweden)
Original assignee: Allmänna Svenska Elektriska AB, Västeraas (Schweden)
Priority date: 1972-05-03
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1976-12-09
Also published as: US3806793A; SE362550B; JPS4949682A; JPS5739377U; GB1424706A; CA972424A; DE2321372A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen des Steuerwinkels der Ventile eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Stromrichters, dessen Vorteile von einem als Oszillator ausgebildeten Steuerimpulsglied in bestimmter Reihenfolge Steuerimpulse erhalten.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen netzgeführten Stromrichter, bei dem die Kommutierungsspannungen für die Ventile aus dem Wechselstromnetz hergeleitet werden. Die Ventile des Stromrichters werden durch ein Steuersystem mit einem Steuerwinkel gesteuert, der entweder von einem Regler für Strom, Leistung oder dergleichen oder von einem Grenzwertgeber, ζ. B. einem Sicherheitswinkelsteuerorgan bestimmt wird.

Die im Stromrichter auftretende Gleichspannung wird durch den Ausdruck E ■ cos « bestimmt, wobei E der Wert der an die Ventile angeschlossenen Wechselspannung und « der Steuerwinkel ist Um die Blindleistung des Stromrichters kleinzuhahen, ist man bemüht, bei Gleich- bzw. Wechselrichterbetrieb α möglichst nahe bei dem Wert 0 bzw. 180° zu halten. Um dies bei einem gewünschten Gleichspannungswert zu erreichen, ist es üblich, den Stromrichtertransformator mit einem Stufenschalter zur Einstellung der Spannung E in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert des Steuerwinkels « auszurüsten.

Neuere Steuersysteme arbeiten indessen oft mit Oszillatoren, die Steuerimpulse mit einer bestimmten Frequenz an die Ventile liefern. Dabei wirkt das Signal von dem Steuersystem nur als ein Befehl, den Steuerwinkel in der einen oder anderen Richtung zu ändern, während dieses Signal bei stationärem Betrieb Null wird und der tatsächliche Wert des Steuerwinkels im großen und ganzen unbekannt ist.

Ein wichtiger Fall, bei dem es von Bedeutung ist, die Steuerwinkel zu kennen, isl bei einer nach dem Oszillatorprinzip gesteuerten Stromrichterstation mit mehreren zusammenarbeitenden Stromrichtern gegeben. Dabei kann der Regler einen Sammelbefehl an die verschiedenen Stromrichter geben, ohne daß daraus hervorgeht, wie der Befehl zwischen den verschiedenen Stromrichtern verteilt und ausgeführt wird.

Eine Anordnung, die im wesentlichen die Merkmale des Oberbegriffes des vorliegenden Anspruches 1 enthält, ist aus der FR-PS 15 57 147 bekannt. Diese bekannte Anordnung hat jedoch lediglich die Funktion eines Steuerimpulsgenerators. Eine neben diesem Gerät vorhandene und mit diesem Gerät zusammenarbeitende Anordnung zur Messung des Steuerwinkels ist bei der bekannten Anordnung nicht vorhanden.

Aus der US-PS 30 15 737 ist eine Anordnung zur Messung der Phasendifferenz zwischen zwei Wechselstromgrößen bekannt, bei welcher der Phasenwinkel nicht kontinuierlich gemessen wird. In gewissen Zeitabständen werden vielmehr diskrete Messungen der zufälligen Phasenlage unregelmäßig auftretender Impulse gegenüber einer Norm-Sägezahnspannung durchgeführt. Mit diesem Gerät wird aber stets ein und dieselbe Wechselgröße in bezug auf eine andere Wechselgröße gemessen, indes wird keine Aufgabe auf dem Gebiete der Stromrichtertechnik gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Stromrichter mit einem Steuersystem, welches in der oben beschriebenen Weise mit Oszillatoren arbeitet, eine einfache Anordnung zur Messung der Steuerwinkel zu entwickeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei der Anordnung nach der Erfindung geht die Messung des Steuerwinkels von den Nulldurchgängen der Kommutierungsspannung aus und man erhält unmittelbar nach jeder Kommutierung einen neuen Meßwert für den Steuerwinkel, so daß die Anordnung sehr schnell arbeitet.

Bei der Erfindung werden periodisch in zyklischer Reihenfolge bei einem Dreiphasenbrückenstromrichter sechs verschiedene Steuerwinkel gemessen mittels ein und desselben Abtast- und Haltekreises. Bei einer nach dem Oszillatorprinzip gesteuerten Stromrichterstation mit mehreren zusammenarbeitenden Stromrichtern

,chafft die Anordnung nach der Erfindung die Möglichkeit, Abweichungen in den Steuerwinkeln und damit Abweichungen in der Leistungsverteilung auf die verschiedenen Stromrichter auszubalancieren.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näh;r erläutert werden. Es zeigt

Fi g. 1 einen Stromrichter bekannten Aufbaues,

Fi g. 2 eine Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 verschiedene Spannungsdiagramme zur Enäuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach der Erfindung,

Fig.4 die Verwendung der Anordnung nach der Erfindung in ihrer Verwendung zur gleichmäßigen Leistungsverteilung auf mehrere zusammenarbeitende Stromrichter.

Fig. 1 zeigt einen Stromrichter, bestehend aus sechs in Brückenschaltung angeordneten Ventilen 1-6 und einen Stromrichtertransformator 7. Der Stromrichter ist an ein Wechselstromnetz RSTund an ein Gleichstromnetz mit den Gleichstromleitern 9, JO angeschlossen. Die Ventile 1 - 6 werden in an sich bekannter Weise von einem Steuerglied 8 gesteuert, welches Steuersignale g_x -g₆ an die Ventile liefert. Das Steuerglied 8 ist als Oszillator aufgebaut, z. B. wie in der deutschen Patentanmeldung 18 11 199.4 dargestellt und liefert in Abhängigkeit von der Frequenz des Wechselstromnetzes Steuerimpulse, deren Phasenlage von einem Regler in der einen oder anderen Richtung geändert werden kann, ohne daß der Phasenwinkel, d. h. der Steuerwinkel der Steuerimpulse, jemals als Parameter oder als Große im Steuersystem hervortritt.

Die Anordnung zum Messen der Steuerwinkel, die durch die Steuersignale gi-gt, bestimmt werden, geht aus Fig.2 näher hervor, und die Funktion der Anordnung wird anhand von F i g. 3 näher erklärt.

Links in F i g. 2 befinden sich drei Sägezahngeneratoren 11,12,13, die von den drei Kommutierungsspannungen, d. h. den verketteten Spannungen U,_r, U_rs und U_s, zwischen den Phasenleitern R, S, Γ in Fig. 1, drei sägezahnförmige Spannungen U_r\, Un und U_rz herleiten, von denen die erste in F i g. 3 gezeigt ist.

Der Sägezahngenerator besteht aus einem Verstärker A 1 mit kapazitiver Rückkopplung CI, so daß der Verstärker als Integrator arbeitet. An den Verstärkereingang ist über einen Widerstand R1 eine Speisespannung U angeschlossen. Die Spannung U_rer kann eine konstante Spannung sein oder sie kann proportional zu der Frequenz des Wechselstromnetzes sein, wobei der Steuerwinkel in elektrischen Graden statt im absoluten Zeitmaß gemessen wird.

Zu dem Verstärker A 1 ist ein Transistor Π parallel geschaltet, der von einer monostabilen Kippstufe .Vf1 gesteuert wird, die ihrerseits von der Kommutierungsspannung U,r derart gesteuert wird, daß die Kippstufe umschaltet und dadurch den Verstärker A 1 über den Transistor Tl kurzschließt, wenn die Kommutierungsspannung durch Null geht. Dadurch bekommt die Ausgangsspannung U_r\ des Verstärkers A 1 die in F i g. 3 gezeigte Sägezahnform, deren Periodendauer gleich der halben Periodendauer der Kommutierungsspannung ist. Die im rechten Teil der F i g. 2 dargestellte Schaltung bildet den Abtast- und Halterkreis der Winkelmeßanordnung.

Der Ausgang des Sägezahngenerators 11 ist über einen Widerstand /?4 und einen Kontakt 51 an einen Verstärker A 4 des Spannungsfolgetyps angeschlossen. Ein Kondensator C4 ist über einen Widerstand R7 an den Eingang des Verstärkers A 4 und über den Kontakt 54 an den Ausgang des Verstärkers A 4 angeschlossen. Die Kontakte 51 und 54 werden beide von dem Ausgangssignal U_n* eines Kippschalters Λ/4 gesteuert, der seinerseits von den kurzen Impulsen g\ und ge, gesteuert wird, die für die Zündung der Ventile 1 und 4 erzeugt werden. Diese Signaie sind in dem dritten Diagramm in F i g. 3 dargestellt Dies bedeutet, daß beim Zünden eines der Ventile 1 und 4 die Kontakte 51 und 54 für kurze Zeit geschlossen werden, wodurch der Kondensator C4 auf die augenblickliche Ausgangsspannung von A 1 aufgeladen wird Diese Spannung ist ein eindeutiges Maß für den entsprechenden Steuerwinkel, näher bestimmt auf die Weise, daß für die Kurve U,\ in F i g. 3 auf der Abszisse der Phasenwinkel und auf der Ordinate die Ausgangsspannung des Verstärkers A 1 aufgetragen ist. Nachdem die Impulse g\ oder g* in Fig.3 vorüber sind und die Kontakte 51 und 54 sich geöffnet haben, entspricht das Ausgangssignal Ua des Verstärkers Λ 4 der Ladungsspannung ίΛ* auf dem Kondensator C4 und wird damit ein Maß für den letzten Steuerwinkel, d. h. für den Steuerwinkel des zuletzt gezündeten Ventils.

Für die beiden anderen Ventilphasen 3, 6 und 5, 2 in F i g. 1 sind entsprechende Sägezahngeneratoren 12 und 13 an den Verstärker A 4 angeschlossen, und zwar über Kontakte 52 und 53 gesteuert von Kippstufen M5 und M 6, die von Steuerimpulsen g₃ und g_b bzw. g₅ und gi gesteuert werden. Der Kontakt 54 wird von allen Signalen U_n*, U_n^, U₁^ beeinflußt, so daß die Steuerwinkel jedes der Ventile 1-6 in Fig. 1 in dem Kondensator C4 und dem Verstärker A 4 registriert werden. Die Ausgangsspannung Ux erhält dabei den in dem untersten Diagramm in Fig.4 dargestellten stufenförmigen Verlauf, bei der die Länge jeder Stufe der Länge des Leitintervalls der zugehörigen Ventile entspricht und die Höhe der Stufe den Steuerwinkel angibt.

Wenn man den Steuerwinkel nur eines der Ventile 1-6 registrieren will, kann dies in einfacher Weise dadurch geschehen, daß in F i g. 2 die Steuerimpulse g der anderen Ventile fortgeschaltet werden, so daß nur die Steuerimpulse des zu berücksichtigenden Ventils zu dem entsprechenden Kippschalter MA, M5 und Λ/6 gelangen.

Indem man das Signal des Verstärkers Λ 4 in Fi g. 2 auf einen Tiefpaß gibt, kann das Signal Ua einen Mittelwert für mehrere der auftretenden Steuerwinkel darstellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, innerhalb einer bestimmten Zeitspanne den Maximaloder Minimalwert des Steuerwinkels zu registrieren.

Die Anordnung nach F i g. 2 kann zum Steuern eines Stufenrchalters oder zur bloßen Kontrolle verwendet werden, um festzustellen, wie der Stromrichter arbeitet. Die Anordnung kann aber auch als Teil einer Steuerung verwendet werden, um zwei reihengeschaltete Stromrichter im Verhältnis zueinander auszugleichen, wie aus F i g. 4 hervorgeht.

Wie bereits erwähnt, hat man bei Oszillatorsteuerung von Stromrichtern kein genaues Maß für den tatsächlichen Steuerwinkel. Sind beispielsweise zwei reihenge· schaltete Stromrichter in einer Stromrichterstation vorhanden, und werden beide von einem gemeinsamen Regler gesteuert, so können die beiden Stromrichter dennoch mit sehr verschiedenen Steuerwinkeln arbeiten, so daß diese Stromrichter, die denselben Strom führen, mit ganz verschiedenen Gleichspannungen und damit mit verschiedenen Belastungen arbeiten. Bei nur

zwei Stromrichtern kann man die Phasenlagcn der Steuerimpulse der beiden Stromrichter vergleichen und gegebenenfalls die Steuerimpulse im Verhältnis zueinander ausrichten. Bei mehreren Stromrichtern ist ein solcher paarweiser Vergleich jedoch sehr umständlich. Hier empfiehlt es sich, statt dessen den Mittelwert der Steuerwinkel zu bilden, und zwar durch Messung derselben mit der Anordnung gemäß F i g. 2.

In Fig. 1 sind weitere Stromrichter 14-16 dargestellt, die mit dem oben beschriebenen Stromrichter in Reihe geschaltet und genau wie dieser aufgebaut sind. Der im Sinne der Zeichnung untere Pol einer solchen Stromrichterstation kann geerdet sein, während der obere Pol über den Leiter 9 an eine Übertragungsleitung angeschlossen ist In der Erdverbindung ist ein Meßtransduktor 17 zum Messen des Gleichstromes in den Stromrichtern eingeschaltet.

In Fig.4 ist gezeigt, wie dieser Meßtransduktor an einen Stromregelverstärker 18 angeschlossen ist, der für alle Stromrichter gemeinsam ist. Ein Sollwert für den Gleichstrom wird von einem Sollwertgeber vorgegeben, der symbolisch durch ein Potentiometer 21 angedeutet ist. Das Ausgangssignal des Regelverstärkers wird für jeden einzelnen Stromrichter einem Steuersystem 19 mit einem Steuerimpulserzeuger 8 zugeführt, das auch in F i g. 1 gezeigt ist.

Die Signale des Impulserzeugers 8, die den Ventilen des zugehörigen Stromrichters zugeführt werden, werden zugleich einer Steuerwinkelmeßanordnung gemäß F i g. 2 zugeführt, so daß man Spannungen Lte 1-4 erhält, die ein Maß für den Steuerwinkel der verschiedenen Stromrichter sind. Der Mittelwert hiervon wird im Verstärker A 5 ausgerechnet und für jeden einzelnen Stromrichter im Verstärker /4 6 mit dem eigenen tatsächlichen Steuerwinkel des Stromrichters verglichen. Die evtl. Abweichung des Steuerwinkels

ίο des betreffenden Stromrichters wird als ein Extrasignal im Summierungsglied 20 zu dem Signal des Regelverstärkers 18 addiert, wodurch der Steuerwinkel des Stromrichters dem Mittelwert für alle Stromrichter angepaßt wird.

Auf diese Weise werden alle Stromrichter sehr schnell mit im wesentlichen gleichen Steuerwinkeln arbeiten, und auch bei einer Änderung des Steuerwinkels durch einen Regeleingriff im Steuersystem folgen die Steuerwinkel einander ohne Verzögerung.

ίο Da man die Steuerwinkel ständig mißt, ist es ohne Bedeutung, ob die Stromrichter untereinander in derselben Phasenlage arbeiten oder ob sie — was bei mehreren Stromrichtern in einer Station üblich ist — zueinander phasenverschoben arbeiten. Ferner ist es sehr bedeutungsvoll, daß im übrigen die Regelung des Stromrichters durch die Anordnung gemäß der Erfindung nicht beeinflußt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen des Steuerwinkels der Ventile eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Stromrichters, dessen Ventile von einem als Oszillator ausgebildeten Steuerimpulsglied in bestimmter Reihenfolge Steuerimpulse erhalten, wobei für jede Ventilphase des Stromrichters ein Sägezahngenerator vorhanden ist, der mit einem Taktgeber versehen ist, der von den Nulldurchgängen der aus der Netzspannung hergeleiteten Kommutierungsspannungen für die Ventile des Stromrichters beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngeneratoren (11 -13) parallel über ein Schaltorgan (Sl -S3) an einen gemeinsamen Abtast- und Haliekreis (A 4, C4) angeschlossen sind und daß das Schaltorgan (Si-S3) von dem Steuerimpulsglied des Stromrichters gesteuert wird, wobei das in dem Abtast- und Haltekreis (A 4, C 4) gespeicherte Signal (Ux) ständig dem Steuerwinkel des zuletzt gezündeten Ventils entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Sägezahngenerator (11-13) eine Abtast- und Halteschaltung vorhanden ist, wobei das entsprechende Schaltorgan von den entsprechenden Ausgängen des Steuerimpulsgliedes des Stromrichters gesteuert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 in Verwendung bei mindestens zwei reihengeschalteten Stromrichtern, beispielsweise in einer Stromrichterstation, wobei jeder Stromrichter mit einer Anordnung nach Anspruch 1 sowie mit einem eigenen Steuersystem ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Organ (A 5) zur Gewinnung des Mittelwertes der Steuerwinkel (λι-λ₄) der Stromrichter vorhanden ist, daß in den einzelnen Stromrichtern ein vergleichendes Glied (A 6) zum Anzeigen der Abweichung des Steuerwinkels des betreffenden Stromrichters von dem genannten Mittelwert vorhanden ist, und daß die Abweichung in Form eines zusätzlichen Signals dem Steuersystem des jeweiligen Stromrichters zwecks Korrektur seines Steuerwinkels zugeleitet wird, um gleich große Steuerwinkel in den verschiedenen Stromrichtern zu erhalten.