DE2340669A1

DE2340669A1 - Stromrichter-regelanordnung

Info

Publication number: DE2340669A1
Application number: DE19732340669
Authority: DE
Inventors: Atsumi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-08-12
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1974-02-28
Also published as: GB1440368A; DE2340669B2; JPS5814138B2; SE389432B; DE2340669C3; SU608490A3; JPS4937127A; US3886433A

Description

Patentanwalt»

Dr.-Inr. R- B £ C T Z jr M 3 η ·ϊ· η 22, St.irwdorfetr.

61-21.218Ρ 10. 9. 1973

HITACHI LTD., Tokio (Japan)

Stromrichter-Regelanordnung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für Hochleistungs-Strom- bzw. -Wechselrichter, die in der Gleichstromübertragung verwendet werden, und insbesondere auf eine Regelanordnung, die leistungsfähig auf die Regelung eines Wechselrichters anwendbar ist. "Stromrichter" und "Wechselrichter" können im folgenden gemeinsam als "Wechselrichter" bezeichnet werden.

Bei der Gleichstromübertragung wird ein Wechselstrom zeitweise durch einen Gleichrichter zur Übertragung in einen Gleichstrom umgewandelt und danach durch einen Wechselrichter in einen Wechselstrom

81-(POS 31443)-Ko-r (8)

40.9809/0933-

2340569

umgesetzt, um zu einem Wechselstromnetz unter Last übertragen zu werden. In diesem Fall wird der Gleichrichter im allgemeinen auf einen konstanten Strom und der Wechselrichter auf einen konstanten Löschwinkel geregelt.

Der Grund dafür, warum der Wechselrichter auf einen konstanten Löschwinkel geregelt wird, liegt einerseits in der Sicherung seines stabilen Betriebes und andererseits in der Verringerung der Blindleistung , indem der Löschwinkel auf einem geringsten konstanten Wert gehalten wird.

Diese Regelanordnung selbst ist trotz ihrer Bedeutung nicht unbedingt zufriedenstellend, wenn sie unter dem Gesichtspunkt eines schnellen Ansprechens auf Befehle für eine Veränderung in der Energieübertragung großer Spannungsänderungen aufgrund von Veränderungen in der Blindleistung betrachtet wird, die Veränderungen in der durch ein Lastwechselstromnetz empfangenen Energie begleitet. Dies wird weiter unten näher anhand eines Falles erläutert, bei dem ein Gleichrichter auf einen konstanten Strom und ein Wechselrichter auf einen konstanten Löschwinkel geregelt wird.

Die Anschlußspannung Vd auf der Gleichstromseite (im folgenden als "Gleichspannung" bezeichnet) des Wechselrichters und der Leistungsfaktor cos Φ des Wechselrichters werden bekanntlich durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt S

Vd = 1,35 E₂ cos S - -ψ- XId (1)

409809/0933

wobei E eine Sekundärspannung eines Transformators im nichtbelasteten Zustand ist, der zwischen den Wechselrichter und das belastete Wechselstromnetz eingeschaltet ist, während die Primär- und Sekundärseiten dieses Transformators jeweils mit dem Wechselstromnetz und dem Wechselrichter verbunden sind, wobei X der Blindwiderstand des Transformators in der Phase ist, wobei 8 ein Löschwinkel ist, wobei u ein Überlappungswinkel ist und Id einen im Wechselrichter fließenden Gleichstrom darstellt.

Wenn der Löschwinkel konstant gehalten wird, dann kann, wie aus der Gleichung (l) hervorgeht, die Gleichspannung nicht konstant gehalten werden, wenn Veränderungen im Gleichstrom vorliegen, während die Gleichspannung um so höher ist, je kleiner der Gleichstrom ist, wobei der Veränderungsbereich in der Gleichspannung ungefähr 10 % der Nenngleichspannung ausmacht. Aus diesem Grund ist es allgemein üblich, eine konstante Gleichspannung durch Steuerung der Abgrifflage des Transformators durch Vergleich der Gleichspannung mit einer Bezugsspannung konstant zu halten. Diese herkömmliche Regelanordnung hat jedoch den Nachteil, daß, da die Sekundär spannung des Transformators in einem kleinen Bereich des Gleichstromes auf ungefähr 10 % unterhalb mittels des Abgriffes gehalten wird, um die Gleichspannung für den Betrieb auf einen niedrigen Pegel zu regeln, sämtliche Anstrengungen zur Vergrößerung des Gleichstromes auf seinen Nennwert notwendigerweise fehlschlagen, um einen Nennwert des Wechselrichter-Ausgangssignales zu erhalten, wenn nur ungefähr 90 % der Nennleistung erreicht ist. Um die Endleistung mittels Anhebung der Spannung durch den Abgriff zu erzielen, sind gewöhnlich einige

409809/0933

Minuten erforderlich. Wenn andererseits der Löschwinkel konstant gehalten wird, dann nimmt die erforderliche Scheinleistung auf der Wechselstromseite des Wechselrichters im wesentlichen proportional zum Gleichstrom ab, während gleichzeitig der Überlappungswinkel u verringert ist, so daß, wie aus der Gleichung (2) hervorgeht, der Leistungsfaktor schnell für eine schnelle Verringerung der durch den Wechselrichter verbrauchten Blindleistung verbessert wird. Dieses Ergebnis bewirkt große Veränderungen in der Blindleistung mit einem Anwachsen und Abnehmen der Gleichstromleistung des Wechselrichters und damit große Veränderungen in der Wechselspannung. Dies bedeutet insbesondere dann ein Problem, wenn das Wechselstromnetz eine kleine Kurzschlußkapazität aufweist.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelanordnung für einen Wechselrichter anzugeben, die sofort in Übereinstimmung mit Veränderungen in der übertragenen Leistung arbeitet ; die Anordnung soll auch kleine Veränderungen in der Wechselspannung beibehalten.

Da das langsame Ansprechen auf Veränderungen in der übertragenen Leistung auf der für die Abgriffsteuerung des Transformators erforderlichen Zeit beruht, zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, daß die für die Abgriff steuerung erforderliche Zeit dadurch ausgeschlossen wird, daß einerseits eine konstante Sekundärspannung des Transformators aufrechterhalten wird, während andererseits Veränderungen in der Wechselspannung aufgrund von Veränderungen in der Gleichstromleistung des Wechselrichters verringert werden, indem

A09809/0933

in geeigneter Weise zwischen der Gleichspannungseinstellung und der Löschwinkeleinstellung des Wechselrichters geschaltet wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Schaltung eines Beispieles eines im Blockschaltbild der Fig. 1 enthaltenen Gleichspannungsreglers,

Fig. 3 und 4 Kennlinien zur Erläuterung des Betriebs des in der Fig. 2 gezeigten Reglers,

Fig. 5 ein Beispiel einer Abgriffsteuerungsschaltung,

Fig. 6 Kennlinien zur Erläuterung des Vorteiles der in der Fig. gezeigten Schaltung zur Erfassung einer plötzlichen Veränderung der Wechselspannung, und

Fig. 7 eine Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Minimalwert-Rechengliedes, das im Gleichspannungsregler enthalten ist.

In der Fig. 1, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, sind vorgesehen: ein Wechselstromnetz 1, ein Transformator 2,

409809/0933

eine Dreiphasen-Vollweg-Thyristorbrücke 3, eine Gleichstromdrossel 4, ein Spannungstransformator 5 zur Messung der Anschlußwechselspannung , ein Gleichstromtransformator 6 zur Messung des Gleichstromes , ein Abgriffsteuerglied 7 für den Transformator, ein Gleichspannungsregler 8, ein Glied 9 zur Erfassung einer plötzlichen Veränderung der Wechselspannung und ein Impulsphasenschieber 10.

Der Grundbetrieb der erfindungsgemäßen Anordnung wird zunächst weiter unten erläutert, wonach eine genaue Beschreibung von diesem anhand der Fig. 2 bis 6 folgt.

Das Abgriffsteuerglied 7 ist so aufgebaut, daß der Abgriff gesteuert ist, um die Sekundär spannung des Transformators im unbelasteten Zustand (Leerlauf) immer unabhängig von Veränderungen der Spannung des Wechselstromnetzes konstant zu halten. Unter normalen Bedingungen wird lediglich ein Gleichstrom in den Gleichspannungsregler 8 eingespeist, so daß diese Gleichspannung unabhängig von Veränderungen des Gleichstromes in gewissen Grenzen konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck wird eine geeignete Spannung in den Impulsphasenschieber 10 eingespeist, um den Steuerungswinkel der Voreilung der Thyristorbrücke zu steuern. Wenn die gewisse Grenze durch den Gleichstrom überschritten wird, dann wird der Steuerungswinkel der Voreilung so eingestellt, daß er unabhängig von der Größe des Gleichstromes konstant ist. Die Bezeichnung "Steuerungswinkel der Voreilung" wird mit 6 + u ausgedrückt, wie dies oben bereits erwähnt wurde. In diesem Zusammenhang wird der Steuerverzögerungswinkel oC ausgedrückt durch Λ- % -( S +u), wie dies weiter unten

409809/0933

näher erläutert wird. Das Glied 9 zur Erfassung einer plötzlichen Spannungsveränderung arbeitet unter normalen Umständen nicht, mit der Ausnahme, daß es erforderlich sein sollte, einen Übertragungsverlust des Wechselrichters im Falle eines Wechselspannungsabfalles aufgrund eines Kurzschlusses oder anderen Erdfehlern zu vermeiden, die plötzlich im Wechselstromnetz auftreten können, um so ein zeitliches Nachhinken des Abgriffes zu verhindern. Eine genaue Erläuterung des Gliedes 9 wird später anhand der Fig. 2, 5 und 6 gegeben.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, daß die Sekundärspannung des Transformators auf dem gleichen Pegel gehalten wird, wie wenn ein Nennstrom fließt, so daß es möglich ist, eine volle elektrische Nennleistung unmittelbar nachdem Betrieb der Anordnung bei einer umgesetzten Leistung von beispielsweise 10 % des Nennwertes zu erhalten. Weiterhin wird ein konstanter Leistungsfaktor dadurch erhalten, daß die Gleichspannung unabhängig von Veränderungen im Gleichstrom konstant gehalten wird, mit dem Ergebnis, daß eine unerwünschte Verringerung in der durch den Wechselsrichter verbrauchten Blindleistung verhindert wird, die sonst bei einem kleinen Gleichstrom auftreten würde. Die Tatsache, daß der Leistungsfaktor unter einer konstanten Gleichspannung festgelegt ist, geht aus einem Vergleich der Gleichung (2) mit einer Gleichung (3) hervor, die aus der Gleichung (1) entsteht: ·

Vd = 1,35 E₂ ₍₃₎

409809/0933

Wenn ein vor bestimmter Pegel durch den Gleichstrom überschritten wird, dann wird, wie bereits erwähnt wurde, der Löschwinkel konstant gehalten, so daß das Kippen oder die Pol Wendung des Stromrichters vermieden wird, wodurch ein stabiler Betrieb der Anordnung gewährleistet ist.

Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 2 bis 6 näher beschrieben.

Ein tatsächliches Beispiel des Gleichstromreglers 8 der Fig. 1 ist in der Fig. 2 dargestellt, wobei dessen Betrieb näher anhand der Fig. 3 und 4 erläutert ist.

In der Fig. 2 sind Operationsverstärker A₁, A₀ und A vorgesehen. Die Ausgangssignale E und E₀ der Operationsverstärker A und A sind jeweils die Ergebnisse der Multiplikation des gemessenen Wertes Id des Gleichstromes (umgesetzt in eine Spannung) und der Vorspannungen mit den durch Widerstände R_-1 bis R₀ bestimmten Ver-

1 ö

Stärkungsfaktoren und einer Addition miteinander, wie dies unten angegeben ist:

^E0!

^E02 · ^k2 ^VB2 - 4

mit k_x = R₇ZR₁, kj = R₇ZR₃, k₂ = RgA₃ und

409809/0933

Der Widerstand R und die Dioden D und D bilden eine Schal-

7 X Ct

tung zur Auswahl der niedrigeren Spannung aus den Spannungen E und E , wobei die niedrigere Spannung als Ausgangssignal E erzeugt wird. Ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Gleichstrom Id und der Spannung E ist in der Fig. 3 gezeigt. Der Gradient und

\* X

der Schnittpunkt der beiden Kurven kann so bestimmt werden, wie

k.., k', k und k' in den Gleichungen (4) und (5) ausgewählt sind. 1 1 & 2

Wenn das Ausgangssignal des Gliedes 9 zur Erfassung eines plötzlichen Spannungsabfalles, das in den Anschluß 24 eingespeist wird, Null ist, dann wird die Spannung E in der Polarität in eine Span-

\-ß X

nung E_n durch den Operationsverstärker A umgewandelt, wobei die Spannung E_ eine Steuerspannung für den Impulsphasenschieber 10 bildet. Es soll angenommen werden, daß R = R und E = -E

IU XvJ V^ WX

gilt. Weiterhin soll angenommen werden, daß die Kennlinien des Impulsphasenschiebers 10 so ausgebildet sind, daß die Spannung E^ direkt proportional zum Steuerverzögerungswinkel eCist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Beziehung zwischen dem Gleichstrom Id und dem Steuerverzögerungswinkel cC nimmt die gleiche Kurve an, wie diese in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Art und Weise, in der die Vorspannungen k,V , k„V und

χ Di Ct Oa

die Verstärkungsfaktoren k!, k' bestimmt sind, wird im folgenden

X m

anhand der Fig. 4 näher erläutert, die das Ergebnis der Berechnung mittels der Gleichung (3) und der untenangegebenen Gleichung (6) angibt:

χ /χ \ /2 χ Id

coso - cos (o + u) -

^E2 (6)

Oi = 180° - (S + u)

409809/0933

In der Fig. 4 zeigt die Kurve (a) die Werte des Steuerverzögerungswinkeis öC, die so ausgewählt sind, daß unabhängig von Veränderungen des Stromes Id eine konstante Gleichspannung Vd beibehalten wird, was auf der Annahme beruht, daß die Sekundär spannung E₀ des Transformators konstant ist. Die Kurve (b) stellt andererseits die Werte des Steuerverzögerungswinkels OC zur Aufrechterhaltung des Löschwinkels δ auf einem konstanten Pegel unabhängig von Veränderungen von Id dar, wobei ebenfalls angenommen wird, daß E konstant ist. Weiterhin zeigt die Kurve (c) die Werte des Löschwinkeiso, wenn die Steuerung entlang der Kurve (a) erfolgt. Schließlich zeigt die Kurve (d) den Löschwinkel S, wenn der Kurve (b) gefolgt und dieser konstant gehalten wird.

Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht, indem die Steuerung entlang der Kurve (a) erfolgt. Eine derartige Steuerung genügt unter normalen Bedingungen. Wenn jedoch der Gleichstrom den Nennwert aus irgendwelchen Gründen überschreitet, dann ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, der Löschwinkel 6 unter einen normalen Wert 6 verringert, wodurch die Gefahr eines Kippverlustes besteht. Um diese Gefahr zu vermeiden, ist es erforderlich, den notwendigen Löschwinkel zu sichern, indem der Kurve (b) bei der Steuerung gefolgt wird. Auf diese Weise ist immer eine stabile Steuerung möglich, indem den Kurven (a) und (b) gefolgt wird, in Abhängigkeit davon, ob der Gleichstrom jeweils kleiner oder größer als dessen Nennwert ist. Aus der Zeichnung geht hervor, daß die Teile der Kurven (a) und (b), denen für die Steuerung gefolgt wird, im wesentlichen eine gerade linie bilden, und deshalb wird die beabsichtigte

40980 9/0933

Steuerung durch die Schaltung der Fig. 2 für eine stückweise lineare Annäherung durchgeführt, Die Werte k.V_o., k-V_„, k' und k' in

1 Bl Δ ΟΔ 1 Δ

den Gleichungen (4) und (5) werden leicht bestimmt, indem für jeden besonderen Fall ähnliche Kurven zu den in der Fig. 4 gezeigten Kurven herausgearbeitet werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Abgriffsteuergliedes mit einer festen Sekundärspannung des Transformators ohne Belastung (Leerlauf) ist in der Fig. 5 gezeigt. Während des Kippens des Wechselrichters tritt ein Kurzschluß zwischen den Sekundäranschlüssen des Transformators auf, und die Spannung dazwischen fällt auf Null ab, so daß es unmöglich ist, die Sekundärspannung im unbelasteten Zustand des Trans- . formators (Leerlauf) zu messen. Indem in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel werden abhängig von der Abgriffstellung verschiedene Bezugsspannungen mittels Kontakten für die Abgriffstellungsanzeige erzeugt, so daß die Primärspannung mit den Bezugsspannungen verglichen wird, um einen Befehl zu erzeugen, der die Abgriff stellung anhebt oder senkt. Inder gleichen Figur sind vorgesehen: Schalter

S₁, S_, ..., S , die die verschiedenen Abgriff Stellungen anzeigen, ι & η

von denen einer in einem gegebenen Zeitpunkt entsprechend der Abgriffstellung geschlossen ist. Eine negative Bezugspannung -Vcc wird in einen der Anschlüsse jedes Schalters eingespeist, während der andere Anschluß davon über Widerstände R.,.,, R„„, ···, R _Λ mit

Il Δι ni

verschiedenen Widerstandswerten mit dem Eingang des Gleichstromverstärkers A verbunden ist. Der Widerstand R_n ist vorgesehen, um die Spannung -Vcc in den Eingangsanschluß des Gleichstromverstärkers A direkt ohne Schalter einzuspeisen. Der andere Anschluß

A09809/0933

des Gleichstromverstärkers A... ist über einen Widerstand R gell g ^y

erdet. Da der Ausgang des Gleichstromverstärkers A mit seinem Eingang über einen Widerstand Rf, rückgekoppelt ist, ist das Ausgangssignal Es des Gleichstromverstärkers A gegeben durch:

wobei Ri ein Widerstand ist, der in Serie mit einem Schalter entsprechend zur geschlossenen Abgriff stellung i geschaltet ist, und wobei die Spannung Es in Fig. 5 b dargestellt ist. Wenn Es so ausgewählt ist, daß die Gleichung "EsNi = normaler Wert" unter Annahme, daß das Verhältnis der Sekundärspannung V des Transfermators zu seiner Primärspannung V in der Abgriffstellung i den Wert Ni hat, erfüllt ist, dann folgt, daß eine Bezugsprimär spannung erhalten wird, um eine konstante Sekundärspannung beizubehalten. Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, wird die Wechselspannung Ea der Primärseite des Transformators gleichgerichtet und durch einen Widerstand Ra und einen Kondensator Ca in eine Spannung Ea geglättet, und dann wird diese Spannung mit der Spannung Es durch den Pegelvergleicher LD verglichen. Wenn Ea größer als Es ist, dann wird ein Befehl ausgegeben, um den Transformatorabgriff anzuheben. Der Wert Ni wird kleiner wie wenn die Abgriffstellung angehoben ist, und deshalb nimmt die Spannung Es schrittweise zu, bis der Abgriff an einer Stellung anhält, in der Es gleich ist zu Ea. Wenn dagegen Ea kleiner als Es ist, dann wird ein Befehl ausgegeben, um die Abgriffstellung abzusenken.

409809/0933

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß es die in der Fig. 5 dargestellte Schaltung ermöglicht, die Sekundär spannung des Transformators im unbelasteten Zustand (Leerlauf) konstant zu halten.

Die eingangs zuerst genannten Ziele der vorliegenden Erfindung werden unter normalen Bedingungen leicht durch die Zusammenfassung der in den Fig. 2 und 5 dargestellten Schaltungen erreicht. Wenn jedoch eine plötzliche Veränderung in der Wechselspannung aufgrund beispielsweise eines Fehlers des Gleichstromnetzes auftritt, dann ist eine spezielle Gegenmaßnahme erforderlich, da der Abgriff nicht unmittelbar auf den Fehler ansprechen kann. Dieses Problem wird durch die in den Fig. 2 und 5 durch Strichlinien angegebenen Glieder gelöst, die jeweils mit den Bezugszeichen 26 und 9 versehen sind. In der Fig. 5 hat RaCa einen relativ kleinen Wert, und deshalb folgt eine plötzliche Veränderung in der Wechselspannung Ea innerhalb einer sehr kurzen Zeit durch einen geeigneten Betrieb. Die Differenz AV. zwischen Es und Ea in diesem Zeitpunkt wird durch den Differenzverstärker A ermittelt, wonach AV/Es durch den Dividierer DV erhalten wird. AV/Es zeigt die Abweichung der Wechselspannung vom normalen Wert an, wobei der gleiche normale Wert als Grundlage genommen wird, d. h. die Primär spannung wird zur Erzeugung einer Nennsekundär spannung verwendet. Bei kleinen Veränderungen der Spannung unter normalen Bedingungen unterliegt Es einer sehr kleinen Veränderung, so daß der Dividierer DV weggelassen werden kann, um ZiV selbst als Ausgangssignal zu benutzen. Die so berechnete Abweichung oder Ablenkung wird über einen mit

Λ09809/0933

dem Anschluß 24 (Fig. 2) verbundenen Anschluß 40 in die in der Fig. 2 dargestellte Schaltung eingespeist, um dadurch die Phasensteuerung durchzuführen. Die Anordnung für eine derartige Phasensteuerung wird im folgenden anhand der Fig. 6 näher beschrieben.

Die Kurve (1) der Fig. 6 ist das Ergebnis der Berechnung entsprechend der Gleichung (6), die durchgeführt wird, um zu bestimmen, wie der Steuer Verzögerungswinkel ot verändert werden sollte, um den Löschwinkel ό unabhängig von Veränderungen der Wechselspannung bei festem Gleichstrom konstant zu halten. Die Kurve der Fig. 6 zeigt an, daß der Steuerverzögerungswinkel oC um AoC gegen die Ablenkung von AV/Es verändert werden sollte. Indem die Steuerung auf diese Weise durchgeführt wird, ist es möglich, einen stabilen Betrieb der Anordnung mit dem erforderlichen Löschwinkel 6* durchzuführen, der unabhängig von Veränderungen in der Wechselspannung festgelegt ist. Wenn die Steuerung entsprechend der Kurve (1) durchgeführt wird, während die Wechselspannung über ihren normalen Wert angehoben ist, dann wächst der Gleichstrom entsprechend über seinen Nennwert an. Dies bringt keine Schwierigkeiten mit sich, wenn ein ausreichender Isolationspegel der Anordnung auf der Gleichstromseite vorgesehen ist. Es ist jedoch wünschenswert , die Gleichspannung unter dem Nennwert durch eine Impulsphasensteuerung zu halten, da eine zu große Spannung auf jeden Fall vermieden werden sollte. Die Kurve (2) der Fig. 6 zeigt das Ergebnis der Berechnung des Steuerverzögerungswinkels oC auf der Grundlage der Gleichungen (l) und (2), um eine konstante Gleichspannung unabhängig von Veränderungen der Wechselspannung zu erhalten, während ein konstanter Gleichstrom beibehalten wird.

409809/0933

Wenn zusammenfassend die Wechselspannung unter ihren Nennwert verringert ist, dann erfolgt die Steuerung entsprechend der Kurve (1), wodurch der erforderliche Löschwinkel gewährleistet ist. Wenn dagegen die Wechselspannung über den Nennwert erhöht ist, dann wird der Kurve (2) für die Steuerung gefolgt, wodurch ein Überschlag vermieden vird, der sonst aufgrund der angewachsenen Gleichspannung auftreten würde.

Durch Verwendung des Gliedes (26) in Fig. 2 ist es möglich, eine Steuerung durch gerade Linien (I)' und (2)¹ ungefähr in der Nähe der Kurven (l) und (2) der Fig. 6 durchzuführen. Eine Steuerung mit einer größeren Genauigkeit ist durch eine stückweise lineare Annäherung möglich, wobei ein Steuerglied mit einer Annäherung an eine gerade Linie weiter unten näher erläutert wird.

Da AV/Es als negative Spannung erzeugt wird, wenn die Wechselspannung Ea unterhalb des Nennwertes Es liegt, leitet die Diode D- im Glied 26, so daß die Steuerspannung Ec des Impulsphasen-Schiebers 10 abhängig vom Verhältnis R-, q/^I₁ verringert wird, wodurch der Steuerverzögerungswinkel oC abnimmt, während das Verhältnis R-o/^11 entsprechend der geraden Linie (l)¹ der Fig. 6 festge-

XO X X

legt ist. Wenn weiterhin Ea über Es anwächst, dann wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers A im Glied 26 negativ, so daß die Diode D zu leiten beginnt, um Ec zu verringern. Der Gradient der Verringerung ist in Übereinstimmung mit der geraden Linie (2)' der Fig. 6 festgelegt, indem die Widerstände R , R₁₇, R₁₀ und R geeignet ausgewählt sind.

409809/0933

Die Fig, 7 zeigt ein weiteres Beispiel eines Minimalwert-Auswahlgliedes, das zur Auswahl des niedrigeren der Ausgangssignale E oder E der Operationsverstärker, A und A (Fig. 2) verwendet wird. Wie aus einem Vergleich zwischen den beiden Schaltungen hervorgeht, in denen für sich entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind, zeichnet sich die in der Fig. 7 dargestellte Schaltung dadurch aus, daß die Widerstände R_ und R₀ je-

7 ο

weils parallel mit den Operationsverstärkern und Dioden D₁ und D_

X Ct

verbunden sind. Deshalb ist es möglich, den Minimalwert auszuwählen, wobei die Sperrschichtspannung der Dioden vollständig ausgeschlossen ist. Dies gilt auch für eine Schaltung einschließlich des Operationsverstärkers A und der Diode D , obwohl diese nicht dargestellt ist.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, werden bei der vorliegenden Erfindung die Gleichspannung oder der Löschwinkel wahlweise für die Steuerung konstant gehalten, abhängig von dem Wert des Gleichstromes und davon, ob die Steuerung durch eine konstante Gleichspannung durchgeführt wird, wobei die Sekundärspannung des Transformators auf ihrem Nennwert gehalten werden kann, so daß es möglich ist, unmittelbar die Leistungsübertragung durch Vergrößerung des Gleichstromes zu vergrößern.

Was die Veränderungen der Blindleistung aufgrund von Veränderrungen des Gleichstromes anbelangt, so ermöglicht die Erfindung, daß der Leistungsfaktor während der Steuerung durch eine konstante Gleichspannung festgelegt ist, so daß eine plötzliche Verringerung der Blind-

409809/0933

7340669

leistung aufgrund eines verringerten Überlappungswinkels u und eines vergrößerten Leistungsfaktors, der sonst bei einem kleinen Strom auftreten würde, verhindert ist, mit dem Ergebnis, daß Spannungsveränderungen aufgrund von Veränderungen der Blindleistung im Wechselstromnetz auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert gehalten werden.

Jedoch liegt eine Schwierigkeit darin, bei welchem Wert des Gleichstromes der Übergang zwischen der Steuerung eines Wechselrichters durch eine konstante Spannung und durch einen konstanten Löschwinkel erfolgen sollte. Dieser Übergangspunkt braucht nicht notwendigerweise beim oder in der Nähe des Nennstromes zu liegen. Wenn mit anderen Worten die Größe des Löschwinkels, über die für einen stabilen Betrieb des Wechselrichters nicht verfügt werden kann, groß genug ist, dann kann die Steuerung durch eine konstante Gleichspannung für einen größeren Gleichstrom als dessen Nennwert durchgeführt werden. Wenn andererseits der Löschwinkel klein ist, dann sollte die Steuerung durch einen konstanten Löschwinkel erfolgen, wobei der Gleichstrom kleiner als sein Nennwert ist. Wenn weiterhin der Übergangspunkt von der Steuerung durch eine konstante Gleichspannung zur Steuerung durch einen konstanten Löschw inkel auf einen kleinen Wert des Gleichstromes festgelegt ist, dann ist eine stabile Verwendung der Gleichstromübertragung möglich, selbst wenn das Wechselstromnetz eine kleine Blindleistungsversorgungskapazität aufweist. Wenn andererseits eine Steuerung durch eine konstante Gleichspannung bis zu einem großen Wert des Gleichstromes möglich ist, dann arbeitet die Anordnung im wesentlichen entsprechend einer Phasenänderung nach der Art einer Gleichstromübertragung.

ΑΠ9809/0933

7340669

Obwohl sich die obige Beschreibung auf eine Steuer- bzw. Regelanordnung zur Aufrechterhaltung der Gleichspannung auf der Wechselrichterseite bezieht, so ist dennoch eine ähnliche Steuerung zur Aufrechterhaltung der Gleichspannung auf einem konstanten Wert auf der Gleichrichterseite möglich. Zu diesem Zweck wird beider Bestimmung des Gradienten der Steuerungskurve der Fig. 3 der Spannungsabfall R Id aufgrund der Gleichstromleitung zur rechten Seite der Gleichung (3) addiert, so daß eine ähnliche Rechnung zu der anhand der Fig. 4 erläuterten Gleichung durchführbar ist, um die Schaltung skonstanten zu bestimmen.

A09809/0933

Claims

7340669 Patentansprüche

1. Strom- bzw. Wechselrichter-Regelanordnung für einen mit einer Gleichstromleitung verbundenen Stromrichter und einen mit einem Abgriff versehenen Transformator, um den Wechselrichter an ein Wechselstromnetz anzuschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (2) so gesteuert ist, daß seine Leerlauf-Sekundärspannung unabhängig von der Last konstant gehalten ist, wobei der Wechselrichter so gesteuert ist, daß seine Klemmenspannung auf der Gleichstromseite konstant gehalten ist, wenn der in der Gleichstromleitung fließende Strom kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, während der Löschwinkel (S) des Wechselrichters konstant gehalten ist, wenn der Strom den vorbestimmten Wert über- ■ schreit et.

2. Wechselrichter-Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Steuerung so durchgeführt. ist, daß der Löschwinkel (S) bei Erfassung einer plötzlichen Veränderung der Spannung im Wechselstromnetz (l) zunimmt.

3. Wechselrichter-Regelanordnung für einen mit einer Gleichstromleitung verbundenen Wechselrichter und einen mit einem Abgriff versehenen Transformator zur Verbindung des Wechselrichters mit einem Wechselstromnetz, gekennzeichnet durch

409809/0933

" ²⁰ " 2 34 0 6

ein erstes Glied (7) zur Erzeugung einer mit der Stellung des Abgriffes des Transformators (2) veränderlichen Bezugsspannung,

ein zweites Glied zur Erzeugung einer zur Primär spannung des Transformators (2) proportionalen Spannung,

eine erste Einrichtung, die die Spannungen des ersten und zweiten Gliedes vergleicht und die Stellung des Abgriffes des Transformators (2) steuert,

ein drittes Glied zur Erzeugung einer Spannung entsprechend zum Steuerungswinkel, der erforderlich ist, um die Klemmenspannung auf der Gleichstromseite des Wechselrichters abhängig vom Wert des im Wechselrichter fließenden Gleichstromes konstant zu halten,

ein viertes Glied zur Erzeugung einer Spannung entsprechend zum Steuerungswinkel, der erforderlich ist, um den Löschwinkel des Wechselrichters abhängig vom Wert des im Wechselrichter fließenden Gleichstromes konstant zu halten, und

eine zweite Einrichtung zur Auswahl einer der durch das dritte und vierte Glied erzeugten Spannungen und zur Einspeisung eines Zündimpulses eines Steuerverzögerungswinkels entsprechend zur ausgewählten Spannung in den Wechselrichter.

4. Wechselrichter-Regelanordnung nach Anspruch 3, gekenn-

409809/0933

7340669

zeichnet durch eine dritte Einrichtung zur Vergrößerung des Steuerungswinkels der Voreilung des Wechselrichters abhängig von der zum Nennwert einer plötzlichen Veränderung in der Spannung des Wechselstromnetzes proportionalen Spannung.

409809/0933