DE2609285C2

DE2609285C2 - Verfahren zur Steuerung des Abschnittwinkels einer löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrückenanordnung

Info

Publication number: DE2609285C2
Application number: DE2609285A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Barz; Karl-Heinz 1000 Berlin Bezold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1976-03-04
Publication date: 1982-04-29
Also published as: SE433155B; SE7702313L; CH607443A5; ZA771259B; ATA141477A; DE2609285A1; AT352223B

Description

— daß vom Stromsollwert eine gegensinnig veränderliche Steuergröße für den Abschnittwinkel in der Weise abgeleitet ist, daß die Summe aus dem Augenblickswert der Halbwel-Ienspannung und aus der bei der Löschung entstehenden Spannungserhöhung am Löschkondensator konstant bleib»;

— daß vom Spannungo-iollwert eine weitere Steuergröße für den Abschnittwinkel vorgegeben wird, die im obersten SoUwertbereirh die Steuergröße auf einen Kleinstwert zurückstellt;

— und daß der tatsächlich anzusteuernde Abschnittwinkel durch eine Größtwertauswahl der beiden Steuergrößen ermittelt wird.

—_: Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren ζ entsprechend uem Oberbegriff des Patentanspruchs.
ΙΞ Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 21 65 959 bekannt Bei diesem erfolg: die Leibung der Kauptthyliristoren zwecks Begrenzung de- im Anschluß an den =Löschvorgang durch die freiweniende magnetische -Energie hervorgerufenen Spannungen an den Löschj^kondensatorer in Abhängigkeit vom Momentanwert -des durch die Hauptthyristoren fließenden, zu löschenden Stromes. Damit bleibt die Spannungserhöhung stets ^unterhalb des Scheitelwertes der Speisewechselspan-Enung, so daß die Löschkondensatoren durch die sonsi -auftretenden Oberspannungen nicht zerstört werden -können.

= Unter der Voraussetzung, daß im gesamten Sp.annungsstellbereich der Stromrichterbrückenanordnung durch Anwendung des in der DE-OS 2134 598 beschriebenen Sektorsteuerverfahrens die Kommutierungsblindleistung möglichst gering gehalten werden soil, kann mit dem eingangs genannten Verfahren zur Steuerung des Abschnittwinkels das Speichervermögen der Löschkondensatoren bei unterschiedlichsten Lastzuständen nicht stets optimal ausgenutzt werden. Auch ist es notwendig, im obersten Sollwertbereich den Abschnittwinkel derart zu steuern, daß die Ausgangs-NennEnannung erreicht wird, wenn dieses über die Anschnittverstellung allein nicht mehr möglich ist

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs angegebene Verfahren derart zu verbessern, daß bei möglichst geringer Netzrückwirkung bei aJien Lzsizuständen die Speicneriadung der Löschkandensatören stets maximal ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird vorteilhafterweise bei möglichst niedrigen Netzrückwirkungen durch die nach den jeweiligen betrieblichen Anforderungen strom- oder spannungsabhängige Führung des Abschnittwinkels die Speicherladung des Löschkondensators bei unterschiedlichen Lastzuständen maximal ausgenutzt

Anhand eines iri den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels seil der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.
^: Es zeigt

.- F i g. 1 das Pnnzipschaltbild einer an sich bekannten Folgeschaltung mit einer Iöschbaren-unsymmetrischhalbgesteuerten Stromrichterbrücke (LUB),

: F i g. 2 den Verlauf der Gleichspannungsänderung iiurch An- und Abschnittsteuerung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und

Fig.3 ein Blockschaltbild für die Steuerung des An- und Abschnittwinkels.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung enthält zwei unsymmetrisch-halbgesteuerte Folgebrücken 1 und 2 mit einer Wechselstromeinspeisung über einen Transformator 3 sowie als Verbraucher zwei Gleichstrommotoren 4. Während die eine der beiden Foigebrücken 1

5t und 2 nur zündsteuerbar ist handelt es sich bei der Folgebrücke 1 um eine zündsteuer- und löschbare Stromrichterbrückenanordnung mit einer Zwei-Kondensator-Löschanordnung. Den mit zwei Dioden 13,14 eine unsymmetrisch-halbgesteuerte Brücke bildenden Hauptthyristorzweigen 11,12 ist jeweils ein Löschzweig parallelgeschaltet, der aus der Reihenschaltung je eines Löschkondensators 15, 16 und je eines Löschthyristors 17, 18 sowie zweier Ladedioden 19, 20 und eines gemeinsamen Ladewiderstandes 21 besteht, der an eine sekufidärseitig vorgesehene TransioTmaiorarizaplurig angeschlossen ist Die Löschköndensatoren 15, 16 werden somit über den Ladewiderstand 21 und die Ladedioden 19, 20 mit verringerter Spannung auf den Scheitelwert der vorlaufenden Halbschwingung aufgeladen. Die Löschkondensatoren sind dabei so zu bemessen, daS sich bei dem zu löschenden Momentanstrom eine für die Hauptthyristoren 11,12 ausreichende Schonzeit t, einstellt Weiter ist berücksichtigt, daß die

beim Löschen vorhandene magnetische Energie in eine entsprechende kapazitive Speicherladung umgesetzt werden kann. Hier muß die Bedingung gestellt werden, daß die Kondensatorspannung den Spitzenwert der Leerlaufwechselspannung nicht wesentlich überschreitet, damit andere Bauteile nicht gefährdet werden. Die Spannung am Kondensator nach dem Löschen des Hauptthyristors wird von der aufzunehmenden Energie und vom Augenblickswert der Wechselspannung im Löschzeitpunkt bestimmt.

Die in Fig.2 dargestellten Spannungszeitflächen

verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren. Die an der Primärwicklung des Transformators 3 anliegende

Eingangswechselspannung U(t) wird über c '".kundärwicklungen des Transformators Z als gleichgroße Teilspannungen Ui(t)und U₂(t)\n die beiden Folgebrükken 1 und 2 eingespeist Der Abst-hjittwinkel ist wegen der begrenzten Speicherkapaz" -1 der Löschkondensa-

—toren nicht beliebig variab -i Erfindungsgemäß wird der ^rAbschnittwmkel in den zulegen Grenzen stromab-

mhängig verstellt, um eine optimale Wirkung bei zlkonstantem Spitzenwert der Kondensatorspannung zu ^-erzielen. Von der Ausgangsspannung des Stiomreglers izwird der Zündwinkel α von 180 bis 0° und der - ^Abschnittwinkel β von 0 bis 80° geführt, wobei β im

-^Gegensatz zu « vom Ende der Halbschwingung zählt Es —^gilt somit

= a = x_z(= Zündzeitpunkt)

"Ξ 180° -β= ti(= Löschzeitpunkt)

nn Fig.2a zeigt den Anfahrbereich mit unterdrückter ^^ündung der Hauptthyristoren und .Anschnittsteuerung —-der Löschthyristoren bis zu einem fest einstellbaren ZÄbschnittwinkel (maximal möglicher Löschzeitpunkt ^=ri/,nax) bei Nenngleichstrom /<*> Die Verstellung des ⁼⁼Abschnittwinkels von 0° bis ca. 80° wirkt dabei wie eine ^Anschnittsteuerung ohne Netzkommutierung. Die halbiisteuerbare Brücke besteht in diesem Betriebszustand 5¹^iUr aus den Lösch thyristor- und Diodenzweigen. Der n Netzstrom beginnt bei Zündung des Löschthyristors 3jber den Löschthyristor und Löschkondensator zu ^fließen. Die treibende Spannung setzt sich aus dem zum ^Zündzeitpunkt herrschenden Augenblickswert der Wechselspannung und der Vorladespannung des Löschkondensators zusammen. Nach der Entladung des Löschkondensators auf den Verbraucher wird dieser vom Netzstrom in umgekehrter Richtung aufgeladen. Eine Netzentlastung ist schon in diesem Betriebszustand gegeben, da der Netzstrom vor dem Nulldurchgang der Spannung oder gleichzeitig Null wird. Ist der Abschnittwinkel in seiner vom Strovti abhängigen Endlage angelangt, setzt das Steuerverfahren nach der Erfindung bei der zündsteuer- und löschbaren Stromrichterbrükkenanordnung 1 ein. Die Zündung der Hauptthyristoren wird freigegeben und die Spannung weiter durch Anschnitt zum Zündzeitpunkt U \ über die Hauptthyristoren gesteigert (F i g. 2b). Bis zum Motornennstrom ist ein Abschnittwinkel β von ca. 80" zulässig. Bei höheren Strömen muß der AhschnitiwinkeJ entsprechend zurückgenommen werden. Fur den maximalen Anfahrstrom Umax ist nur ein Winkel von jS=26° (Löschzeitpunkt t/_m,„) möglich. Zur weiteren Steigerung dar Spannung wird dann die Zündung der zweiten Brücke freigegeben (F i g. 2c). In diesem Betriebszustand ist der zweite Zündzeitpunkt t_zi variabel, der erste Zündzeitpunkt tz ι konstant und der Löschzeitpunkt ti abhängig von der erfmdungsgemäßen Steuerung. Auch hier ist (wie dargestellt) bei maximalem Aifahrstrom Idmzx der

ίο minimale Löschzeitpunkt U._ma gültig.

Das in Fig.3 dargestellte Blockschaltbild der Steuerung des An- und Abschnittwinkels enthält einen Führungsregler 30 und einen unterlagerten Regler 31, denen die Differenz aus Führungsgrößen Wu bzw. IV/

υ und Regelgrößen Xu bzw. Xi der gleichgerichteten Spannung U und des Laststromes / zugeführt werden. Die Führungsgrößen Wu und Wi werden außerdem einem ersten und zweiten Funktionigeber 33 bzw. 34

— ^zugeführt Die stromabhängige Anpassung des Ab-2ö-schnittwinV:els führt ein von der Führungsgröße Wi !gesteuerter Funktionsgeber durch. Γ· *i Motorströmen --unterhalb des maximalen Anfahrstromes kann der rAbschnittwinkel so groß sein, daß die Motomennspan-Jnung nicht erreichbar ist Ein weiterer von der

siiFührungsgröße Wu gesteuerter Funktionsgeber verrin-^7:=gert bei hoher Motorspannung den Abschnittwinkel -dann so, daß die Motorspannung eingestellt werden -kann.

r: η Die Ausgänge des unterlagerten Reglers 31 und der 3o:zbeiden Funktionsgeber 33, 34 sind mit den Eingängen eines Größtwerc-Auswahlgliedes 32 verbunden, dessen ; —Ausgang über einen ersten Steuersatz 36 auf die Löschthyristoren 17, ig und damit auf den Abschnittwinkel β einwirkt
35- - Der Ausgang des unterlagerten Reglers 31 ist zudem

— :mit dem Eingang eines zweiten Steuersatzes 35 -verbunden, der der Verstellung des Anschnittwinkels <%

rzdurch Verschiebung der Zündzeitpunkte für die zz HHauptthyristoren 11,12 dient
Die Kennlinien der Funktionsgeber 33 und 34 sind in

— Verbindung mit F i g. 1 herleitbar: Aus dem Energie- ^gleichgewicht für die in den Induktivitäten L (Transformator, Verbraucher) bei einem Laststrom / und die in

!den Löschkondensatoren mit der Kapazität Cbei einer Kondensatorspannung U_c gespeicherten Energie e gut ailgemein:

L-i² _ C-Ul

Bei der in Fig. 1 gezeigten zündsteuer- und löschbz'en Stromrichterbrückenanordnung ist demnach bei hochohmigen Ladewiderstand

_ C_ta(U_aran -UiVT- sin./?)² _ L-i² ^e~ 2 ⁼ ~2~

so bzw. bei niederohmigen Ladewiderstand

. - Ut VT sin ß)² + C₂ {b_armz - U₁ VT)² _ L-i²

wobei Cgcs die Gesamtkapazität der Löschkondensatoren, i/cyrenzdie Nennspannung für die Löschkondensatofen, U\ die an der Sekundärwicklung anliegende Spannung des die Stronirichterbrückenanordnung 1 speisenden Transformators 3, Ci die Kapazität des Löschkondensators 15 und Ci die Kapazität des

Löschkondensators 16 ist.

Für den erforderlichen Kondensatorspannungshub U, (/,) = 0, sin β
Für die Kondensatorspannung 0_e gilt dann:

^AU<* ^f Vid'

wobei mit ! der Scheitelwert des Laststromes bezeichnet ist.

Die im Löschzeitpunkt // an der Transformator-Sekundärwicklung anstehende Spannung Ü\ ist gegeben durch den Scheitelwert Ü\ der Eingangsspannung und den Abschnittwinkel ß:

Für den Abschnittwinke!/ folgt daraus: β = arc sin ΰ,-/IM

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

26 09 28υ

Patentanspruch:

Verfahren zur Steuerung des Abschnittwinkels einer strom- und spannungsgeregelten löschbaren, unsymmetrisch-halbgesteuerten Stromrichterbrükkenanordnung, deren steuerbaren Hauptthyristoren jeweils eice Reihenschaltung eines Löschkondensators und eines Löschthyristors parallelgeschaltet ist, wobei die Löschkondensatoren auf der Seite des Wechselspannungsanschlusses der steuerbaren Thyristoren I'egen und bei der die Verbindungspunkte zwischen Löschkondensator und Löschthyristor jeweils über eine Ladediode mit der Wechselspannungsquelle verbunden sind, wobei ferner in Verbindung mit einer Steuerung der Ausgangsspannung durch Veränderung des vom ersten Nulldurchgang jeder Haifaweüe aus gerechneten Anschnittwinkels der Hauptthynstoien eine Steuerung des vom zweiten Nulldurchgang jeder Halbwelle '-ms gerechneten Abschnittwinkels der Löschthyristui ^n in der Weise erfolgt, daß im Anschluß an den Löschvorgang durch die freiwerdende magnetische Energie auftretende Spannungen an den Löschkondensatoren begrenzt werden, dadurch gekennzeichnet,