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Schaltungsanordnung zur Linearisierung der Steuerkennlinle eines fremdReführten
Stromrichters Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Linearisierung
der Steuerkennlinie eines fremdgeführten Stromrichters, mit einem Steuersatz, der
von einer Steuersatz-Eingangsspannung gespeist ist und der die steuerbaren Ventile
des Stromrichters mit Steuerimpulsen beaufschlagt, deren Steuerwinkel in linearer
Abhängigkeit von der Steuersatz-Eingangsspannung geführt ist, und mit einem dem
Steuersatz vorgeschalteten, die Steuersatz-Eingangsspannung liefernden Funktionsbildner,
dem eingangsseitig eine Steuerspannung zugeführt und der so ausgebildet ißt, daß
die Ausgangsspannung des Stromrichters bei nichtlückendem Ausgangs strom des Stromrichters
proportional zur Steuerspannung ist. Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der
DT-OS 1 806 768, insbesondere Figuren 2 und 4, bekannt.
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Eine Schaltungsanordnung dieser Art mit Steuersatz und Funktion bildner
wird insbesondere in Verbindung mit einem netzgeführten Stromrichter, z. B. in Verbindung
mit einem Stromrichtermotor, mit einem Direktumrichter oder aber mit einem Symmetrierungs-Stromrichter
(vergl. z. B. DT-OS 2 247 819 - VPA 72/3239) oder mit einem Blindleistungs-Stromrichter
(vergl. z. B. DT-OS 2 300 445 - VPA 73/3002; Techn. Mitt. AEG-Telefunken 66 (1976/7),
Seiten 286 bis 290, Bild 7) eingesetzt. Die Steuerspannung kann hierbei insbesondere
durch einen Regelkreis vorgegeben sein.
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Bei einem fremdgeführten Stromrichter kommt es unter anderem darauf
an, daß die Ausgangsspannung des Stromrichters möglichst gut proportional zur Steuerspannung
geführt wird. Das gilt gleichermaßen für den nichtlückenden wie für den lückenden
Ausgangsstrom des Stromrichters. Mit anderen Worten: Die Ausgangsspannung soll im
Zeitverlauf möglichst genau und ohne Verzerrungen der vorgegebenen Steuerspannung
entsprechen, und zwar unabhängig vom Lücken oder Nichtlücken des Ausgangsstroms.
Will man also beispielsweise eine rein sinusförmige oder aber eine bestimmte trapezförmige
Ausgangs spannung erzielen, so soll es genügen, eine rein sinusförmige bzw. eine
entsprechende trapezförmige Steuerspannung vorzugeben; der durch die Steuerspannung
vorgegebene Zeitverlauf soll sich nicht ändern, wennder Ausgangsstrom vom Lücken
zum Nichtlücken, oder umgekehrt, übergeht. Ein solcher Wechsel zwischen Lücken und
Nichtlücken kann im Betrieb des Stromrichters bei einer plötzlichen Änderung der
Belastung auftreten.
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Bei gesteuertem Betrieb eines fremdgeführten Stromrichters war es
bisher ueblich, die Steuerspannung entsprechend der Steuerkennlinie verzerrt vorzugeben.
Eine solche verzerrte Vorgabe der Steuerspannung wurde aber bisher nur bei nichtlückendem
Ausgang strom durchgeführt. Um auch den Betrieb bei lückendem Ausgangsstrom zu berücksichtigen,
könnte man daran denken, die Verstärkung für die vorgegebene Steuerspannung abhängig
vom Grad des Lückens zu variieren. Ein solches Vorgehen wäre aber sehr aufwendig.
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Bei Betrieb eines fremdgeführten Stromrichters mit Regelkreis hingegen,
insbesondere für Ausgangsstrom oder Ausgangsspannung, bei dem keine hohen Forderungen
an die Regeldynamik gestellt wurden, wurde bisher auf eine proportionale Zuordnung
zwischen Ausgangsspannung und Steuerspannung verzichtet, d. h. eine Linearisierung
der Steuerkennlinie des fremdgeführten Stromrichters wurde nicht vorgenommen. Der
Regler arbeitete hierbei auf eine nichtlineare Strecke, wobei die Streckenverstärkung
vom Aussteuerungsgrad und vom Grad des Lückens abhängt. In vielen Anwendungsfällen
werden jedoch höhere Forderungen an die Regeldynamik ge-
stellt,
so daß der Verzicht auf l.inearisierun,rfler S-teuerkennlinie als unzureichend empfunden
wird.
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Beim Einsatz eines fremdgefütirten Stromrichters mit StromregeL-kreis,
bei dem jedoch hohe Anforderungen en die Regeldynamik gestellt wurden, wurde bisher
ein a4aptver' Stromregier eingesetzt, vergl. DT-OS 2 338 630 oder I)T-AS 1 957 59Q
nei einem solchen adaptiven Stromregler werden beim Ubergang vom nichtlückenden
zum lückenden Ausgangsstrom die Verstärkungs- und Zeitkonstantenänderungen kompensiert.
rsin solcher adaptiver Stromregler ist für manche Anwendungsfä]le jedoch zu aufwendig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art für Betrieb des Stromrichters mit oder ohne Regelkreis
mit geringem Aufwand in technischer und finanzieller Hinsicht für eine Linearisierung
der Steuerkennlinie auch bei lückendeni husgangsstronl zu sorgen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemSE dadurch gelöst, daß zwischen den
Amktionsbildner und den Steuersatz ein Addierglied gescinaltet ist, das mit einer
Zusatzspannung beaufschlagt ist, die jeweils der Lückzeit der aufeinanderfolgenden
Stromlücken oder der Stromführungsdauer der aufeinanderfolgenden Strompulse des
Ausgangsstroms proportional ist.
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Eine digitale Ausführungsform kann sich dadurch auszeichnen, daß zur
Lieferung der Zusatzspannung ein eingangsseitig an einen Zählimpulsgenerator und
ausgangsseitig an einen Digital-Analog-Wandler angeschlossener Zähler vorgesehen
ist, der durch ein Steuersignal jeweils bei Beginn einer Stromlücke zum Zählen freigegeben
und am Ende dieser Stromlücke auf den Ausgangswert zurückgesetzt wird.
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Nach einer analogen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß zur
Lieferung der Zusatzspannung ein linearer Integrator vorgesehen ist, der durch ein
Steuersignal jeweils bei Beginn einer Stromlücke zur Integration einer festen Normspannung
freigegeben und am Ende dieser Stromlücke auf den Ausgangswert zurückgesetzt wird.
Diese Ausführungsform kommt mit weniger kostspieligen Bauelementen aus.
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Bei der soeben genannten analogen 1Zusführungsform sollte insbescndere
SO vorgegarwgen werden, daß der Wert der Normspannung einerseits und die die Integrationskonstante
des Integrators bestimmenden Bauglieder andererseits so dimensioniert sind, daß
im Lückbereich jeweils bei einer vorgegebenen, in elektrischen Graden ausgedrückten
Lückzeit die Zusatzspannung einen solchen Wert annimmt, daß die durch diese Zusatzspannung
hervorgerufene Verschiebung des Steuerwinkels gleich ist der Hälfte dieser LUckzeit.
Diese Bemessung führt zu einer optimalen Auslegung des Integrators. Eine größere
Verschiebung kann bei langsamem Übergang vom lückenden zum nichtlückenden Betrieb
zu Steuerwinkelsprüngen führen und ist dadurch schlechter als eine kleinere Verschiebung,
die nur die Genauigkeit der Linearisierung bei lückendem Betrieb vermindert.
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Es hat sich als besonders einfach und daher zweckmäßig erwiesen, als
Integrator einen Operationsverstärker vorzusehen, der in der RUckführung einen Kondensator
und am Signaleingang einen ohmschen Widerstand aufweist. Die Freigabe und Zurücksetzung
dieses Integrators kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß dem Kondensator
ein Schalter, insbesondere ein Feldeffekt-Transistor, parallelgeschaltet ist, der
durch das die Jeweilige Lückzeit anzeigende Steuersignal gesteuert ist. Ein solcher
Integrator ist z.B.
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aus Figur 6 der DT-OS 2 338 630 an sich bekannt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung, die für eine p-pulsige Schaltung
des Stromrichters gedacht ist, ist zur Begrenzung der durch die Zusatzspannung hervorgerufenen
Verschiebung des Steuerwinkels ein Begrenzungsglied vorgesehen derart, daß die durch
die Zusatzspannung hervorgerufene Verschiebung des Steuerwinkels einen Grenzwinkel
100/p nicht überschreitet, wobei p die Pulszahl der Schaltung des Stromrichters
ist. Hierbei kann das Begrenzungsglied insbesondere zur Begrenzung der Zusatzspannung
auf einen vorgegebenen Grenzwert vorgesehen sein. Das Begrenzungsglied kann beispielsweise
eine Zenerdiode sein.
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Zur Lieferung des das Lücken anzeigenden Steuersignals kann ein Grenzwertmelder
vorgesehen sein, der mit dem Istwert des Ausgangsstroms des Stromrichters gespeist
ist. Ein solcher Grenz-
wertmelder ist aus Figur 6 der DT-OS 2 338
630 an sich bekannt.
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Abweichend hiervon kann aber auch zur Lieferung des das Lücken anzeigenden
Steuersignals eine Logikschaltung vorgesehen sein, die mit Eingangssignalen gespeist
ist, welche proportional zu den an den Ventilen des Stromrichters anliegenden Sperrspannungen
sind. Eine solche Logikschaltung ist ebenfalls an sich bekannt.
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Zur Verbesserung des Einschaltverhaltens des Stromrichters kann weiterhin
vorgesehen sein, daß zusätz3.ich dem Addierglied über ein Schaltglied eine Korrekturspannung
zugeführt ist, die entgegengesetzt zur Zusatzspannung gepolt ist, und daß zur Betätigung
des Schaltgliedes ein Betätigungssignal vorgesehen ist, das das Schaltglied von
der Freigabe des Stromrichters an bis zur ersten Strommeldung geschlossen hält.
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Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, die einen
Steuersatz besitzt, bei dem speziell eine Steuersatz-Eingangsspannung gleich Null
Volt einem Steuerwinkel von 900 el entspricht, kann die Steuerkennlinie für nichtlückenden
Strom durch einen dem besagten Steuersatz vorgeschalteten Funktionsbildner linearisiert
werden, der aus Baugliedern aufgebaut ist, die die Funktion
nachbilden, wobei uc die Steuerspannung und ua die Ausgangsspannung ist. Ein solcher
Funktionsbildner realisiert im einfachsten Fall mit Hilfe von zwei Multipliziergliedern
und einem Addierglied die soeben angegebene Funktion ua = ua (uc) als Näherung für
die gewünschte exakte Funktion ua = arc sin uc. Ein solcher Funktionsbildner kann
in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen natürlich auch für lückenden Ausgangs
strom eingesetzt werden.
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Für die erfindungsgemäße Aufschaltung der Zusatzspannung kann folgende
theoretische 13egründung gegeben werden:
Aus der Theorie (G. Möltgen:
"Netzgeführte Stromrichter mit Thyristoren, 2. Auflage, 1967, Herausgeber und Verlag:
Siemens AG, Berlin und München, Seite 117, Gleichung 90) ergibt sich bei lückendem
Ausgangsstrom und bei Betrieb eines sechspulsigen Stromrichters in B6-Schaltung
mit Ausgangsspannung U an einer Last mit Gegenspannung E folgende Gleichung: E/U
= # (sin (F - j/f, + α - sin (d 1q6))/3F (a) Diese Gleichung (a) beschreibt
für ein beliebiges Verhältnis E/U den Zusammenhang zwischen dem Steuerwinkel OL
und der Stromführungsdauer F. Die Stromführungsdauer F eines Ventils liegt zwischen
F = O (Stromnull) und F = } (Nichtlücken). Die Lückzeit L ergibt sich aus L = i/3
- F (b) Ändert sich die Stromführungsdauer F, so ist gemäß Gleichung (a) eine entsprechende
Verschiebung des Steuerwinkels α erforderlich, wenn das Verhältnis E/U konstant
bleiben soll. Für den speziellen Fall E/U = 0 ergibt sich nach Gleichung (b) ein
linearer Zusammenhang zwischen dem Steuerwinkel s und der Stromführungsdauer F:
d = 2 α/3 - F/2 (c) Bei Berücksichtigung der Lückzeit L wird hieraus α
= r/2 + L/2 = ir/2 + #α (d) Soll demnach das Verhältnis E/U = 0 gehalten werden,
so ist im nichtlückenden Betrieb (L = 0) der Steuerwinkel oc auf dem Wert oc = i/2
zu halten. Bei lückendem Betrieb ist demgegenüber eine Verschiebung As des Steuerwinkels
d. erforderlich. Diese Verschiebung #α ist gemäß As - L/2 (e) proportional
zur Lückzeit L.
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Dieser einfache lineare Zusammenhang nah Gleichung (c) oder 18 gilt
voraussetzungsgemäß exakt nur für !"/il n. O. i)ies entlnrie} r bei nichtlückendem
Ausgangsstrom einem SteuevinkelhJ @ = 90°. r.
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einem Verhältnis E/U f 0 ist die Lösung der angegebenen Geichung (a)
explizit nicht durchführbar. Der lineare Zusammenhang in Gleichung (c) oder (d)
stellt aber im gesamten Bereich eine sehr gute Näherung dar, die erst in Bereichen,
die in der Praxis wegen der Begrenzung des Steuerwinkels ffi ohnehin nicht von Bedeutung
sind, nennenswert von der exakten Lösung abweicht.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe kann somit mit ausreichender Genauigkeit
entweder nach Gleichung (c) oder Gleichung (d) vorgegangen werden.
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Bei der obigen theoretischen Betrachtung war speziell von einer sechspulsigen
Schaltung (p = 6) ausgegangen worden. Die Rechnung zeigt aber, daß die Gleichungen
(c) und (d) allgemein für eine p-pulsige Schaltung (mit p = 2, 3, 6, 9, 12, ...)
gelten. Die Lösung der gestellten Aufgabe gilt somit für eine beliebige p-pulsige
Schaltung.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird bei lückendem Ausgangsstrom
zur Steuerspannung eine Zusatzspannung addiert, deren Größe von der Lückdauer, also
vom Grad des Lückens abhängt.
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Diese Zusatzspannung kann - wie oben bereits kurz dargelegt wurde
- auf einfache Weise dadurch gewonnen werden, daß mit einem vom Ausgangs strom abgeleiteten
Stromnullsignal ein Integrator freigegeben wird, der an seinem Ausgang eine der
Lückzeit proportionale Spannung abgibt. Hierdurch wird eine Linearisierung der Steuerkennlinie
des fremdgeführten Stromrichters für den gesamten Steuerbereich bei lückendem und
nichtlückendem Ausgangsstrom erreicht; es herrscht somit Proportionalität zwischen
Ausgangsspannung und Steuerspannung gleichermaßen bei beiden Betriebszuständen.
Dadurch wird gegenüber der bekannten verzerrten Vorgabe der Steuerspannung oder
gegenüber dem völligen Verzicht auf irgendeine Linearisierung eine wesentliche Verbesserung
der Steuerdynamik bei geringem Mehraufwand erzielt. Insbesondere wird auch eine
Verbesserung des Ubergangs vom lückenden zum nichtlükkenden Betriebszustand erreicht.
Es entsteht kein nennenswerter
Sprung in der Ausgangsspannung.
Gegenüber dem erwähnten Einsatz eines adaptiven Stromreglers läßt sich bei annähernd
gleich guten dynamischen Eigenschaften eine einfachere und billigere Konstruktion
verzeichnen. Als weiterer Vorteil ist festzuhalten, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
universell einsetzbar ist, d. h. unabhängig ist, ob Steuerprobleme gelöst oder aber
Strom- oder Spannungsregelaufgaben erfüllt werden sollen.
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Darüber hinaus ist zu bemerken, daß an der Schaltungsanordnung keine
lastabhängige Einstellung vorzunehmen ist. Auch sind beim Aufbau nur einfache Einstellvorschriften
zu befolgen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung und weitere zweckmäßige Ausgestaltungen
werden im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1
eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Figur 2 die Verschiebung des Steuerwinkels
des Stromrichters in Abhängigkeit von der Lückzeit des Ausgangsstroms in einem Diagramm.
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a) Schaltung bei nichtlückendem Betriebszustand Nach Figur 1 ist ein
fremdgeführter Stromrichter 2 vorgesehen, dessen steuerbare Ventile von einem Steuersatz
4 mit Steuerimpulsen beaufschlagt werden. Der Steuerwinkel der Steuerimpulse ist
mit « bezeichnet. Er kann am Steuersatz 4 in linearer Abhängigkeit von einer Steuersatz-Eingangsspannung
u eingestellt werden.
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Als Stromrichter 2 ist vorliegend ein netzgeführter Stromrichter,
z. B. speziell ein Direktumrichter (Umkehrstromrichter) vorgesehen, der eingangsseitig
an ein Drehstromnetz 6 und ausgangsseitig an eine einphasige Last 8 angeschlossen
ist. Bei der Last 8 kann es sich insbesondere um eine elektrische Maschine handeln.
Der Stromrichter 2 enthält steuerbare Ventile, beispielsweise Thyristoren, in Drehstrom-Brückenschaltung.
Die Last 8 wird dabei vom Stromrichter 2 mit einer Ausgangsspannung U und einem
Ausgangsstrom I versorgt.
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Bei dem Steuersatz 4 handelt es sich vorliegend um einen Steuersatz,
der bei einem netzgeführten Stromrichter 2 im Stande der Technik üblicherweise verwendet
wird. Dieser Steuersatz 4 arbeitet z. B. nach dem sogenannten Sägezahnprinzip, d.
h. die Steuersatz-Eingangs spannung u wird mit einer (nicht gezeigten) vorgegebenen
linearen Sägezahnspannung geschnitten, wobei die Schnittpunkte die Zündzeitpunkte
der Hauptventile des Stromrichters 2 festlegen. Ein solcher Steuersatz 4 hat die
bereits erwähnte Eigenschaft, daß nämlich der Steuerwinkel g proportional ist zur
Steuersatz-Eingangsspannung u.
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Der Steuersatz 4 ist vorliegend speziell so eingestellt, daß bei einer
Steuersatz-Eingangsspannung u = O V der Steuerwinkel d gerade 900 el beträgt. Er
ist weiterhin so aufgebaut, daß eine positive Steuersatz-Eingangs spannung u Wechselrichteraussteuerung
und eine negative Steuersatz-Eingangs spannung u Gleichrichteraussteuerung des Stromrichters
2 bedeutet. Die Zuordnung zwischen Art der Aussteuerung und Polarität kann auch
umgekehrt gewählt sein. In beiden Fällen sollte die Aussteuerung jedoch symmetrisch
zur Steuersatz-Eingangsspannung u = O V, d. h. symmetrisch zum Steuerwinkel s =
900 el sein.
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Bei nichtlückendem Ausgangs strom I ist die Ausgangsspannung U des
Stromrichters 2 proportional zum Cosinus des Steuerwinkels s.
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Zur Lieferung der Steuersatz-Eingangs spannung u im nichtlUckenden
Betriebszustand ist dem Steuersatz 4 ein Funktionsbildner 10 vorgeschaltet. Am Eingang
dieses Funktionsbildners 10 liegt eine Steuerspannung uc. Diese Steuerspannung uc
wird von einer vorgeschalteten (nicht gezeigten) Steuer- oder Regelschaltung geliefert.
Im nichtlückenden Betrieb ist die Steuersatz-Eingangsspannung u gleich der Ausgangsspannung
ua des Funktionsbildners 10.
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Der Funktionsbildner 10 ist so ausgebildet, daß die Ausgangsspannung
U des Stromrichters 2 bei nichtlückendem Ausgangsstrom I proportional zur Steuerspannung
uc ist. Wird also eine sinusförmige Steuerspannung uc vorgegeben, so ist auch die
Ausgangsspannung IJ sinusförmig. Dasselbe gilt für einen trapezförmigen Zeitverlauf.
Der tunktionsbildner 10 führt also im Zusammenwirken mit
dem Steuersatz
4 im nichtliickenden Betrieb eine ausreichende Linearisierung der S-teuerkennlinie
des Stromrichters 2 herbei.
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Als Funktionsbildner 10 kann prinzipiell ein Bauglied verwendet werden,
das aus der eingegebenen Steuerspannung UC c exakt nach der Funktion ua = K arc
sin uc, (1) wobei K eine Konstante ist, die Ausgangsspannung ua bildet. Diese Funktion
(1) ist durch den speziell gewählten Steuersatz 4 bedingt. Ein solches Bauglied
wäre jedoch nur mit einigen technischen Schwierigkeiten und mit erheblichen Kosten
zu realisieren.
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Als Funktionsbildner 10 kann aber auch ein Bauglied eingesetzt werden,
das die in Gleichung (1) angegebene Funktion ua = ua (uc) weitgehend durch Geraden
annähernd und dabei von Zenerdioden oder anderen Schwellwertelementen Gebrauch macht.
Die Abweichungen vom erforderlichen Funktionsverlauf können hierbei jedoch beträchtlich
sein; um sie gering zu halten, kann hierbei die Anzahl der erforderlichen, genau
bemessenen Zenerdioden und Widerstände recht hoch sein.
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Abweichend von den beiden soeben genannten Möglichkeiten wird vorliegend
ein Funktionsbildner 10 eingesetzt, der die in Gleichung (1) angegebene Funktion
durch die Funktion
wobei c1 und c3 Konstanten sind, weitgehend annähert. Vorliegend wird speziell die
Funktion
angenähert. Untersuchungen haben gezeigt, daß der maximale Fehler in der Stromrichter-Ausgangsspannung
gegenüber dem Fall, daß eine Kennlinie nach dem exakten Verlauf nach Gleichung (1)
eingesetzt wird, nur 3 % beträgt.
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Nach Figur 1 wird die Steuer spannung uc in einem ersten Multiplizierglied
12 quadriert; anschließend wird in einem weiteren Multiplizierglied 14 die dritte
Potenz gebildet. Die so gewonnene Spannung wird mit einem Proportionalitätsfaktor
von ca. 0,3, der durch ein Proportionalglied 16 beriicksichtigt wird, zur Steuerspannung
uc in einem Summierglied 18 hinzuaddiert. Die Summe der beiden im Summierglied 18
gebildeten Spannungen wird mit dem Maßstabs faktor 2/C, der mit Hilfe eines weiteren
Proportionalitätsgliedes 20 berücksichtigt wird, als Ausgangsspannung ua abgegeben.
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Die bisher beschriebenen Bauglieder 2, 4 und 10 bewirken, daß die
Ausgangs spannung U in ihrem Zeitverlauf der Steuerspannung uc bei nichtlückendem
Betrieb genau entspricht. Zusätzliche Bauelemente in der bisher erläuterten Schaltungsanordnung
nach Figur 1 sorgen dafür, daß diese Eigenschaft auch beim Lücken des Ausgangsstroms
I vorhanden ist.
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b) Schaltung bei lückendem Betriebszustand Zur Linearisierung der
Steuerkennlinie auch bei lückendem Betriebszustand ist nach Figur 1 zwischen den
Funktionsbildner 10 und den Steuersatz 4 ein Summier- oder Addierglied 22 geschaltet.
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In diesem Addierglied 22 wird bei lückendem Ausgangs strom I eine
über eine Zusatzleitung herangeführte Zusatzspannung u z zur Ausgangsspannung ua
dazuaddiert. Diese Zusatzspannung uz ist im nichtlückenden Bereich gleich Null;
sie hat dagegen im lückenden Betriebszustand - wie an der Zusatzleitung angedeutet
- einen sägezahnförmigen Verlauf.
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Während des Lückbetriebs enthält der Ausgangs strom I des Stromrichters
2 eine abwechselnde Folge von Strompulsen I f 0 der veränderlichen Stromführungsdauer
F und von Stromlücken I = 0 der veränderlichen Lückzeit oder Lückdauer L. Die dargestellte
Zusatzspannung uz ist ersichtlich so beschaffen, daß sie während der Stromführungsdauer
F Null ist und während der anschließenden Lückzeit L zeitlich linear ansteigt. Der
am Ende eines linearen Anstiegs erreichte Endwert ist der Lückzeit L der zugehörigen
Stromlücke direkt proportional.
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Zur Lieferung der Zusatzspannu uz ist ein linearer Integrator 26 vorgesehen,
der durch ein Steuersignal s jeweils bei Beginn einer Strornlücke zur Integration
einer festen Normspannung uO freigegeben und am Ende dieser Stromlücke auf den Ausgangswert
zurückgeführt wird. Ein solcher Integrator 26 ist im Prinzip aus Figur 6 der DT-OS
2 338 630 bekannt. Als Integrator 26 ist ein OperationsverstäIker 28 vorgesehen,
der in der Rückführung einen Kondensator 30 und am Signaleingang einen ohmschen
Widerstand 32 aufweist. Der andere Eingang ist an Masse gelegt. Dem Kondensator
30 ist ein Schalter 34, insbesondere ein Feldeffekt-Transistor, parallelgeschaltet,
der durch das Steuersignal s gesteuert wird. Die am Widerstand 32 anliegende Normspannung
u0 wird an einem Potentiometer 36 abgegriffen.
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Das Steuersignal s zeigt die Lückdauer L an. Zur Lieferung dieses
Steuersignals s ist ein Grenzwertmelder 40 vorgesehen, der mit dem Istwert des Ausgangsstroms
I des Stromrichters 2 gespeist ist. Dieser Grenzwertmelder 40 zeigt eine Stromlücke
(I = 0) durch ein Ausgangssignal ungleich Null und die Stromführung (I f 0) durch
ein Ausgangssignal gleich Null an. Anstelle dieses Grenzwertmelders 40 kann zur
Lieferung des Steuersignals s auch eine (nicht gezeigte) Logikschaltung vorgesehen
sein, die die Sperrspannung der einzelnen steuerbaren Ventile des Stromrichters
2 überwacht. Während jeder Lückzeit L ist der Schalter 34 geöffnet, so daß der Integrator
26 zum Aufintegrieren freigegeben ist. Die am Ausgang des Integrators 26 abgegriffene
Zusatzspannung uz ist proportional sowohl zur Integrationskonstanten T = RC als
auch zur Lückzeit L als auch zur Normspannung uO. R ist dabei der Wert des Widerstands
32, und C ist die Kapazität des Kondensators 30.
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Aus Figur 2 geht hervor, daß der Wert der Normspannung uO einerseits
und die die Integrationskonstante T = RC des Integrators 26 bestimmenden Bauglieder
30, 32 zweckmäßigerweise so dimensioniert werden, daß im Liickbereich jeweils bei
einer vorgegebenen, in elektrischen Graden ausgedrückten Lückzeit L die Zusatzspannung
u z einen solchen Wert annimmt, daß die durch diese Zusatzspannung uz hervorgerufene
Verschiebung arc des Steuerwinkels cc gleich ist der Hälfte 1/2 der Lückzeit L.
Bei einer Lückzeit J. von beispiels-
weise 600 el soll also die
Zusatzspannung u z einen Wert erreichen, der im Steuersatz 4 die Steuerimpulse um
300 el in Richtung auf einen größeren Steuerwinkel cc, also in Richtung auf Wechselrichterbetrieb
verschiebt.
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Aus Figur 2 geht weiter hervor, daß die durch die Zusatzspannung uz
hervorgerufene Verschiebung hK des Steuerwinkels a einen Grenzwinkel 1800/p zweckmäßigerweise
nicht überschreiten sollte, wobei p die Pulszahl der Schaltung des Stromrichters
2 ist. Im einzelnen ist ersichtlich, daß bei einer dreipulsigen Schaltung eine Verschiebung
von maximal Ax = 600, bei einer sechspulsigen Schaltung von maximal A« = 300 und
bei einer zwölfpulsigen Schaltung von maximal As = 15° erfolgen soll. Diese Begrenzung
geschieht durch Begrenzung der Zusatzspannung uz mittels eines Begrenzungsgliedes
44. Nach Figur 1 ist als Begrenzungsglied 44 eine Zenerdiode vorgesehen. Diese ist
parallel zum Kondensator 30 geschaltet. Abweichend davon könnte diese Zenerdiode
mit ihrer Kathode auch an die Verbindungsleitung zwischen Integrator 26 und Addierglied
22 und mit ihrer Anode an Masse geschaltet sein.
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c) Verbesserung des Ubergangsverhaltens durch Zusatzschaltung Für
den Fall, daß die Steuerspannung uc von einem Stromregler geliefert wird, dem der
Stromistwert und ein Stromsollwert I+ zugeführt sind, kann zur Verbesserung des
Ubergangsverhaitens beim Einschalten oder bei der Freigabe des Stromrichters 2 eine
Zusatzschaltung verwendet werden, die in Figur 1 gestrichelt eingezeichnet ist.
Mit Hilfe dieser Zusatzschaitung wird nach einer längeren stromlosen Pause L eine
vom Stromsollwert I* proportional abhängige Korrekturspannung uk zur Zusatz spannung
uz und zur Ausgangsspannung ua hinzuaddiert. Diese Korrekturspannung uk stellt bereits
für den ersten freigegebenen Steuerimpuls die günstigste Lage sicher.
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Nach Figur 1 wird dazu mittels eines Potentiometers 4h ein dem Stromsollwert
I* proportionales Signal abgegriffen und über ein Schaltglied 48 als Korrekturspannung
uk dem Addierglied 22 zugeführt. Die Korrekturspannung uk ist von entgegengesetzter
Polarität wie die Zusatzspannung uz. Zur Betätigung des Schaltgliedes
48
wird ein Betätigungssignal t verwendet, das von einer Gedächtnisstufe 50 geliefert
wird. Der Gedächtnisstufe 50 wird von einer (nicht gezeigten) Kommandostufe ein
Stromrichter-Freigabe-Signal f einerseits und von einer NOR-Stufe 52, die mit dem
Steuersignal s gespeist ist, ein Strommeldesignal m andererseits zugeführt. Das
aus den Signalen f und m gebildete Betätigungssignal t hält das Schaltglied 48 ab
der Freigabe des Stromrichters 2 durch das Freigabe-Signal f bis zur ersten Strommeldung,
die durch Strommeldesignal m angezeigt wird, geschlossen. Bei Auftreten der ersten
Strommeldung wird die Korrekturspannung uk wieder abgeschaltet.
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Die Größe der Korrekturspannung uk ist abhängig vom Ausgangsstrom
I an der Lückgrenze und abhängig vom Stromsollwert I*.
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Sie wird am Potentiometer 46 so eingestellt, daß bei einem Stromsollwert
I*, der dem Ausgangsstrom I an der Lückgrenze entspricht, für den ersten Steuerimpuls
gerade die Wirkung der Zusatzspannung uz aufgehoben wird.
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14 Patentanspruche 2 Figuren
L e e r s e i t e