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Neue Beschreibuagsseite 1 und la
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(ersetzt die ursprtinglicbe Seite 1) Stromrichterschaltung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Stromrichterschaltung mit einem fieber eine Steuersohaltung
steuerbaren Stromrichter, der eine oder mebrere asynchron laufende Drehfeldmaschinen,
insbesondere Hysteresemaschinen, mit einstellbarer Maschinenspannung speist und
an dessen lastseitigen Ausgang ein Kondensator zur Blindleistungskompensation angeschlossen
ist.
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Biae asynchron laufende, von ihrer Energiequelle getrennte Drehfeldmaschine,
an deren Anschlußklemmen ein Kondensator zur Blindleistungskompensation angeschaltet
ist, kann sich bekanntlich - solange ihr Läufer rotiert - auf eine Naschinenspannung
erregen, die höher liegt als die Nennspannung. Bei einer solchen nkompensierten
"
Drehfeldmaschine stellt nämlich das System asynchron laufende Drehfeldmaschine-Verbindungsleitung-Kompensationskondensator
ein elektrisch schwingungsfähiges System dar; dieses ist die Ursache für den genannten
Selbsterregungseffekt, der sich in einer sogenanuten "Asynchrongeneratorschwingung"
bemerkbar macht.
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Der Selbsterregungseffekt mit zu hoher Maschinenspannung entsteht
nicht Dur bei einer ungespeisten Drehfeldmaschine; er stellt sich auch dann ein,
wenn die Drehfelduaschine an ihre Energiequelle angeschaltet ist.
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Das gilt sowohl iUr den asynchronen Hochlauf als auch für den asynchronen
Dauerlauf der Drehfeldmaschine. Er tritt insbesondere dann auf, wenn das System
asynchron laufende Drehfeldmaschine-Verbindungsleitung-Kompensationskondensator
an einen speisenden Stromrichter angeschlossen ist. Der Stromrichter stellt zwar
eine gewisse Dämpfung für die Selbsterregung dar. Doch auch in diesem Pall kann
der Betrieb der Drehfeldmaschine instabil
werden. Ein stationärer
Betrieb wäre nicht möglich. E8 hat sich gezeigt, daß bei einem Stromrichter mit
hohem Wirkungsgrad, also mit geringen Verlusten, die Instabilität besonders erheblich
ist, weil bei einem solchen System der Stromrichter besonders wenig zur elektrischen
Dämpfung beiträgt.
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Demzufolge geht das Bestreben beim Betrieb einer stromrichtergespeisten
kompensierten Drehfeldmascbine dahin, die besagte Selbsterregung im asynchronen
Betrieb zu vermeiden und dadurch einen stabilen stationären Stromrichterbetrieb
zu gewährleisten.
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Die eingangs genannte Stromrichterschaltung ist aus den Techn.
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Mitt. AEG-Telefunkea 67 (1977), Seiten 31 bis 34, insbesondere aus
Bild 1 und 3 samt zugehöriger Beschreibung, bekannt. Die bekannte Stromrichterschaltung
ist Bestandteil eines von einem Wechselspannungsnetz gespeisten Umrichters, bei
dem der netzseitige Stromrichter (Gleichrichter) Uber einen Zwischenkreis mit dem
laatseitigen Stromrichter (Wechselrichter) verbunden ist. Als Last sind mehrere
Gruppen von Hysteresemotoren vorgesehen, die zum Antrieb hochtouriger Zentrifugen
dienen. Die Hysteresemotoren laufen im normalen Lastbetrieb mit einer Drehzahl,
die der im Mittelfrequenzbereich liegenden Ausgangafrequenz des Umrichters entspricht.
Bei der Steuerung der Ausgangsfreuquenz ist - langzeitig gesehen - eine enge Toleranz
für die Frequenz streng einzuhalten. Am Ausgang des Umrichters liegt eine aus Kondensatoren
bestehende Blindleistungskompensationseinrichtung. In dieser Literaturstelle wird
besonders darauf hingewiesen (vergl. a.a.0., Seite 32, linke Spalte, letzter Absatz,
bis rechte Spalte, erster Absatz), daß als laatseitiger Stromrichter ein Parallelschwingkreis-Wechselrichter
mit Stromeinprägung zur Erzeugung eines Drehstromsystems der bei Hysteresemaschinen
geforderten Leistung und Frequenz zwar die einfachste und billigste Lösung sei;
Versuche hätten aber ergeben, daß der Aufwand zur Vermeidung der Selbsterregung
groB sei und daß Beeinträchtigungen des Betriebes nicht zu vermeiden seien. Das
Konzept eines Schwingkreis-Wechselrichters sei daher fallengelassen worden.
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Aus den Wiss. Ber. AEG-Telefunken 49 (1976), Heft 4/5, Seiten 139
bis 150, insbesondere Seite 150, rechte Spalte, sind Vorschläge bekanntgeworden,
nach denen sich die erwähnte Selbaterregung verringern oder beseitigen läßt. Als
eine Möglichkeit wird angegeben, daß man die Netzresonenzfrequenz Uber die Motor-Betriebsfrequenz
legen könne. Das bedeutet aber, daß nur ein selbstgerUhrter Stromrichter und damit
eine verhältnismä-Big teuere Lösung hinsichtlich Investitions- und Betriebskosten
in Betracht kommen wUrde. Als weitere Möglichkeit wird hervorgehoben, daß man die
Gesamtzahl der asynchron hochzufahrenden Drehfeldmaschinen in Gruppen nacheinander
einschalten könne.
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Eine solche Lösung würde aber eine erhebliche Beeinträchtigung des
Betriebes darstellen. Und schließlich wird auch als Möglichkeit angefUhrt, daß man
beim Hochfahren die Spannung durch einen abschaltbaren Vorwiderstand vor Jeder einzelnen
Drehfeldmaschine herabsetzen könne. Hierbei würden aber besondere Steuerkreise und
SchaltschUtze zum tberbrEcken der Vorwiderstände erforderlich sein, was zu einem
beträchtlichen Aufwand führen und einen verlustbehafteten Anlauf bedeuten wUrde.
Die aufgezeigten Lösungen sind also fUr die praktische Anwendung als nachteilig
zu bezeichnen.
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Aus der Zeitschrift ETZ-A 3and 93 (1972), Heft 1, Seiten 8 bis 15,
insbesondere Bild 8 auf Seite 12 mit zugehöriger Beschreibung, ist eine weitere
Maßnahme bekannt, um den genannten Selbsterregungseffekt zu unterbinden. Nach diesem
Vorschlag wird an die Verbindung zwischen Stromrichter und kompensierter Drehfeldmaschine
ein besonderer Belastungsstromrichter (Blindstromrichter) geschaltet. Eine solche
Lösung ist aber mit erheblichen Energieverlusten im Dauerbetrieb verbunden. Dartiber
hinaus sind hohe Investitionskosten erforderlich.
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Aus der DT-OS 2 132 179 (=VPA 71/3152) schließlich ist eine Einrichtung
zur elektrischen Pendelungsdämpfung von Drehfeldmaschinen bekannt, bei der eine
auf die Frequenzateuerung wirkende Aufschaltung einer Größe vorgenommen wird, die
insbesondere aus der Leistung des Stromrichters abgeleitet wird. Im Gegensatz zum
vorliegenden Problem handelt es sich dort um die Dämpfung recht niederfrequenter
Schwingungen. Zum anderen ist
anzumerken, daß die dort zu dämpfenden
Schwingungen nicht im asynchronen, sondern im synchronen Betrieb der Drehfeldmaschinen
auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ftlr eine Stromrichterschaltung
mit einer oder mehreren von einem Stromrichter gespeisten, asynchron laufenden Drehfeldmasehinen
mit zugeordnetem Kondensator zur Blindleistungskompensation Maßnahmen anzugeben,
mit denen die Selbsterregung ausreichend gedämpft wird, wobei diese Maßnahmen mit
vergleichsweise geringem Investitionskosten verbunden sind, weitgehend verlustlos
arbeiten und den Betrieb nicht beeinträchtigen sollen. Diese Maßnahmen sollen insbesondere
auch für den asynchronen Hochlauf von stromrichtergespeisten Hysteresemaschinen
geeignet sein.
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Die Erfindung beruht auf der Uberlegung, daß das störende selbsterregte
Drehstromsystem ermittelt und durch ein Gegensystem kompensiert werden kann, wobei
das Gegensystem mit Hilfe des Stromrichters durch Aufschaltung eines Zusatzsignals
auf dessen Steuersignal gewonnen wird.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Steuerschaltung ein Zusatzsignal aufgeschaltet ist, das aus der Maschinenspannung
abgeleitet und eine gewichtete Linearkombination aus der abgehobenen Wirkspannungskomponente
und der abgehobenen Blindspannungskomponente des Maschinenspannungsvektors ist.
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Mit anderen Worten: Das erwähnte Zusatzsignal ud wird nach der Beziehung
ud =K1 . #UIi + K2 . #UI2 (1) gebildet, wobei K1 und K2 einstellbare Wichtungsfaktoren
sowie A UI1 und AUI2 die abgehobene Wirkspannungs- bzw. die abgehobene Blindspannungskomponente
des Maschinenspannungsvektors sind. Mit dem Begriff "abgehoben" ist hierbei die
UnterdrUkkung des Gleichanteils der betreffenden Größe gemeint. FUr die optimale
Einstellung der Dämpfung hinsichtlich Amplitude
und Phasenlage
stehen die beiden Parameter K1 und K2 zur Verfllgung. Diese Binstellung wird empirisch
an der gerade betrachteten Stromrichterschaltung vorgenommen.
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Experimentielle Untersuchungen haben ergeben, daß die empirische Einstellung
der Parameter auf optimale Dämpfungswerte gemäß einer Weiterbildung dann besonders
einfach und Ubersichtlich vonstatten geht, wenn das Zusatzsignal ud nach der Beziehung
ud = Vd (cos γ.#UI1 + sinγ.dUI2) (2) gebildet ist, wobei Vd ein einstellbarer
Verstärkungsfaktor, r ein einstellbarer Winkel, bUI1 die abgehobene Wirkapannungakomponente
und »UI2 die abgehobene Blindspannungskomponente ist, und daß nach Maßgabe dieses
Zusatssignals die Phasenlage der von der Steuerschaltung abgegebenen Steuerimpulse
verändert wird. Aus der Gleichung (2) geht die Gleichung (1) durch die Beziehungen
K1 = Vd.cosγ und K2 = Vsinhervor. Bei dieser Weiterbildung wird mit Hilfe
der beiden Parameter Vd und γ die stabilisierende Dämpfungsaufschaltung optimal
eingestellt.
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Es kann aber auch so vorgegangen werden, daß das Zusatzsignal Udf
nach der Beziehung Udf = Vdf(cos(γ-90°).#UI1 + sin(γ-90°).#UI2) (3)
gebildet ist, wobei Vdf ein einstellbarer Verstärkungsfaktor, Ir ein einstellbarer
Winkel, bUI1 die abgehobene Wirkspannungskomponente und #UI2 die abgehobene Blindspannungskomponente
ist, und daß nach Maßgabe dieses Zusatzsignals die Frequenz der voo der Steuerschaltung
abgegebenen Steuerimpulse verändert wird. Bei dieser Ausbildung kann auf einen zusätzlichen
Phasenschieber in der Steuerschaltung verzichtet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den UnteransprUchen
gekennzeichnet.
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Als Vorteil der Erfindung wird es gegenüber den bekannten Maßrahmen
zur
Dämpfung der Selbsterregung angesehen, daß der zusätzlich erforderliche Schaltungsaufwand
nur gering ist. Hohe Investitionskosten fallen also nicht an. Weiterhin arbeitet
die erfindungsgemäße Aufachaltung praktisch verlustlos, so daß keine zusätzlichen
Energiekosten im Betrieb entstehen. Auch wird der asynchrone Betrieb durch diese
Maßnahmen (insbesondere hinsichtlich einer unerwünschten Belastung der Drehfeldmaschinen)
nicht beeinträchtigt. Als besonderer Vorteil wird es angesehen, daß die angegebenen
elektrischen Aufschaltungsmaßnahmen eine wirtschaftlich vertretbare Gesamtlösung
für die Stromrichterschaltung zulassen. Diese Maßnahmen lassen sich nämlich auch
bei einem sehr dämpfungsarmen System Stromrichter-Verbindungsleitung-Kompensationskondensator-Drehfeldmasehine(n)
voll wirksam einsetzen. Das bedeutet, daß nunmehr auch ein Stromrichter mit hohem
Wirkungsgrad (also mit geringen elektrischen Verlusten), der von sich aus wenig
zur Dämpfung beiträgt, zur Speisung der Drehfeldmaschinen eingesetzt werden kann,
also beispielsweise ein Parallelschwingkreis-Wechselrichter. Das ist im Hinblick
auf den Dauerbetrieb von großem Nutzen. Der Parallelschwingkreis-Wechselrichter
kann dabei insbesondere der lastgeführte Stromrichter eines Zwischenkreis-Umrichters
sein.
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Das bedeutet auch, daß bei der Auslegung des Stromrichters, also bei
einem Zwischenkreis-Umrichter bei der Auslegung des Zwischenkreises, auf eine auareichende
Schwingungsdämpfung keine Rücksicht genommen zu werden braucht. Die Bauelemente
können also nach anderen Kriterien optimal dimensioniert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von
6 Figuren näher erläutert. Für gleiche Bauteile werden dieselben Bezugazeichen verwendet.
Es zeigen: Figur 1 eine Stromrichterschaltung mit erfindungsgemäßer Aufschaltung
eines Zusatzsignals auf die Phase der Steuerimpulse, wobei dieses Zusatzaignal nach
einer ersten Schaltungsvariante gebildet wird, Figur 2 die Bildung des Zusatzsignals
nach einer zweiten Schaltungsvariante,
Figur 3 ein Vektordiagramm
mit Darstellung der abgehobenen Wirk- und Blindspannung, Figur 4 ein weiteres Vektordiagramm,
bei dem ein Maschinenspannungsvektor U um den Winkel * geschwenkt wird, Figur 5
Impuladiagramme sowie den zeitlichen Verlauf des verwendeten Zusatzsignals, und
Figur 6 eine Stromrichterschaltung in Teildarstellung mit erfindungsgemäßer Aufschaltung
eines Zusatzsignals auf die Frequenz der Steuerimpulse.
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Nach Figur 1 sind drei dreiphasige Drehfeldmaschinen 2, 4, 6, vorliegend
insbesondere Hysteresemaschinen, die im Normalbetrieb synchron laufen, jeweils über
einen zugeordneten (nicht gezeichneten) Schalter an eine gemeinsame dreiphasige
Sammelschiene 8 angeschlossen. Jede Drehfeldmaschine 2, 4, 6 repräsentiert eine
Gruppe mit einer größeren Anzahl von Hysteresemaschinen, die Jeweils mit einer (nicht
dargestellten) Zentrifuge gekoppelt sind. Es können auch mehr oder weniger als drei
Gruppen vorgesehen sein. Die Sammelschiene 8 wird von einem Umrichter 10, der als
Strom-Zwischenkreisumrichter ausgebildet ist, mit einer Spannung U, deren Frequenz
f im Mittelfrequenzbereich liegt, gespeist. Zur Blindleistungskompensation liegt
zwischen dem Ausgang des Umrichters 10 und der Sammelschiene 8 noch eine Kondensatorbatterie
12. Diese enthält drei Kondensatoren in Dreiecksschaltung. Die einzelnen Drehfeldmaschinen
2, 4, 6 werden im Normalbetrieb Uberkompensiert betrieben.
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Der Umrichter 10 besteht aus einem lastseitigen Stromrichter (Wechselrichter)
14 und einem netzseitigen Stromrichter (Gleichrichter) 16, die beide durch einen
Zwischenkreis miteinander verbunden sind. Der Zwischenkreis umfaßt zwei miteinander
in Reihe geschaltete Drosselspulen 18 und 20 sowie einen Kondensator 22. Die Drosselspulen
18, 20 und der Kondensator 22 sind in symmetrischer T-Schaltung angeordnet.
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Der netzgeftthrte Stromrichter 16 wird von einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz
24 gespeist. Er umfaßt als Ventile insbesondere Thyristoren, die in Drehstrom-BrUckenschaltung
angeordnet sind. Die Steuerung der steuerbaren Ventile des Stromrichters 16 wird
durch einen Steuersatz 26 bewirkt. Diesem Steuersatz 26 wird eingangsseitig eine
Steuerspannung zugefUhrt, mit der die Zwischenkreisspannung am Gleichspannungsausgang
des Stromrichters 16 eingestellt werden kann.
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Bei dem lastseitigen Stromrichter 14 handelt es sich um einen selbatgeftihrten
Stromrichter, der als steuerbare Ventile insbesondere Thyristoren, beispielsweise
in Drebstrom-BrUckenschaltung, umfassen kann. Bevorzugt wird ein Stromrichter 14
mit geringen Energieverlusten im Dauerbetrieb verwendet, insbesondere ein Parallel-Schwingkreiswechselrichter.
Der Stromrichter 14 wird von einem Frequenzsteuerglied gesteuert, das in bekannter
Weise durch die Hintereinanderschaltung eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers 28 mit
einem Wechselrichter-Steuersatz 30 gebildet ist. Der Steuersatz 30 nimmt hierbei
die Verteilung der vom Spannungs-Frequenz-Umsetzer 28 gelieferten Zündsignale auf
die einzelnen steuerbaren Ventile des Stromrichters 14 vor. Das Frequenzsteuerglied
28, 30 liefert somit nach Maßgabe seines Eingangssignals Uf Zündsignale an die steuerbaren
Ventile des Stromrichters 14. Das Eingangssignal Uf legt die Ausgangsfrequenz f
des Umrichters 10 fest. Diese liegt -wie bereits angeführt - im Mittelfrequenzbereich
und kann z.B.
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1 kHz betragen.
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Bei der gezeigten Umrichterschaltung wird durch eine spezielle Aufschaltung
ein stabiler Laetbetrieb im Asynchronismus gewährleistet. Ein solcher asynchroner
Lastbetrieb kann insbesondere beim Hochfahren von Hysteresemaschinen vorliegen.
Die Aufschaltung ermöglicht es, die sogenannte selbsterregte "Aßynchrongeneratorschwingung"
besonders wirksam zu dämpfen.
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Die Bezeichnung "Asynchrongenerator n leitet sich hierbei von der
Tatsache ab, daß das System Asynchronmaschine-Zuleitung-Kondensatorbatterie 12 ein
Drehspannungssystem erzeugt, dessen Frequenz ungleich der Frequenz f des am Ausgang
des Stromrichters 14 erzeugten Drehstromsystems und auch ungleich der Fre-
quenz,
mit der der Läufer der Drehfeldmaschinen 2, 4, 6 umläuft ist. Die "Asynchrongeneratorschwingung"
wird bereits geringfUgig durch den dämpfenden Einfluß des Stromrichters 14 reduziert,
da dieser für die genannte Schwingung eine induktivohmsche Last darstellt. Die erwähnte
Aufschaltung bewirkt Jedoch eine Reduzierung, die noch erheblich weiter geht.Die
Aufschaltung erfolgt durch Eingabe eines speziell erzeugten Zusatzsignals ud auf
einen neu geschaffenen Stelleingang. Dieser Stelleingang ist der Phasenstelleingang
eines zwischen dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 28 und dem Steuersatz 30 angeordneten
Phasenschiebers 32. Das Eingangssignal des Phasenschiebers 32 ist mit * und das
Ausgangssignal mit p bezeichnet. Als Zusatzsignal ud wird eine additieve Mischung
von abgehobener Wirkspannungskomponente und abgehobener Blindspannungskomponente
des an den Drehfeldmaschinen 2, 4, 6 liegenden Maschinenspannungsvektors U genommen.
Die Bildung des Zusatzsignals ud wird im folgenden näher beschrieben. Die normalerweise
zeitlich äquidistanten ZUndsignale fUr den lastseitigen Stromrichter 14 werden nach
Maßgabe des Zusatzsignals ud um einen variierenden Phasenwinkel oK zeitlich verschoben.
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Bei der folgenden Betrachtung wird zunächst davon ausgegangen, daß
die Wirkspannungskomponente U11 und die Blindspannungskomponente UI2 bereits durch
irgendeine Schaltung gebildet sind.
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Die beiden Komponenten U11 und U12 werden Jeweils einem Bandpaß 34
bzw. 36 zugefUhrt. Jeder Bandpaß 34, 36 sorgt dafür, daß die zugefUhrte Größe "abgehoben"
wird. Beim "Abheben" wird der statische Wert hersusgefiltert, so daß nur der zeitlich
veränderte Teil als "abgehobene" Größe weitergeleitet wird. Am Bandpaß 34 und 36
ist Jeweils ein Einstellorgan vorhanden, mit dem die abgehobene Wirk- bzw. Blindspannungskomponente
bUI1, AUI2 mit einem einstellbaren Faktor cosr bzw. sint versehen wird. Der Winkel
ff ist hierbei eine empirisch einstellbare Größe. Die beiden genannten Einstellorgane
dienen zur optimalen Abstimmung. Die Parameter cost und sins sind dabei als Wichtungsfaktoren
anzusehen.
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Die am Ausgang des Bandpasses 34 auftretende gewichtete abgehobene
Wirkspannungskomponente cos - hUI1 und die am Ausgang des Bandpasses 36 auftretende
gewichtete abgehobene Blindspannungakomponente sint-bUI2 werden den beiden Eingängen
einer Summierstufe 38 zugeführt. Diese dient zum additiven Mischen der beiden Eingangsgrößen.
Die am Ausgang auftretende gemischte Größe ist mit #UI1γ bezeichnet. Sie wird
einem P-Glied 40 II zugeleitet. Dieses besitzt den Verstärkungsfaktor Vd, der an
einem weiteren Einstellorgan einstellbar ist. Auch dieses Einstellorgan dient zur
Abstimmung. Am Ausgang des P-Gliedes 40 wird bereits das Zusatzsignal ud abgegriffen,
das sich in folgender Form rechnerisch darstellen läßt:
In Figur 2 ist eine weitere AusfAhrungsform dargestellt, nach der das Zusatzsignal
ud aus der Wirkspannungskomponente UI1 und der Blindspannungskomponente UI2 gewonnen
werden kann. Danach werden die beiden Komponenten UI1, UI2 zunächst jeweils einem
P-Glied 44 bzw. 46 zugeführt. Diese beiden P-Glieder 44, 46 besitzen Einstellorgane,
mit denen sich ein Verstärkungsfaktor cos bzw. sin γ einstellen läßt. Beide
Einstellorgane dienen bei dieser AusfUhrungsform zur Abstimmung. Am Ausgang des
ersten P-Gliedes 44 wird somit eine gewichtete Wirkspannungskomponente cost .UI1
und am Ausgang des zweiten P-Gliedes 46 eine gewichtete Blindspannungskomponente
sin γ UI2 abgegriffen. Die beiden gewichteten Komponenten werden einer Summierstufe
48 zugefUhrt, die als Ausgangssignal eine Größe bildet, die der Summe (cosÜI1 +
sint- UI2) proportional ist.
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Dieses Ausgangssignal wird einem Bandpaß 50 zugeleitet, der zur Abhebung
der veränderlichen Größe dient. Der Bandpaß 50 enthält ebenfalls ein Einstellorgan,
an dem sich ein Verstärkungsfaktor Vd einstellen läßt. Wie bei der Ausführungsform
nach Figur 1 erhält man auch hier ein Zusatzsignal ud, das sich durch ud = Vd.(cosγ.#UI1
+ sin γ.UI2) (2)
darstellen läßt.
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In Figur 1 ist dargestellt, daß sich die Wirkspannungskomponente U11
beispielsweise mittels eines Dividiergliedes 52 aus der Wirkleistung Nw durch Division
durch den Betrag |i| des Stromes i gewinnen läßt. Der Betrag oil wird dabei mittels
eines Meßwertumformers oder einer Normierstufe 54 und eines vorgeschalteten, im
Strom-Zwischenkreis angeordneten Stromwandlers 56 gebildet. Der Neßwertumformer
54 ist dabei (wie auch die im folgenden erwähnten Meßwertumformer) so ausgebildet,
daß er seiner Eingangsgröße eine proportionale Ausgangsspannung zuordnet. Entsprechend
kann auch die Blindleistungskomponente UI2 mittels eines weiteren Dividiergliedes
62 dadurch gebildet werden, daß die eingegebene Blindleistung Nb ebenfalls durch
den Betrag |i| des Stromes i des Stromrichters 14 gebildet wird.
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Aus Figur 1 ist weiter ersichtlich, daß die Wirkleistung Nw und die
Blindleistung Nb von einem Leistungsmeßglied 64, das zwischen dem Ausgang des Stromrichters
14 und der Sammelschiene 8 angeordnet ist, gebildet werden. Prinzipiell ist es gleichgUltig,
wie dieses Leistungsmeßglied 64 aufgebaut ist. Im vorliegenden Fall wird ein solches
verwendet, das im Prinzip in der deutschen Patentschrift 1 941 312 näher beschrieben
ist. Allerdings sind bei der bekannten Schaltung abweichend von der Darstellung
in Figur 1 die Dividierglieder 52, 62 in die Schaltung mit einbezogen, so daß die
Größen UI1 und UI2 von der Schaltung geliefert werden.
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Nach Figur 1 werden mittels eines Stromwandlers 66 und eines nachgeschalteten
Meßwertumformers 68 der Phasenstrom iR in der Phase R einerseits und mittels eines
weiteren Stromwandlers 70 und eines nachgeschalteten Meßwertumformers 72 der Phasenstrom
iS in der Phaseaandererseits ermittelt. Diese beiden Größen iR, iS werden einem
ersten Koordinatenwandler 74 zugeleitet.
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Dieser bildet zwei auf ein Koordinatensystem (ot , ) bezogene Ausgangagrößen
iz und iß ,, die einem Vektordreher 76 zugeleitet sind. Weiterhin wird mittels eines
Spannungsabgriffes zwischen den Phasen H, S und eines Meßwertumformers 78 die verkettete
Spannung U gemessen. Entsprechend wird auch mittels
eines Abgriffes
zwischen den Phasen S, T und eines Meßwertumformers 80 die verkettete Spannung UST
gemessen. Beide Größen URS und UST werden einem weiteren Koordinatenwandler 82 zugeleitet,
der auf dasselbe Koordinatensystem (s , 6) bezogene Ausgangsgrößen uα und
uß abgibt. Auch diese beiden Ausgangsgrößen uα und uß werden dem Vektordreher
76 zugeleitet. Mit Hilfe bekannter VerknApfungsgleichungen bildet der Vektordreher
76 Ausgangsgrößen, die der Wirkleistung Nw bzw. der Blindleistung Nb proportional
sind. Diese VerknUpfungagleichungen sind: Nw(t) = iα (t).uα (t) + iß
(t). uß(t) und Nb(t) = iα (t).uß (t) - iß (t). uα(t).
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Gemäß dem Verbraucherzählpfeilsystem erscheint die Wirkleistung Nw
im motorischen Betrieb positiv, was einer Wirkleistungsaufnahme entspricht, die
Blindleistung Nb hingegen erscheint negativ, was einer Blindleistungsabgabe entspricht.
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Aus dem Vektordiagramm von Figur 3 ist das Erscheinungsbild der genannten
"Asynchrongeneratorschwingung" zu entnehmen. Diese Schwingung wird durch eine kreisförmige
Form der Ortskurve des Maschinenspannungsvektors U im Umrichterstromsystem repräsentiert.
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Aus Figur 3 ist zu entnehmen, daß der Vektor U der dreiphasigen Maschinen
spannung U auf einer kreisförmigen Ortskurve mit dem Radius bU umläuft. Der Kreis
ist durch die Selbsterregung der asynchron laufenden Drehfeldmaschine charakterisiert.
BezUglich des Stromes i läßt sich der Maschinenspannungsvektor U in eine Wirkapannungakomponente
UI1 und eine Blindspannungskomponente U12 zerlegen. Beiden Komponenten läßt sich
Je ein stationärer Gleichanteil zuordnen, der durch die Lage des Mittelpunkts des
Kreises gekennzeichnet ist. Ausgehend von dem stationären Wert läßt sich eine zeitlich
veränderliche abgehobene Wirkapannungskomponente bUI1 und eine zeitlich veränderliche
abgehobene Blindapannungskomponente bUI2 festlegen.
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Im unteren Teil von Figur 4 ist die kreisförmige, mittelpunktsverschobene
Ortskurve des Maschinenspannungsvektors U nochmals
dargestellt.
Die voranstehend erwähnte Wiohtung unter BerUcksichtigung des Winkels γ mit
den Wichtungsfaktoren cos γ und siDt läßt sich nach Figur 4 als eine Drehung
des Maschinenspannungsvektors U um den Winkel T aufpassen. Diese Drehung ist in
Figur 4 gezeigt. Der gedrehte Maschinenspannungsvektor wird in einem Koordinatensystem
(< , 4) betrachtet. Es ist ersichtlich, daß die Abhebung des neuen Vektors bUt
bezaglich der -Soordinate -bis auf den Faktor Vd - des Zusatzaignals ud ergibt.
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In Figur 5 sind verschiedene Zeitdiagramme dargestellt. Das erste
Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des Spannungs-Frequenz-Umsetzers
28. Es handelt sich hierbei um einzelne Spannungsimpulse. Wie aus dem zweiten Diagramm
ersichtlich ist, wird mit Jeder Anstiegsflanke eines dieser Spannungsimpulse ein
Sägezahngenerator gestartet, so daß ein Sägezahnaignal s zustandekommt. Alle 60°el
erfolgt bei sechspulsigem Betrieb eine ZurUcksetzung eines zeitlich linear ansteigenden
Sägezahns. Im dritten Diagramm ist das Ausgangasignal p des Phasenschiebers 32 für
den Fall dargestellt, daß das Zusatzaignal ud gleich Null ist, daß also keine störende
Asynehrongeneratorschwingung festgestellt wird. In diesem Fall werden die einzelnen
ZUndzeitpunkte der steuerbaren Ventile des Stromrichters 14 durch Je einen Schnittpunkt
des Sägezahnsignals s mit dem Zusatzsignal ud = 0 bestimmt. Die sich ergebende Impulsfolge
p zeichnet sich dadurch aus, daß die einzelnen ZUndimpulse einen äquidistanten Abstand
von je entsprechend 60°el haben. Wird dagegen von der in Figur 1 oder 2 gezeigten
Schaltung eine Asynchrongeneratorschwingung festgestellt und daraufhin ein Zusatzsignal
ud ; 0 abgegeben, so werden die ZUndzeitpunkte nunmehr durch die Schnittpunkte der
Sägezahnkurve 5 mit dem Zusatzsignal ud festgelegt (vergleiche zweites Diagramm).
Die hierbei entstehende Impulsfolge p ist im vierten Diagramm dargestellt. Es ist
ersichtlich, daß die ZUndzeitpunkte der einzelnen Ventile gemäß dem Verlauf des
Zusatzsignals ud(t) moduliert werden. Mit anderen Worten: Die einzelnen ZUndzeitpunkte
werden gegenüber dem ungestörten Verlauf um einen Winkel b4 phasenverschoben. Im
vierten Diagramm ist auch eingezeiehnet, daß der zeitliche Abstand zwischen zwei
Zündungen nun
nicht mehr äquidistant zu sein und keineswegs mehr
einem Winkel von 60°el zu entsprechen braucht.
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Es soll noch einmal festgehalten werden, daß die optimale Einstellung
des Verlaufs des Zusatzsignals ud bei der AusfUhrungsform gemäß Figur 1 an den Einstellorganen
der beiden Bandpässe 34, 36 und am Einstellorgan des P-Gliedes 40 und bei der AusfUhrungsform
nach Figur 2 an den Einstellorganen der P-Glieder 44, 46 und des Bandpasses 50 empirisch
vorgenommen wird.
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In Figur 6 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der ein Zusatzsignal
Udf gebildet wird. Im Gegensatz zur Stromrichterschaltung von Figur 1 wird dieses
Zusatzsignal udf nicht zur Veränderung der Phasenlage der von der Steuerschaltung
28, 30 abgegebenen Steuerimpulse, sondern zur Veränderung der Frequenz dieser Steuerimpulse
und damit zur Veränderung der Frequenz f herangezogen. Auch hier wird eine entsprechende
Aufschaltung vorgenommen. Die Aufschaltungen nach Figur 1 und Figur 6 führen letztlich
zum selben Ergebnis.
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Nach Figur 6 wird auch hier wieder als Zusatzsignal udf eine additive
Mischung von abgehobener Wirkspannungskomponente bU und Blindspsnnungskomponente
dUI2 des an den Drehfeldmaschinen 2, 4, 6 liegenden Maschinenspannungsvektors U
genommen.
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Es sei angenommen, daß die Wirkspannungskomponente U11 und die Blindspannungskomponente
U12 durch irgendeine Schaltung, beispielsweise nach Figur 1, gebildet sind. Jede
Komponente Ull, UI2 wird einem Bandpaß 74 bzw. 76 zugeführt, wo die Abhebung stattfindet.
An Jedem Bandpaß 74, 76 ist auch hier wieder ein Einstellorgan vorhanden, mit dem
die abgehobene Wirkspannungskomponente bU11 mit einem Faktor cos(l - 900) und die
abgehobene Blindspannungskomponente EUI2 mit einem Faktor sinkt (γ - 90°)
versehen wird. Der Winkel S = = - 900) ist hierbei wieder eine empirisch einstellbare
Größe; die Einstellorgane dienen zur optimalen Abstimmung. Die Faktoren cos &
und sins entsprechen auch hier wieder zwei um 900 gegeneinander versetzten Winkeln.
Über diese Faktoren wird die Wichtung vorgenommen. Im Vergleich zu Figur 1 sind
hier ersichtlich andere
Wichtungsfaktoren maßgeblich; um den Vergleich
zu erleichtern, werden die Wichtungsfaktoren mit dem bei Figur 1 verwendeten Winkel
γ ausgedrUckt.
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Die am Ausgang des Bandpasses 74 auftretende gewichtete Wirkspannungakomponente
cos J-buI1 und die am Ausgang des Bandpasses 76 auftretende gewichtete abgehobene
Blindspannungskomponente sins bUI2 werden den beiden Eingängen einer Summierstufe
78 zugeführt. Ihrem Ausgang ist ein P-Glied 80 nachgeschaltet, das die gemischte
Größe aU»1 zugeführt erhält. Das P-Glied 80 besitzt den Verstärkungsfaktor Vdf,
der an einem Einstellorgan einstellbar ist. Auch dieses Einstellorgan dient der
optimalen Abstimmung. Am Ausgang des P-Gliedes 80 wird das Zusatzsignal Udf abgegriffen,
das zusammen mit dem Frequenzateuersignal Uf einem Additionsglied 82 zugeführt wird.
Mit dem Zusatzsignal udf wird das vorgegebene Frequenzsteuersignal Uf korrigiert.
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Das Additionsglied 82 ist dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 28 vorgeschaltet.
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Aus der bisherigen Schilderung von Figur 6 ist ersichtlich, daß sich
das Zusatzsignal udf in folgender mathematischer Form darstellen läßt: Udf = Vdf(cos(γ
- 90°). #UI1 + sin(γ - 90°). #UI2) (3a) = K1'. #UI1 + K2' . #UI2. (1a) Auch
mittels der Aufschaltung des Zusatzsignals Udf auf die Frequenz f läßt sich bei
optimaler Einstellung die Selbsterregung der Drehfeldmaschinen 2, 4, 6 ausreichend
dämpfen.
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9 PatentansprUche 6 Figuren
L e e r s e i t e