DE2915904C2

DE2915904C2 - Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes des Wechselstromes eines Lastkreises

Info

Publication number: DE2915904C2
Application number: DE2915904A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Chofu Hyodo; Kuniaki Hachioji Tokyo Mukai
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1982-05-19
Also published as: GB2026217A; DE2915904A1; AU522863B2; GB2026217B; CA1132657A; US4271387A; AU4616779A

Description

. Stromabweichung χ Κ

Aa =

wobei K eine Verstärkungskonstante kleiner 1 ist, und durch einen Addierer (15), welcher einen neuen Zündwinkel «2 durch Addition der Änderung Ax des Zündwinkels χ mit einem Zündwinkel x\ der vorhergehenden Halbperiode bestimmt und diesen der Vorrichtung (3) der Steuerung der Halbleiterschaltelemente {4) zuführt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen dritten Speicher (12) zur Speicherung eines nacheilenden Strojnwinkels Θ der Last bei einem Zündwinkel λ von 90°, der über einen vierten Speicher (13), der ein Ausgangssignal entsprechend dem Leistungsfaktor Φ der Last erzeugt, mit dem zweiten Speicher (14) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Speicher (20), der zwischen dem Ausgang des Addierers (15) und dem Eingang des zweiten Speichers (14) geschaltet ist, wobei die im zweiten Speicher (14) enthaltenen Daten durch das dem neuen Zündwinkel x₂ entsprechende Ausgangssignal des weiteren Speichers (20) ad^ressiert werden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes des Wechselstromes eines Lastkreises mit einer Vorrichtung zur Messung des Effektivwertes des Laststromes, mit einer Einstellvorrichtung für einen Bezugsstrom, mit einem Vergleichsglied und mit einer auf das Ausgangssignal des Vergleichsgliedes ansprechenden Vorrichtung zur Steuerung des Zündwinkels steuerbarer Halbleiturschaltelemente.

Eine Schaltungsanordnung der genannten Art ist z. B. aus der DE-OS 20 51 828 bekannt Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung tritt bei einer plötzlichen Steuergrößenänderung ein Pendeln der zu regelnden Größe, ι d. h. des Effektivwertes des Wechselstromes auf, was zu einer Unstabilität führt Eine große Ansprechgeschwindigkeit ist somit nicht erreichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu ι schaffen, die bei hoher Ansprechgeschwindigkeit stabil arbeitet Dies wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Durch diese Schaltungsanordnung wird erreicht, daß ι die Verstärkung entsprechend der Lastgröße und des Leistungsfaktors selbsttätig gewählt wird, so daß der Effektivwert des Laststromes mit hoher Geschwindigkeit bei guter Stabilität auch dann geregelt werden kann, wenn sich der Leistungsfaktor stark verändert ι Nach einem weiteren Merkmal kann ein dritter Speicher zur Speicherung eines nacheilenden Stromwinkels Θ der Last bei einem Zündwinkel χ von 90°, der über einen vierten Speicher, der ein Ausgangssignal entsprechend dem Leistungsfaktor Φ der Last erzeugt, mit dem zweiten Speicher verbunden sein.

Es ist auch möglich, einen weiteren Speicher, der zwischen dem Ausgang des Addierers und dem Eingang des zweiten Speichers geschaltet ist, vorzusehen, wobei die im zweiten Speicher enthaltenen Daten durch das dem neuen Zündwinkel X2 entsprechende Ausgangssignal des weiteren Speichers addressiert werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbcispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Leistungsfaktor Φ der Last und dem Verhältnis der Stromänderung Al zur Änderung des Zündwinkels Ax zeigt,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Leistungsfaktor Φ der Last und dem nacheilenden Stromwinkel θ und

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In Fig. 1 sind durch eine strichpunktierte Linie 9 eingegrenzten Schaltungselemente gemäß der Erfindung den Schaltungselementen der bekannten Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes eines Wechselstromes hinzugefügt.

Die bekannte Schaltungsanordnung enthält eine Stromeinstellvorrichtung 1, die eine dem eingestellten Stromwert proportionale Spannung erzeugt. Der Strom einer Wechselstromquelle 5 wird einer Last 6 über ein Paar steuerbarer Halbleiterschaltelemente 4 zugeführt, die gegenparallei geschaltet sind. Da als solche Schaltelemente allgemein Thyristoren verwendet werden, werden sie in der folgenden Beschreibung als Thyristoren bezeichnet. Der die Last 6 durchfließende Strom wird von einem Stromtransformator 7 aufgenommen, dessen Ausgang einem Schaltungselement 8 zugeführt wird. Dieses enthält einen Quadrierkreis zur Erzeugung des Quadrates des Augenblickwertes des Ausgangsstromes des Stromtransformators 7, einen

Integrierkreis, welcher den quadrierten Augenblickswert des Stromes synchron mit der Speisespannung über einen Halbzyklus dieser Speisespannung integriert, eine Schaltung zur Erreichung des Mittelwertes des über eine Halbperiode integrierten Wertes der Speisespannung und eine Schaltung, welche die Quadratwurzel des Mittelwertes errechnet Somit ist das Ausgangssignal des Schaltungselementes 8 eine Spannung, die dem Effektivwert des Laststromes proportional ist Erst wenn ein Halbzyklus der Speisespannung vergangen ist, kann der Effektivwert bestimmt werden, so daß der Ausgang des Schaltungselementes 8 während einer Halbperiode auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Die Abweichung des Ausgangssignals des Schaltungselementes 8 von dem in der Strumeinstellvorrichtung 1 eingestellten Wert wird in einem Vergleichsglied 2 gemessen. Das Ausgangssignal des Vergleichsgliedes 2 wird einer Zündsteuervorrichtung 3 zugeführt, welche die Abweichung in den Zündwinkel der Thyristoren umwandelt und dabei einen Zündimpul; erzeugt, dessen Zündwinkel proportional der Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes und synchron zur Speisespannung ist. Der Ausdruck »Zündwinkel« bedeutet hier einen elektrischen Winkel («i und x₂ in Fig.3) zwischen einem Augenblick, in dem ein Zündimpuls erzeugt wird, und einem Augenblick, in dem die Speisespannung durch Null geht.

Wenn bei dieser bekannten Schaltungsanordnung der eingestellte Stromwert geändert wird, ändert sich der Wert des Laststromes durch Änderung des Zündwinkels. Da aber der Zündwinkel synchron mit der Speisespannung sein sollte, ergibt sich unvermeidlich eine Sperrzeit von maximal einer Halbperiode der Speisespannung. Eine Änderung des Zündwinkels führt zu einer Änderung des Laststromes. Bevor aber sich das Ausgangssignal des Schaltungselementes 8, d. h. der Wert der Rückführung, tatsächlich verändert, vergeht aus dem oben beschriebenen Grunde eine halbe Periode der Speisespannung. Somit verzögert die tatsächliche Änderung in der Rückführungsgröße die Änderung auf den eingestellten Stromwert maximal um eine Periode der Speisespannung. Wenn sich die Last verändert, verändert sich das Verhältnis der Änderung AI des Laststromes /zur Änderung Ax des Zündwinkels λ, d. h. AlZAx ist nicht konstant. Auch wenn die Größe der Last konstant ist, verändert sich das Verhältnis AIZAx, wie in F i g. 2 gezeigt, weil sich der Leistungsfaktor Φ verändert.

Damit das <;ine Verzöge! ung und eine Verstärkungsänderung enthaltende Regelsystem zufriedenstellend arbeitet, ist es erforderlich, ein ausreichend großes Verzögerungselenient für das Vergleichsglied oder zwischen diesem und der Zündsteuervorrichtung 3 vorzusehen, um so den Zündwinkel allmählich zu ändern. Andererseits tritt ein Pendeln ai'f, was eine Unstabilität hervorruft. Es ist deshalb mit dieser Vorrichtung nichi möglich, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit sicherzustellen.

Diese Nachteile können gemäß der Erfindung dadurch ausgeschaltet werden, daß die durch eine , strichpunktierte Linie 9 eingegrenzten Schaltungselemente hinzugefügt werden.

In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daü die Ausgangssignale der Stromei,!Stellvorrichtung 1 und des Schahungselementes 8 digitale Größen sind. Die hinzugefügten Schaltungselemente umfassen einen Speicher 11, welcher den Effektivwert des Laststromes /an bei einem Zündwinkel von 90^D unmittelbar nach dem Einschalten der Last speicher; und einen Speicher 12, weicher den verzögarten Stromwinkel Θ bei einem Zündwinkel von 90° unmittelbar nach dem Einschalten mißt und speichert Wie in Fig.3 gezeigt, stellt der Verzögerungswinkel Θ ein Intervall zwischen einem Augenblick, in dem die Speisespannung von positiv nach negativ wechselt, und einem Augenblick dar, in welchem die Spannung am Thyristor sich von der Vorwärts-Sättigungsspannung auf die Speisespannung erhöht hat

Es ist auch ein Speicher 13 vorgesehen, welcher die Beziehung zwischen dem nacheilenden Stromwinkel Θ bei dem Zündwinkel von 90° und dem Leistungsfaktor Φ der Last speichert Der Speicher 13 erhält als Adresse den Wert von θ und erzeugt daraufhin den diesem Wert θ zugehörigen Wert des Leistungsfaktors Φ. Die Beziehung zwischen dem nacheilenden Stromwinkel Θ und dem Leistungsfaktor Φ ist in der graphischen Darstellung in Fig.4 gezeigt Die Beziehung der Größen θ und Φ zueinander kann durch Rechnung erhalten werden.

Ein Speicher )4 ist mil dem Ausgang des Speichers 13 verbunden und cpeichert Daten (AIZo₃)ZI₉Q bei verschiedenem Leistungsfaktor Φ. Die Daten (AlZAx)Zh₀ bei verschiedenem Leistungsfaktor Φ werden beispielsweise gemäß Fig. 2 im voraus errechnet und in entsprechenden Adressen entsprechend verschiedenen Werten des Leistungsfaktors Φ gespeichert, so daß durch einen am Spe'cher 14 anliegenden Wert des Leistungsfaktors Φ der diesem jeweils zugehörige gespeicherte Wert (AIZAx)ZI₉₀ aus dem Speicher 14 ausgelesen werden kann.

Eine Operationsschaltung 10 ist vergesehen, welche die Änderung Ax des Zündwinkels χ entsprechend der folgenden Gleichung (1) errechnet, und zwar unter Verwendung des Effektivwertes des Laststromes I₉₀ bei dem Zündwinkel von 90°, der vom Speicher 11 zugeführt wird, der Daten (AIZAoi)Zfw für den jeweiligen Leistungsfaktor Φ, die vom Speicher 14 zugeführt werden, und des Ausgangssignals vom Vergleichsglied 2. Diese Gleichung (1) lautet:

. _ Stromabweichung x K ,, _s

/„, X (A IZAa)ZI_n

wobei K eine Verstärkungskonstante darstellt, die kleiner als 1 ist. An den Ausgang der Operationsschaltung 10 ist ein Addierer 15 geschaltet, welcher den Wert Ax zu einem Zündwinkel X\ der vorangehenden Halbwelle addiert, um einen neuen Zündwinkel x₂ zu erhalten. Das Ausgangssignal des Addierers 15 wird der Zündsteuervorrichtung 3 zugeführt.

Während der ersten Periode beim Einschalten der Last wird, da der Zündwinkel αϊ noch nicht vorhanden ist, als neuer Zündwinkel X2 ein Digitalsignal entsprechend dem Zündwinkel λ bei 90° erzeugt.

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm nach F i g. 3 beschrieben. Der Augenblickswert des Laststromes wird während eines Intervalles zwischen Γι, zu welchem ein Zündimpuls erzeugt wird, um einen Thyristor einzuschalten, und 7"₂, zu welchem der Thyristor abschaltet, gemessen. Der EffektiViVert des Stromes wird dann durch das Schaltungselement 8 gemessen, und es wird die Abweichung zwischen dem so festgestellten Effektivwert des Laststromes und dem eingestellten Wert durch das Vergleichsglied 2 während des Intervalls Γ, - T₂ gemessen. Dann wird während der nächsten Periode der

neue Zündwinkel 1x2 durch die Operationsschaltung 10 und den Addierer 15 errechnet. Wenn der Laststrom Null wird (der Thyristor schaltet ab), steigt die Spannung am Thyristor schnell an. Die Zeit T₂ kann über die Messung einer solchen schnellen Spannungsanstiegs bestimmt werden. Es wird hier angenommen, daß der Zündwinkel für eine positive Halbwelle und eine folgende negative Halbwelle der Speisespannung gleich ist.

Wenn der in der Stromeinstellvorrichtung 1 eingestellte Stromwert geändert wird, wird durch das Vergleichsglied 2 eine Stromabweichung gemessen und Δα nach der Gleichung (1) errechnet. Das Verhältnis AUAc*. unter einer tatsächlichen Last kann bestimmt werden, indem der Leistungsfaktor Φ aus dem Speicher 13 entsprechend dem Wert des verzögerten Strom winkeis Θ, der im Speicher 12 gespeichert ist, in den Speicher 14 eingelesen wird. Der diesem Leistungsfaktor Φ zugehörige, im Speicher 14 gespeicherte Wert (ΔΙ/Δα.)/Ι₉₀ wird an die Operationsschaltung 10 abgegeben, der auch der Wert des tatsächlich gemessenen Laststromes /90 zugeführt wird und mit diesem multipliziert.

Entsprechend ergibt bei K=I der durch die Gleichung (1) bestimmte Wert Ax die Stromänderung nahe dem Sollwert in einem sehr kleinen Zeitabschnitt.

Die Verstärkung ändert sich in Abhängigkeit vom Zündwinkel, und es bewirkt ein Ansteigen von Aa. eine Vergrößerung der Abweichung vom Sollwert und des Grades der Instabilität. Aber durch Auswahl des Wertes 's K auf einen geeigneten Wert, der kleiner als 1 ist, können diese Nachteile vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird die Verstärkung entsprechend der Lastgröße und dem Leistungsfaktor Φ der Last automatisch ausgewählt, so daß es möglich ist, den Effektivwert des Laststromes mit hoher Ansprechgeschwindigkeit und hoher Stabilität für eine Last zu steuern, deren Leistungsfaktor sich stark verändert.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführung der Erfindung. In dieser Ausführung werden die Daten (Δ 1/Ax)ZIv₃, die für verschiedene Zündwinkel λ errechnet sind, an entsprechenden Adressen im Speicher 14 entsprechend verschiedenen Werten von α gespeichert, so daß der Speicher 14, wenn er als eine Adresse den Zündwinkel * erhält, den entsprechenden Wert von (AIZAx)ZIw erzeugt. Infolgedessen ist in dieser Ausführung ein Speicher 20 zwischen den Ausgang des Addierers 15 und den Speicher 14 geschaltet, um denselben entsprechend dem Wert von « zu adressieren. Außer dieser Änderung arbeitet die abgewandelte Schaltungsanordnung nach F i g. 5 in der gleichen Weise wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Regelung des Effektivwertes des Wechselstroms eines Lastkreises mit einer Vorrichtung zur Messung des Effektivwertes des Laststromes, mit einer Einstellvorrichtung für einen Bezugsstrom, mit einem Vergleichsglied und mit einer auf das Ausgangssignal des Vergleichsgliedes ansprechenden Vorrichtung zur Steuerung des Zündwinkels steuerbarer Halbleiterschaltelemente, gekennzeichnet durch einen ersten, mit dem Ausgang der Vorrichtung (Schaltungselement 8) zur Messung des Effektivwertes des Laststromes verbundenen Speicher (11), der den Effektivwert des Laststromes Ao bei einem Zündwinkel χ von 90° speichert, durch einen auf den Leistungsfaktor Φ der Last und den Zündwinkel * der HalbleiteiSchaltelemente (4) ansprechenden zweiten Speicher (14), dessen gespeicherte Daten (AIZAx)Zl₉₀ durch den Zündwinkel χ oder den Leistungsfaktor Φ abrufbar sind, wobei Al eine Änderung des Laststromes /und Ax eine Änderung des Zündwinkels α darstellen, und durch eine auf die Ausgangssignale des Vergleichsgliedes (2) und auf die beiden Speicher (11, 14) ansprechende Operationsschaltung (10) zur Errechnung des Wertes Ax nach der Gleichung