DE2941287C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Zündsteuervorrichtung für Stromrichterventile, insbesondere bei elektrischen Maschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Zündsteuervorrichtung ist bekannt (DE-Z. "Regelungstechnische Praxis" 1978, Heft 12, S. 355-359, insbes. Bild 12).

Derartige Steuerungen müssen den zeitlichen Abstand zwischen den Zündimpulsen häufig mit einer Genauigkeit von 1° und darunter einstellen. So kann z. B. ein aus einem Wechselstromnetz über einen Gleichrichter gespeister Gleichstrommotor dadurch gesteuert werden, daß entsprechend dem Sollwert des Motorstromes eine Steuerspannung gebildet wird und die Gleichrichterventile jeweils zwar mit der Periode der Speisewechselspannung, aber mit einer aus dem Stromsollwert abgeleiteten Phasenverschiebung (Zündwinkel) gezündet werden. Der dem Zündwinkel entsprechende Zündzeitpunkt wird in Analogtechnik aus dem Schnittpunkt der Steuerspannung mit einer synchron mit der Speisewechselspannung schwingenden Sägezahnspannung ermittelt. Auf ähnliche Weise kann auch eine umrichtergespeiste Drehfeldmaschine durch entsprechende Zündsteuerung der Umrichterventile gesteuert werden. Dabei müssen z. B. die Ventilzündungen von lastgeführten Wechselrichterventilen sowohl auf die Lastfrequenz synchronisiert wie auch die Zündwinkel dieser Ventile entsprechend den vorzugebenden Sollwerten für die Motorsteuerung (Motorspannung bzw. Motorstrom) gesteuert werden.

In der bisher üblichen Analogtechnik oder gemischten Analog- Digital-Technik werden diese Aufgaben von mehreren parallel arbeitenden Bausteinen übernommen; so werden z. B. für mehrphasige Stromrichter in Brückenschaltungen mehrere Sägezahlspannungen und Komperatoren zur Ermittlung der Steuerwinkel der einzelnen Brückenventile verwendet. Die Forderung nach einer hohen zeitlichen Auflösung (Symmetrie der Impulsabstände 1°) bereitet dabei keine wesentlichen Schwierigkeiten. Da die impulsgesteuerten Thyristorschaltungen jedoch binär arbeiten, sind stets eine Anzahl von Digital/Analog- und Analog/Digital-Wandlerschaltungen nötig.

Durch eine Umstellung auf Digitalsteuerungen ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Die digitale Verarbeitung von Eingabegrößen ist mit wenig Aufwand bei hoher Genauigkeit möglich. Auch können die Eingaben (Drehzahl und Drehwinkel) von vornherein digital erfolgen, was auch dem Wunsch nach numerischen Sollwertvorgaben und Speichermöglichkeiten entgegenkommt. Dabei entfallen ein Teil der bisher benötigten Umsetzer. Der breite Einsatz der Digitaltechnik, insbesondere von Mikroprozessoren, wird bei der Steuerung und Regelung von Stromrichterschaltungen jedoch durch die Forderung nach einer hohen zeitlichen Auflösung bei der Steuerung des Arbeitszyklus verhindert.

Soll z. B. bei einer Netzfrequenz von 50 Hz, die einer digitalen Steuereinrichtung eines Gleichrichters digitalisiert eingegeben wird, mittels einer digital vorgegebenen Steuerspannung der Zündwinkel mit 1° Genauigkeit ermittelt werden, so muß der Mikroprozessor mit einem Zyklustakt von 18 kHz abfragen, ob ein Zündimpuls gebildet werden soll oder nicht, d. h. ob Gleichheit zwischen der äußeren Spannung und der Steuerspannung vorliegt. Der Mikroprozessor ist somit weitgehend ausgelastet und kann keine anderen, umfangreicheren Arbeiten, z. B. die Berechnung des Zündwinkels aus eingegebenen Soll- und Ist- Werten, übernehmen.

Aus dem Aufsatz "Motorregelung mit Mikrorechner", in der DE-Z "Regelungstechnische Praxis", 1978, Heft 12, Seiten 355-359, insbesondere Bild 12, ist es bereits bekannt, die Zündimpulse für ein Stromrichtergerät mit einem Rechner, insbesondere einem Mikroprozessor, zu bilden. Das Stromrichtergerät ist als Gleichstromsteller ausgebildet, der einen Gleichstrommotor aus einer Gleichspannungsquelle speist. Die gewünschte Größe des Motorgleichstromes wird dabei mittels pulsbreitenmodulierten Einschaltens der Gleichspannungsquelle eingestellt. Die Pulsfrequenz dieser Modulation ist gegeben durch die Laufzeit des Rechnerprogrammes. Der Zündbefehl für die Thyristoren der einen Brückenhälfte des Gleichstromstellers wird jeweils am Anfang eines erneuten Programmdurchlaufes, also zu Beginn einer Pulsperiode, ausgegeben. Der Zündimpuls für die andere Brückenhälfte dagegen wird dann ausgelöst, wenn ein externer Zeitgeber das Rechnerprogramm in einem vorbestimmten Zeitaugenblick mit Hilfe eines Interrupts kurzzeitig unterbricht. Dieser Zeitaugenblick steht als ein Ergebnis des unmittelbar vorangegangenen Programmdurchlaufes zur Verfügung, und wird durch den Rechner zu Beginn des jeweiligen Programmdurchlaufes in Form eines Zählerstandes in den externen Zeitgeber geladen. Erreicht der durch einen externen Takt getriebene Zeitgeber den geladenen Zählerstand, so gibt er einen Interruptbefehl an den Rechner ab, welcher daraufhin den Zündimpuls für die zweite Gleichrichterbrückenhälfte erzeugt. Bei dieser Vorrichtung müssen der Programmdurchlauf und der Zählvorgang im externen Zeitgeber so aufeinander abgestimmt sein, daß der externe Zeitgeber spätestens mit dem Ende eines Programmdurchlaufes den geladenen Zählerstand erreicht hat, damit er vom Rechnerprogramm erneut mit einem aktualisierten Zählerstand geladen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Zündsteuervorrichtung für einen an eine Wechselspannung angeschlossenen Stromrichter anzugeben, die es gestattet, nach einem eingegebenen Programm aus abgetasteten Steuergrößen, z. B. Istwert/ Sollwert-Differenzen, den Zeitabstand zwischen den zyklisch abzugebenden Zündbefehlen zu berechnen und mit hoher zeitlicher Auflösung zu steuern.

Die Aufgabe wird gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Steuerung wird dabei von zwei simultan arbeitenden elektronischen Bauteilen, einem Rechner und einem Impulszähler vorgenommen. Erfindungsgemäß ermittelt der Rechner freilaufend aus den eingegebenen Steuergrößen (z. B. Sollfrequenz, Sollstrom und Iststrom für die Steuerung einer elektrischen Maschine) die zeitlichen Abstände zwischen den Zündbefehlen (Zündintervalle) und berechnet jeweils eine Vorgabezahl, die der Zahl der in einem Zündintervall liegenden Impulsgeber-Takte entspricht. Der Impulszähler zählt die Impulsgeber-Takte und signalisiert dem Rechner das Ende eines Zeitintervalles nach der vorgegebenen Zahl der Impulsgeber-Takte.

Bei konstanter Taktgeberfrequenz erzeugt der Impulszähler eine äquidistante Folge von Ausgangsimpulsen (Interruptbefehlen), wenn er jeweils bei Abgabe eines Interruptbefehls (bzw. eines im Rechner durch den Interruptbefehl ausgelösten Zündbefehls) mit einer konstanten Vorgabezahl zurückgesetzt wird. Die Vorgabezahl gibt dabei an, aus wieviel Taktgeber-Taktperioden ein Zündintervall zusammengesetzt ist. Wird also dem Impulszähler über einen Dateneingang (Frequenzsteuereingang) eine konstante Vorgabezahl übermittelt, so kann er auf einer Frequenz synchronisiert werden. Die Phasenlage der Befehlssignale kann geändert werden, indem zu einem beliebigen Zeitpunkt der augenblickliche Zählerstand entsprechend einer weiteren Dateneingabe (Phasensteuereingang) verstellt wird. Natürlich ist nur ein einziger Daten-Einleseeingang nötig, wenn die Verarbeitung der anstehenden Daten (Vorgabezahl bzw. Zählerstandskorrektur) über eine entsprechende Steuerleitung (Adreßbus) gesteuert wird. Auch kann durch einmalige Änderung der Vorgabezahl eine einmalige Phasenänderung erfolgen.

Die Vorgabezahlen und gegebenenfalls die Phasenkorrekturen werden vom Rechner entsprechend den Eingabedaten nach einem Programm berechnet, das der Rechner freilaufend zyklisch bearbeitet. Die Interruptbefehle des Impulszählers werden auf einen Interrupteingang des Rechners eingegeben und bewirken, daß der Rechner sein Programm unterbricht und einen Zündbefehl für das jeweils vorgesehene Ventil abgibt, um anschließend das normale Programm wieder aufzunehmen. Der Rechner ist also von der Abfrage befreit, wenn das berechnete Zeitintervall beendet ist, und kann jeweils zwischen den Interruptaufrufen umfangreichere Rechen- und Steuerprogramme durchführen. Dies gestattet es, als Rechner handelsübliche Mikroprozessoren zu verwenden, z. B. Typ SAB 8080 der Siemens AG.

Ein derartiger Mikroprozessor verfügt über Dateneingänge, über die in diesem Fall die Steuergrößen eingegeben werden, und mehrere Datenausgänge, von denen mindestens einer als Zündbefehlausgang für die nachgeschalteten Stromrichterventile und einer als Vorgabeausgang zur Ausgabe der berechneten und in den Leseeingang des Impulszählers abzugebenden Vorgabezahl verwendet werden. Ferner weisen derartige Mikroprozessoren mehrere Interrupteingänge auf, über die dem Rechner voneinander unabhängige Interruptbefehle zur o. g. Unterbrechung des normalen Rechnerprogrammes und zur Durchführung von programmierten Sonderschritten eingegeben werden können.

Als Impulszähler können handelsübliche Zählerbausteine verwendet werden, z. B. Typ SAB 8253 der Siemens AG. Ein derartiger Zähler weist einen Eingang für die Zählimpulse, wenigstens einen Dateneingang zum Einlesen einer Vorgabezahl und wenigstens einen Befehlsausgang auf, über den bei einem bestimmten Zählerstand ein Ausgabesignal ausgegeben werden kann. Ferner ist ein Triggereingang vorgesehen, über den der Zähler auf einen Anfangswert gesetzt werden kann. In der Regel enthält der Zähler je einen getrennten Eingang zum Einlesen des Anfangswertes und des das Befehlssignal auslösenden Endwertes, wobei dieser Eingang über einen mit einem Mikroprozessor verbindbaren Adreßbus angesteuert werden. Der triggernde Rücksetzimpuls kann vom Mikroprozessor geliefert oder aus dem Befehlssignal des Zählers selbst gebildet werden. Als Vorgabezahl kann der Anfangswert oder der Endwert eingelesen werden. Der Zähler kann als Vorwärtszähler ausgebildet sein, der vom Anfangswert beginnend aufwärts zählt und bei Erreichen der Vorgabezahl ein Signal erzeugt, oder als Rückwärtszähler, der auf die Vorgabezahl gesetzt wird und abwärts zählend bei Erreichen des Zählerendwertes (z. B. Null) das Signal abgibt.

Sollen mit den einzelnen Zündbefehlen eines Zyklus verschiedene Ventile eines nachgeschalteten, zu steuernden Stromrichters gezündet werden, so ist es vorteilhaft, wenn für die Zündbefehle jedes Ventils ein eigener Datenausgang des Mikroprozessors als Zündbefehlausgang benutzt wird. Wenn z. B. der Rechner bei einem Interruptbefehl auf einer Steuerleitung einen Zündimpuls für ein bestimmtes Ventil abgegeben hat, gibt er beim nächsten Interruptbefehl den Steuerbefehl zum Zünden des nächsten Ventils auf die zu diesem nächsten Ventil gehörende Steuerleitung. Dieses Verteilen der Steuerbefehle auf die Steuerbefehlsausgänge kann durch das Programm im Rechner vorgegeben werden, so kann z. B. ohne Änderung der Hardwareschaltung lediglich durch Programmänderung von einem Linksdrehfeld auf ein Rechtsdrehfeld eines Drehstromnetzes übergegangen werden.

Mikroprozessoren sind an Taktgeber angeschlossen, die durch Vorgabe von Taktimpulsen die Rechengeschwindigkeit bestimmen. Diese Taktimpulse können gleichzeitig als Zählimpulse für den Impulszähler verwendet werden. Bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 1 MHz liefert der Impulszähler somit eine zeitliche Auflösung von 1 µsec, entsprechend etwa 0,05° bei 50 Hz.

Soll der Zündbefehlszyklus auf eine vorgegebene, starre Frequenz synchronisiert werden, so kann als Impulsgeber eine Schaltung verwendet werden, die durch Frequenzvervielfachung die Zählimpulse für den Impulsgeber aus der vorgegebenen Frequenz bildet, z. B. eine "Phase locked loop"- Schaltung mit Frequenzvervielfachung. Häufig ist es jedoch erforderlich, den Befehlszyklus auf eine veränderliche Wechselspannung zu synchronisieren, z. B. auf eine schwankende Netzfrequenz bei einem netzgeführten Stromrichter oder die Frequenz der Lastspannung bei einem lastgeführten Wechselrichter. Dies kann nach folgendem Verfahren vorteilhaft geschehen:
Die gegebenenfalls über ein Siebglied geglättete Wechselspannung wird an einen Komparator gelegt, der ein Ausgangssignal erzeugt, sobald die Wechselspannung einen vorgegebenen Bezugswert erreicht. Dieser festgelegte Zeitpunkt ist der Synchronzeitpunkt, zu dem bei einem synchronen Zündzyklus der Impulszähler einen bestimmten Zählerstand- Sollwert aufweisen muß. Dieser Zählerstand-Sollwert kann vom Rechnerprogramm berechnet werden. Das zum Synchronzeitpunkt abgegebene Signal des Komparators wird als synchronisierender Interruptbefehl auf einen entsprechenden Interrupteingang des Mikroprozessors gegeben. Er bewirkt, daß - unabhängig von den vom Impulszähler ausgegebenen Interruptbefehlen - das normale Rechnerprogramm unterbrochen wird und der Zählerstand des Impulszählers entsprechend dem Zählerstandsollwert korrigiert wird. Dies kann dadurch geschehen, daß dem Zählerstand zum Synchronzeitpunkt der Zählerstandsollwert direkt eingegeben wird oder daß die Vorgabezahl des Impulszählers entsprechend geändert wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn bei diesem weiteren Interruptbefehl gleichzeitig auch überwacht wird, daß der Rechner beim nächsten Zündbefehl auch tatsächlich entsprechend dem Zündzyklus das richtige Ventil ansteuert. Wird z. B. die Zündbefehslverteilung auf die Ventile durch einen zyklischen Zähler (Ringzähler) bewirkt, dessen Inkrement bei jedem Interruptbefehl des Impulszählers weitergeschaltet wird, so kann die Kontrolle der richtigen Zündfolge dadurch erfolgen, daß mit dem zum Synchronzeitpunkt abgegebenen Interruptbefehl der zyklische Zähler auf den entsprechenden Sollwert gesetzt wird.

Die Überwachung der richtigen Zündbefehlfolge und die Synchronisierung kann vorteilhaft auch dadurch erfolgen, daß die dem Komparator einzugebende Bezugsspannung so gewählt wird, daß der Synchronzeitpunkt mit dem Zündsollzeitpunkt eines vorbestimmten Ventils zusammenfällt. Soll z. B. ein Ventil eines netzgeführten Stromrichters mit einer Phasenverschiebung von 60° (Steuerwinkel) zum Nulldurchgang der Netzspannung gezündet werden, so wird der von der Netzspannung nach 60° angenommene Wert als Bezugswert eingestellt. Der Rechner kann entsprechend dem gewünschten Steuerwinkel diese Bezugsspannung selbst ermitteln. Der synchronisierende Interruptbefehl löst den Zündbefehl des Ventils aus und kann zusätzlich anstelle des entsprechenden Impulszähler- Interruptbefehls zum Rücksetzen des Impulszählers verwendet werden.

Handelsübliche Zählerbausteine wie der erwähnte SAB 8253 enthalten mehrere unabhängige, rücksetzbare Zähler für vorgegebene Taktimpulse. Diese Zählerbausteine lassen sich daher nicht nur als Impulszähler zur Phasensteuerung, sondern zusätzlich auch zum Synchronisieren auf eine externe Wechselspannung als "Netzmarke" oder "Bezugsmarke" zur digitalen Erfassung von Frequenz und Phase der Wechselspannung verwenden.

Vorzugsweise ist dieser weitere rücksetzbare Zähler für die vorgegebenen Taktimpulse (Markenzähler) über einen Befehlseingang mit einem Befehlsausgang des Rechners und über einen Ausleseausgang mit einem Einleseeingang des Rechners verbunden. Ferner ist der Rechner - ähnlich der oben angegebenen Schaltung - über einen weiteren unabhängigen Interrupteingang mit dem Ausgang eines von einer vorgegebenen Bezugsspannung und der externen Wechselspannung beaufschlagten Komparator verbunden, der einen weiteren Interruptbefehl abgibt, sobald die Wechselspannung die Bezugsspannung überschreitet bzw. unterschreitet. Der Komparator gibt also stets bei einer vorgegebenen Phasenlage der Wechselspannung einen Interruptbefehl an den Rechner ab, der den Beginn einer neuen Wechselspannungsperiode anzeigt. Bei diesem Interruptbefehl unterbricht der Rechner sein normales Programm vorübergehend und liest den Markenzählerstand ein. Gleichzeitig wird der Markenzähler zurückgesetzt. Der Rechner erhält demnach durch den Markenzählerstand eine Information über die Periodendauer der Wechselspannung und kann daraus die den Befehlszyklus steuernden Vorgabezahlen für den Impulszähler berechnen. Dadurch wird der Befehlszyklus auf die Frequenz der Wechselspannung synchronisiert.

Die Marke kann auch zur Synchronisierung der Zündbefehle auf die Phasenlage der Wechselspannung verwendet werden. Bei synchronem und phasenrichtigem Zündzyklus muß nämlich jeder Zündbefehl bei einem bestimmten Markenzählerstand erfolgen. Dazu kann vorteilhaft der die Zündung eines vorbestimmten Ventiles einleitende Interruptbefehl des Impulszählers als synchronisierender Interruptbefehl verwendet werden, um über eine weitere Steuerleitung den Markenzählerstand abzurufen und über einen Einleseeingang in den Rechner einzulesen. Als Synchronzeitpunkt dient in diesem Falle der Zeitpunkt, bei dem bei phasenrichtiger Steuerung der betreffende Zündbefehl abgegeben werden und daher der Markenzähler einen bestimmten Zählerstandsollwert aufweisen soll. Erfolgt nun infolge von Phasenverschiebungen der synchronisierende Interruptbefehl mit einer gewissen Verschiebung zum Synchronzeitpunkt, so weicht der beim synchronisierenden Interruptbefehl abgelesene Istwert vom Sollwert des Markenzählerstandes ab. Um phasensynchron zu steuern, genügt es demnach, lediglich die bei dem entsprechenden Interruptbefehl in den Impulszähler einzulesende Vorgabezahl entsprechend der Markenzähler-Abweichung zu korrigieren.

Der z. B. beim Zählerbaustein SAB 8253 noch vorhandene weitere Zähler kann dazu benutzt werden, um unter Verwendung weiterer Komparatoren auch andere periodische Vorgänge im Arbeitsablauf des Stromrichters oder einer nachgeschalteten Maschine zu kontrollieren. Außerdem kann es z. B. bei Umrichtern für ein mehrphasiges Netz vorteilhaft sein, die Markenzähler nicht nur zur Synchronisierung auf eine Leiter- oder Strangspannung zu verwenden, sondern mittels weiterer Komparatoren die Phasendurchgänge anderer Leiter- oder Strangspannungen in weitere Interruptbefehle umzusetzen und jeweils den Markenzählerstand bei diesen weiteren Interruptbefehlen zu kontrollieren. Dadurch ist es möglich, z. B. eine Netzunsymmetrie und den Ausfall einer Leiter- oder Strangspannung zu bestimmen und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.

In vielen Fällen ist es ferner vorteilhaft, wenn die bei der Synchronisierung auf die äußere Wechselspannung erfolgende Korrektur begrenzt wird. Dies bewirkt bei einem netzgeführten Stromrichter, zu dessen Steuerung die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt eingesetzt wird, daß z. B. bei einem vorübergehenden Netzausfall, bei dem die Marke nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten kann, die Aussteuerung der Zündimpulse nur unwesentlich verstellt wird. Da die Zeitauflösung bis auf etwa 0,1‰ Genauigkeit der Netzfrequenz möglich ist, kann der Impulszähler z. B. etwa 10 Perioden der Netzfrequenz ohne Synchronisation weiterlaufen. Setzt nach dieser Pause die Netzspannung wieder ein, so hat die Impulsverschiebung zwischen Netzfrequenz und Zündimpulszyklus noch keine Werte erreicht, bei denen es zu Betriebsstörungen kommt.

Bei der Steuerung eines netzgeführten Stromrichters hat der Rechner lediglich in Abstimmung auf die Taktfrequenz des Impulsgebers und die Netzfrequenz die Vorgabezahlen zu berechnen, während der Impulszähler daraus die Zeitpunkte für die Befehlsabgabe ermittelt und die Marke die Phasenkontrolle der Ventilzündungen vornimmt. Da der Rechner für diese Aufgabe nur eine kurze Bearbeitszeit benötigt, kann er noch weitere Arbeitsabläufe synchron auf die Marke steuern, z. B. die Versorgung des Ankerkreises und des Erregerkreises bei Gleichstrommaschinen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch vorteilhaft auch zur Steuerung lastgeführter Wechselrichter verwendet werden. Der Rechner berechnet dann die Vorgabezahlen nicht aus der Netzfrequenz, sondern aus der Sollfrequenz. Die Marke kann dabei dazu verwendet werden, die Aussteuerung der Wechselrichterventile in bezug auf die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters zu verstellen, wodurch insbesondere eine Pendeldämpfung einer umrichtergespeisten Drehfeldmaschine durchgeführt werden kann. Soll eine Synchronmaschine gesteuert werden, indem durch die Phasenaussteuerung die Drehzahl und Phasenlage zu einer vorgegebenen Frequenz eingestellt wird, so kann der Markenzähler dabei außer zur externen Synchronisierung auch zur Bestimmung der Polradlage benutzt werden.

Für maschinengeführte Wechselrichter kann als Taktgeber auch ein Digitron mit einem nachgeschalteten Frequenzvervielfacher verwendet werden. Ein Digitron ist ein an der Welle der Maschine angebauter Impulsgeber, der eine Frequenz erzeugt, die streng proportional der Drehzahl der Maschine ist.

Vom Rechner (Mikroprozessor) werden die Vorgabezahlen so berechnet, daß sowohl der stationäre Abstand der Zündimpulse zueinander eingehalten als auch eine Phasenregelung zur Pendeldämpfung bzw. bei Asynchronmaschinen eine Steuerung der Schlupffrequenz stattfindet.

Mittels der Vorrichtung nach der Erfindung können auch die Zündimpulse für Kraftfahrzeugmotoren gebildet werden. Der Mikroprozessor kann dabei den Grad der Vorzündung in Abhängigkeit von Drehzahl und Last ermitteln.

Der Vorteil der Marke zeigt sich insbesondere, wenn der Mikroprozessor gleichzeitig noch eine Synchronisation des Wechselrichters auf andere Wechselrichter, z. B. einen redundantbetriebenen Reserveumrichter, oder auf das Netz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung oder auf laufende Maschinen (Ausfallredundanz) synchronisiert werden soll.

Anhand mehrerer Figuren und Ausführungsbeispiele wird die Erfindung weiter erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Zündsteuervorrichtung für einen eigengetakteten Stromrichter,

Fig. 2 den aktuellen Zählerstand beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Zündsteuervorrichtung mit einem Frequenzvervielfacher als Impulsgeber,

Fig. 4 den Zählerstand eines Impulszählers, dem Frequenz und Phase getrennt vorgegeben werden,

Fig. 5 und 6 Zündsteuervorrichtungen, die auf eine externe Wechselspannung synchronisieren,

Fig. 7 und 8 eine Zündsteuervorrichtung mit einem Markenzähler sowie dabei auftretende Signalverläufe,

Fig. 9 einen Optokoppler zur Erfassung der Stromrichter- Ventilspannung zum Synchronisieren einer Zündsteuervorrichtung.

Fig. 1 betrifft einen Stromrichter, dessen Ventile nicht synchron mit einer vorgegebenen Wechselspannung gezündet werden müssen, z. B. einen eigengetakteten sechspulsigen Wechselrichter zum Speisen eines dreiphasigen Wechselstromnetzes vorgegebener Frequenz aus einem Gleichstromnetz. Die 6 Ventilgruppen des Wechselrichters sind an Datenausgänge (Zündbefehlausgänge) i = 1, . . ., i = 5, i = 0 eines Mikroprozessors 1 angeschlossen und werden in zyklischer Reihenfolge jeweils in Zeitintervallen T/6 entsprechend der Sollperiode T des Wechselstromes angesteuert. Dabei kann es jedoch erforderlich sein, die Zündabstände vorübergehend geringfügig zu verändern, um im Wechselstromnetz auftretende Störgrößen, z. B. Spannungseinbrüche infolge von Pendelungen nachgeschalteter Synchronmotoren, zu kompensieren. Dem Mikroprozessor 1 werden daher über die Eingänge W und W * als Steuergrößen Sollwerte und Istwerte, z. B. Sollfrequenz, Sollausgangsspannung und Istausgangsspannung, zugeführt. Dem Mikroprozessor ist ein Programm PRfrei eingegeben, mit dem er aus diesen Steuergrößen jeweils die Zündintervalle zwischen den abzugebenden Zündimpulsen berechnet. Diese Zündintervalle werden dabei als Anzahl (Vorgabezahl S₀) der Taktperioden eines Impulsgebers 2 berechnet, der mit vorgegebener, konstanter Taktfrequenz f Zählimpulse für einen Impulszähler 3 liefert. Das frei vorgebbare Programm PRfrei kann dabei die Bildung von Regelabweichungen der digital eingegebenen Steuergrößen W und W*, Regelverstärkungen und andere Steuer- und Regelaufgaben (z. B. die Steuerung eines dem Wechselrichter vorgeschalteten Gleichrichters bei Umrichteranlagen) enthalten. Die berechnete Vorgabezahl S₀ wird über einen Vorgabeausgang 4 einem Dateneingang 5 (Leseeingang) des Impulszählers 3 eingegeben.

Der Impulszähler 3 wird durch einen Rücksetzimpuls an seinem Rücksetzeingang 6 auf die eingelesene und eingespeicherte Vorgabezahl S₀ als Setzwert gesetzt. Er ist als Rückwärtszähler ausgebildet, der vom Setzwert (Vorgabezahl) ausgehend bei jedem Taktimpuls des Impulsgebers 2 sein Zählwerk dekrementiert und abfragt, ob sein Zählerstand einen vorgegebenen Endwert (n = 0) erreicht. Bei Erreichen der Endzahl wird am Ausgang 7 (Interruptausgang) ein Impuls erzeugt, der als Interruptbefehl an einen entsprechenden Interrupteingang 8 des Mikroprozessors 1 eingegeben wird. Dieses Signal wird gleichzeitig als Triggerimpuls dem Setzeingang 6 des Impulszählers rückgeführt.

Ein Interruptbefehl am Interrupteingang 8 des Mikroprozessors 1 setzt in diesem ein Interruptprogramm PRint in Gang, das zur Abgabe eines Zündimpulsbefehles auf einen der Zündbefehlausgänge führt. Die Adressierung des richtigen Zündbefehlausganges kann dabei entsprechend dem Speicherinhalt eines Speicherplatzes erfolgen, der bei dem Interruptbefehl angesteuert, ausgelesen und anschließend inkrementiert wird. Die Inkrementierung des Speicherinhaltes erfolgt dabei so, daß jeweils bis zu einem Speicherinhalt i = 5 inkrementiert und beim nächsten Schritt der Speicherinhalt rückgesetzt (i = 0) wird, d. h. der Speicherplatz wird als Ringzähler verwendet. Anschließend an dieses Interruptprogramm kann ein neuer Vorgabewert S₀ für das Zeitintervall bis zum nächsten Zündimpuls berechnet werden; es kann bei umfangreicheren Programmen PRfrei, aber auch vorgesehen sein, den Vorgabewert S₀ nur in einer sich über mehrere Zündintervalle erstreckenden Programmschleife jeweils neu zu berechnen und innerhalb der Schleife den Vorgabewert S₀ beizubehalten.

Fig. 2 zeigt den im Verlauf der Betriebsdauer sich ändernden Zählerstand n des Impulszählers 3. Zur Zeit t₀ wird der Zählerstand auf den Setzwert S₀ gesetzt und anschließend im Takt des Impulsgebers 2 dekrementiert. Nach der Zeit T ist der Endstand n = 0 des Zählers erreicht und es wird ein Interruptbefehl abgegeben, der gleichzeitig den Zählerstand wieder auf den Wert S₀ zurücksetzt. Bei konstanter Vorgabezahl S₀ stellt also der Impulsgeber 3 einen digital arbeitenden Oszillator konstanter Frequenz dar. Durch Veränderung des Vorgabewertes S₀ wird die Periodendauer T, d. h. die Oszillatorfrequenz, verändert. In Fig. 2 ist das durch eine einmalige Veränderung des Setzwertes um Δ S₀ dargestellt, die zu einer konstanten zeitlichen Verschiebung Δ t aller nachfolgenden Zündbefehle führt.

Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 1 nur geringfügig abgewandelte Form der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung. Der Impulszähler 3 wird dabei mit jedem Triggersignal "setz n" am Setzeingang 6 auf den Setzwertwert n = 0 gesetzt und durch die Impulse des Impulsgebers 2 inkrementiert, bis er bei Erreichen der Vorgabezahl S₀ einen Interruptbefehl abgibt. Das Setzen des Impulszählers erfolgt durch einen vom Interruptbefehl ausgelösten Befehl innerhalb des Interruptprogrammes, wozu der Triggereingang (Setzeingang) 6 mit einem entsprechenden Ausgang des Mikroprozessors 1 verbunden ist. Der innerhalb des freien Programmteils berechnete Vorgabewert S₀ wird zunächst in einem vorbestimmten Speicherplatz abgespeichert, dessen Inhalt erst durch einen entsprechenden Befehl des Interruptprogrammes ausgelesen und auf den durch die Steuerleitung 10 angesteuerten Vorgabezahlspeicher des Impulszählers 3 eingegeben wird.

In Fig. 4 zeigt die Kurve 11 den Zählerstand in Abhängigkeit von der Zeit t. Analog zu Fig. 2 kann eine Zündimpulsverschiebung durch eine Änderung des Setzwertes S₀ erfolgen. Die Kurve 12 stellt jedoch eine andere Möglichkeit der Impulsverschiebung dar. Die hier als Zählerendstand benutzte Vorgabezahl S₀ ist dem Rechner über einen entsprechenden Einleseeingang vorgegeben und bestimmt die Frequenz. Gegenüber Kurve 11 kann nun eine Verschiebung Δ t der Zündimpulse erreicht werden, indem eine proportionale Zahl Δ n im freien Programmteil errechnet, über einen weiteren Einleseeingang (Phaseneingang) dem Impulszähler 3 eingegeben und zu einem beliebigen Zeitpunkt zum aktuellen Zählerstand addiert wird. Im Fall der Fig. 4 werden in zwei aufeinander folgenden Zündintervallen derartige Verschiebungen vorgenommen; in den anschließenden Intervallen, in denen keine derartige Änderung vorgenommen wird, erfolgen die Zündimpulse nunmehr mit einer Phasenverschiebung Δϕ gegenüber der ungestörten Oszillatorfrequenz.

Die Zählerstandskurve nach Fig. 4 ergibt sich insbesondere, wenn als Taktgeber 2 ein Frequenzvervielfacher für eine vorgegebene Frequenz, z. B. Netzfrequenz, verwendet wird. S₀ entspricht dabei der in einem Sechstel der Netzperiode erzeugten Anzahl von Taktimpulsen und kann dem Impulszähler 3 fest vorgegeben werden. Die Steuerung wird dadurch frequenzunabhängig und kann z. B. für einen netzgetakteten Gleichrichter verwendet werden. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters kann dabei durch entsprechende Phasenveränderung Δϕ gegenüber der Netzfrequenz, d. h. durch entsprechende Eingriffe Δ n in den Zählerstand des Impulszählers, gesteuert werden (Zündwinkelsteuerung).

Fig. 5 zeigt einen Impulszähler 3 mit zwei Dateneingängen 21 und 22 zur getrennten Eingabe der Phasenverschiebung und der Frequenz. Der Impulszähler 3 kann über einen auf der Leitung 23 anliegenden Setzbefehl "setz n₀" auf den eingespeicherten Wert n₀ gesetzt oder mittels eines am Setzeingang 6 anstehenden Befehls auf seinen Anfangswert (n = 0) rückgesetzt werden. Der Rücksetzbefehl wird vom Impulszähler 3 stets ausgelöst, wenn der Zählerstand der Vorgabezahl entspricht (n = S₀), wobei gleichzeitig ein Interruptbefehl in den Mikroprozessor 1 eingegeben wird, der die Abgabe eines entsprechenden Zündbefehls imp _i auslöst.

Die Vorgabezahl S₀ wird zur Frequenzsteuerung vom Mikroprozessor 1 im freien Programmteil PRfrei aus eingegebenen Betriebsdaten W, W* errechnet. Die Größe n₀ dient dazu, bei einer vorgegebenen Eingangswechselspannung U _∼ des Stromrichters die Zündimpulse auf ebenfalls aus den Betriebsdaten errechnete Phasenlagen der Wechselspannung zu synchronisieren. Z. B. kann im freien Programmteil der Zeitabschnitt zwischen einer vorbestimmten Bezugsphase der Wechselspannung und dem Zündzeitpunkt eines vorbestimmten Ventils, z. B. der Zündwinkel α für das zweite Stromrichterventil, in Form einer entsprechenden Taktperioden-Anzahl n₀(α) bestimmt werden.

Zu diesem Zweck muß die Bezugsphase (Synchronzeitpunkt) der Wechselspannung U festgelegt werden. Hierzu wird die im allgemeinen von Störungen überlagerte Wechselspannung U _∼ an einem Siebglied 24 geglättet und die geglättete Spannung U _g einem mit einer Bezugsspannung, z. B. Masse, beaufschlagten Komparator 25, in der Regel einem Differenzverstärker, aufgeschaltet. Die Fig. 5b, 5c und 5d zeigen den Verlauf der Spannungen U _∼, U _g und dem Komparatorsignal U _c. Aus der positiven Flanke des Komparatorsignals U _c, die gegebenenfalls in einem nachgeschalteten Impulsformer zu einem Befehlsimpuls geformt werden kann, wird als synchronisierendes Interruptsignal ints einem weiteren Interrupteingang 26 des Mikroprozessors 1 zugeführt. Es löst im Mikroprozessor ein unabhängiges synchronisierendes Interruptprogramm PRsyn aus, das z. B. eine höhere Priorität besitzen kann als das erste Interruptprogramm PRint und bei dessen Ablauf der Rechner das Signal "setz n₀"auf die Leitung 23 abgibt. Gleichzeitig sorgt das Programm PRsyn dafür, daß mit dem nächsten Zündimpuls das im Zündzyklus auf den Synchronzeitpunkt folgende Ventil, im Beispiel also das Ventil i = 2, angesteuert wird.

Der über die Leitung 21 einzulesende Wert n₀ für die Phasenlage der Zündbefehle kann im freien Prgrammteil vom Mikroprozessor aus dem Zündwinkel-Sollwert berechnet werden und entspricht, wie aus Fig. 5e hervorgeht, dem Sollwert des Impulsgeber-Zählerstandes zum Zeitpunkt der Abgabe des synchronisierenden Interruptbefehls ints.

In Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 5 kann als Synchronzeitpunkt entsprechend Fig. 6 auch die Zündung eines vorbestimmten Ventils, z. B. des Ventil i = 1, verwendet werden. Dabei wird dem Komparator 25 als Bezugsspannung eine den Zündwinkel α bestimmende Spannung U _α zugeführt, die als Bruchteil m einer Spannung E gebildet wird. Dieser Bruchteil m kann im freien Programmteil vom Mikroprozessor als Funktion des Zündwinkel-Sollwertes α* berechnet werden. Das vom Komparator 25 ausgelöste synchronisierende Interruptsignal ints setzt im Prozessor 1 das synchronisierende Interruptprogramm in Gang, in dessen Verlauf der Zündbefehl imp₁ für das vorbestimmte Ventil i = 1 abgegeben wird. Dabei kann gleichzeitig z. B. durch Setzen des die Zündimpulsverteilung bestimmenden Ringzählers auf einen entsprechenden Sollwert, im Beispiel i = 2, sichergestellt werden, daß die weiteren Ventile im richtigen Zyklus angesteuert werden.

Der Impulszähler 3, der im vorangegangenen Ausführungsbeispiel als frequenz- und phasengesteuerter Oszillator wirkte, dient jetzt lediglich als frequenzgesteuerter Oszillator, der jeweils gleichzeitig mit der Zündung des vorgegebenen Ventils i = 1 durch den synchronisierenden Interruptbefehl ints angestoßen wird. Nach der durch die Vorgabezahl vorgegebenen Zahl von Taktimpulsen gibt er einen Interruptbefehl int, der gleichzeitig über das Interruptprogramm PRint die Zündbefehle imp _i für die weiteren Zündventile und das Rücksitzen seines Zählerstandes bewirkt, z. B. über ein am Setzeingang vorgesehenes Oder-Glied 6′, das sowohl vom synchronisierenden Interruptbefehl ints wie vom Setzbefehl des Interruptprogramms PRint beaufschlagt ist. Die Berechnung der frequenzbestimmten Vorgabezahl S₀ erfolgt wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen durch Berechnung aus Betriebsdaten W, W*.

Die exakte Berechnung der Vorgabezahlen S₀ setzt die Kenntnis der einer Periode der Wechselspannung entsprechenden Zahl der Impulsgebertakte, d. h. in der Regel die Kenntnis der Wechselspannungsfrequenz und der Taktgeberfrequenz voraus. Der Mikroprozessor 1 kann jedoch mittels der vom Komparator 25 erzeugten Interruptsignale die Wechselspannungsfrequenz selbst errechnen, wozu die in Fig. 7 gezeigte Schaltung vorteilhaft ist. Die Steuerung wird dadurch frequenzunabhängig und kann nicht nur für netzgeführte Wechselrichter, sondern auch für lastgeführte Wechselrichter, z. B. maschinenseitige Wechselrichter eines Zwischenkreisumrichters für Drehfeldmaschinen, verwendet werden.

Zur Erläuterung der Fig. 7 wird zunächst angenommen, die Zündsteuerung soll auf die R-Phase eines Drehstromnetzes synchronisiert werden. Dazu wird die Wechselspannung R am Siebglied 24 geglättet und vom Komparator 25 wird bei Überschreiten einer Bezugsspannung ein Interruptsignal intR abgegeben, wie in Fig. 8a dargestellt. Dieses Interruptsignal intR setzt im Rechner ein synchronisierendes Interruptprogramm PRsyn in Gang, in dessen Verlauf ein Rücksetzbefehl "setz n _M" an einen weiteren Impulszähler 30 für die Taktimpulse des Impulsgebers 2 abgegeben wird. Vor dem Rücksetzen des weiteren Impulszählers 30 wird jeweils der Zählerstand ausgelesen. Dieser Zählerstand gibt somit dem Mikroprozessor 1 die nötige Information über die Frequenz der synchronisierenden Wechselspannung.

Ferner kann das Interruptsignal intR als "Marke" zur Bestimmung der Phasenlage eines bestimmten oder jedes einzelnen Zündbefehls in Bezug auf die Wechselspannung R benutzt werden, da zum Sollwert jedes Impulszählers 30 ("Markenzähler") gehört.

Fig. 8b und 8c zeigen den Verlauf des Markenzählerstandes n _M und des Zählerstandes n des ersten Impulszählers 3. Diesem ersten Impulszähler 3 ist die Vorgabezahl S₀ eingegeben, und er erzeugt, wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, jeweils einen einen Zündimpuls imp _i auslösenden und gleichzeitig den Zählerstand zurücksetzenden Interruptbefehl int. Ferner wird durch den Interruptbefehl int der zu diesem Zeitpunkt im Markenzähler 30 vorhandene Zählerstand n _M (i) ausgelesen ("rd n _M (i)"). Dieser Zählerstand n _M (i) entspricht dem Phasenwinkel des Zündbefehls i und kann im freien Programmteil PRfrei mit einem entsprechenden Sollwert des Markenzählerstandes verglichen werden. Aus dem der Frequenz entsprechenden Markenzählerstand n _M (R) und dem dem Zündwinkel entsprechenden Zählerstand n _M (i) kann der Rechner nunmehr eine Korrektur der Frequenz und der Phase der Zündbefehle berechnen. Eine Frequenzkorrektur kann dabei dadurch erfolgen, daß eine neue Vorgabezahl S₀ für die nächsten Zündintervalle berechnet wird, z. B. kann die Vorgabezahl um eine Korrekturgröße Δ S₀ verändert werden, wie in Fig. 8c dargestellt. Ist nur eine Phasenkorrektur (Zündwinkelkorrektur) angestrebt, so genügt eine einmalige Veränderung der Vorgabezahl, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Im allgemeinen genügt es, einen einzigen Zündbefehl innerhalb eines Zündzyklus für diese Aussteuerkorrektur zu verwenden, z. B. den Zündbefehl i = 1; es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Phasen- und Frequenzsynchronisation mehrmals innerhalb eines Zündzyklusses vorzunehmen, z. B. mit jedem Interruptbefehl int des ersten Impulszählers 3.

In Fig. 8c ist ferner mit der gestrichelten Linie 35 ein Verlauf des Zählerstandes dargestellt, bei dem mittels eines Interruptbefehls intS eine Phasenkorrektur durch einmaliges Verstellen des Zählerstandes innerhalb eines Zündzyklusses erfolgt ist.

Dieser Interruptbefehl intS ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ausgelöst durch den Nulldurchgang der Wechselspannung U _S einer weiteren Phase S eines Drehfeldes. Es kann nämlich vorteilhaft sein, nicht nur die synchronisierende Phase R eines externen Drehfeldes, sondern auch die beiden anderen Phasen S und T des Drehfeldes mittels Komparatoren 36, 37 auf ihren Nulldurchgang hin zu überprüfen und jedes Ausgangssignal intS und intT dieser Komparatoren 36 und37 als Interruptbefehle den Interrupteingängen des Mikroprozessors 1 zuzuführen. Bei jedem dieser Interruptbefehle wird ein Interruptprogramm PRS bzw. PRT in Gang gesetzt, das zum Auslesen des Markenzählerstandes n _M führt, wie in Fig. 8b ebenfalls dargestellt ist. Diese Zählerstände n _M (s) und n _M (T) können dazu verwendet werden, um im freien Programmteil PRfrei einen Vergleich mit entsprechenden Sollwerten für den Markenzählerstand durchzuführen, um das Netz auf seine Symmetrie, auf Ausfall einer Phase oder andere Störgrößen hin zu überprüfen und notfalls eine Korrektur der Zündventil-Aussteuerung vorzunehmen.

Bei den Spannungen R, S und T kann es sich nicht nur um die Phasenspannungen eines speisenden Netzes handeln, sondern auch um die Ausgangsspannungen eines maschinenseitigen Wechselrichters. Ferner können anstelle der sinusförmigen Wechselspannungen R, T, S auch vorteilhaft die Ventilspannungen an den Stromrichterventilen selbst zur Kontrolle der Frequenz und Phase verwendet werden.

Eine derartige Anordnung zur Überwachung der Ventilspannungen an einem Ventil 39 ist in Fig. 9 dargestellt. Dazu sind parallel und antiparallel zum Ventil 39 je eine Lumineszenzdiode 40 und 41 angeordnet, die bei Überschreiten einer gewissen Schwellspannung zu leuchten beginnen. Jede dieser Lumineszenzdioden ist Teil eines Optokopplers, d. h. es ist ihr ein lichtelektrischer Empfänger, z. B. eine Fotodiode 43 bzw. 44 gegenübergestellt, die das Licht der Lumineszenzdiode 40 bzw. 41 empfängt und in ein elektrisches Signal, z. B. eine Fotospannung, umsetzen. Diese Fotospannung kann als synchronisierende Spannung U _S bzw. U _T dem entsprechenden Komparator 36 in Fig. 7 zugeführt werden. Aus diesen Signalen bzw. den zugehörigen Markenzählerständen kann der Mikroprozessor 1 z. B. selbsttätig die Zuordnung der Zündimpulse zum Drehsinn des Drehfeldes (linksdrehend oder rechtsdrehend) vornehmen.

Es kann nun der Fall eintreten, daß die synchronisierenden Wechselspannungen U _∼ bzw. R, S, T kurzzeitig ausfallen. So kann eine vorübergehende Betriebsstörung im Energieversorgungsunternehmen vorliegen oder es kann z. B. bei elektrischen Triebfahrzeugen der Stromabnehmer kurzzeitig von den Versorgungsleitungen abheben ("Bügelspringen"). In der Regel setzt die Netzspannung nach einer derartigen Unterbrechung wieder mit einer Phase ein, die nur geringfügig gegenüber dem ungestörten Verlauf verschoben ist. In solchen Fällen ist es ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß sie, sofern sie während einer derartigen Unterbrechung über eine eigene Energieversorgung weiterbetrieben wird, die Synchronisierung der Zündimpulse beibehalten kann, so daß nach Beendigung der Unterbrechung die Vorteile im wesentlichen wieder synchron angesteuert werden.

Bei den Ausführungsbeispielen nach 5 und 6 bewirkt nämlich ein Ausbleiben der synchronisierenden Wechselspannung U, daß die entsprechenden synchronisierenden Interruptbefehle ints zwar ausbleiben, der Impulszähler 3 jedoch entsprechend den im vorangegangenen, ungestörten Zustand berechneten Vorgabezahlen S₀ weiterläuft. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 läuft bei einem Ausbleiben der Wechselspannung der Netzmarkenzähler 30 unkontrolliert weiter. Dies bewirkt, daß in dem vom Interruptbefehl int des ersten Impulszählers 3 ausgelösten Interruptprogramm TRint nunmehr Netzmarkenzählerstände n _M (i) ausgelesen werden, die ganz wesentlich von den Netzmarken-Sollwerten bei ungestörtem, synchronen Verlauf abweichen. Da die frequenzbestimmenden Vorgabezahlen S₀ aus der Regelabweichung der Netzmarkenzählerstände n _M (i) berechnet werden, genügt es, im freien Programmteil eine derartige Begrenzung des der Regelabweichung proportionalen Regelungsausgangssignales vorzusehen, daß eine abrupte, wesentliche Änderung der Frequenz verhindert wird. Dadurch läuft auch in diesem Fall der durch die Interruptbefehle int des ersten Impulszählers 3 gesteuerte Zündbefehlzyklus so ab, daß z. B. nach 10 Zyklen noch keine wesentliche Frequenzverschiebung gegenüber dem ungestörten Zustand eingetreten ist.

Durch die Verwendung eines vom Rechner 1 getrennten Impulsgebers 3, insbesondere in Verbindung mit entsprechenden Komparatoren zur Erzeugung von Netz- und Bezugsmarken, ggf. unter Verwendung eines Netzmarkenzählers, ermöglicht es, die Zündsteuerung von Stromrichtern mit Mikroprozessoren vorzunehmen, deren Kapazität nicht allein schon durch Synchronisierungsarbeiten weitgehend ausgeschöpft ist. Vielmehr verbleibt eine große Rechenkapazität, die zur Verwirklichung umfangreicher Regelungsprogramme verwendet werden kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der Stromrichter zur feldorientierten Regelung nachgeschalteter Drehfeldmaschinen verwendet wird. Bei einer derartigen feldorientierten Regelung wird aus Betriebsdaten der Drehfeldmaschine, z. B. den momentanen Istwerten von Eingangsstrom, Eingangsspannung und/oder Polradlage der Vektor des Magnetfeldes und des Ständerstromes in einem ständerbezogenen System ermittelt, daraus werden die feldparallele Komponente (Magnetisierungsstrom) und die feldsenkrechte Komponente (Wirkstrom) des Ständerstromvektors in einem feldbezogenen Koordinatensystem berechnet, die Regelabweichungen zu eingegebenen Sollwerten dieser Komponenten gebildet, diese Steuergrößen in ein ständerbezogenes Koordinatensystem zurücktransformiert und die Ventile des Stromrichters gesteuert oder geregelt. Dabei kann es sich um Direktumrichter oder Zwischenkreisumrichter handeln, wobei der Mikroprozessor sowohl den maschinenseitigen Wechselrichter, wie den netzseitigen Gleichrichter steuern kann. Bei Asynchronmaschinen kann diese Regelung eine Regelung des Schlupfes, bei Synchronmaschinen eine Regelung von Ständerstrom und Erregerstrom einschließen. Die erfindungsgemäße Zündsteuerung kann dabei so ausgebildet sein, daß die Hardwareschaltung für eine Vielzahl von Anwendungsfällen gleich bleibt und die Anpassung an den Verwendungszweck lediglich durch Änderung des entsprechenden Programmes erfolgen kann.

Claims (11)

1. Digitale Zündsteuervorrichtung für die Ventile eines von einer Wechselspannung beaufschlagten Stromrichters, mit

• a) einen Impulsgeber (2) zur Vorgabe hochfrequenter Taktimpulse (f),
• b) einem von Impulsgeber (2) getakteten Impulszähler (3), der über einen Leseeingang (5), einen Rücksetzeingang (6) und einen Interruptausgang (7) verfügt, wobei gesteuert über den Rücksetzeingang (6) eine Vorgabezahl (S₀) über den Leseeingang (5) eingelesen und ein Zählvorgang gestartet wird, und am Interruptausgang (7) ein Interruptbefehl (int) abgegeben wird, wenn nach dem Start eines Zählvorganges die Anzahl der gezählten Taktimpulse der Vorgabezahl (S₀) entspricht, und
• c) einem Rechner (1) mit Zündbefehlausgängen (i = 0,1, . . .) zur Ansteuerung der Stromrichterventile, mit einem mit dem Interruptausgang (7) des Impulszählers (3) verbundenen ersten Interrupteingang (8), mit einem mit dem Leseeingang (5) des Impulszählers (3) verbundenen Vorgabeausgang (4), und mit Eingängen zum Abtasten von Steuergrößen (W, W *),

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) der Rechner (1) freilaufend die von den abgetasteten Steuergrößen abhängige Zeitdauer zwischen den Zündbefehlen als Anzahl von Taktimpulsen des Impulsgebers (2) ermittelt und diese Anzahl als Vorgabezahl (S₀) am Vorgabeausgang (4) bereitstellt,
• e) der Impulszähler (3) mit der Abgabe eines Interruptbefehls (int) die am Vorgabeausgang (4) des Rechners (1) anstehende Vorgabezahl (S₀) einliest und den Zählvorgang erneut beginnt, und
• f) ein Zündbefehl nur bei Auftreten eines Interruptbefehls (int) am Interruptausgang (7) des Impulszählers (3) abgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Gruppen gleichzeitig zu zündender Stromrichterventile ein gemeinsamer Impulszähler und für jede Gruppe ein eigener Zündbefehlausgang (i = 1, . . ., i = 5, i = 0) des Rechners vorgesehen ist und die Zündbefehlsausgänge in einem vom Rechner vorgegebenen Zyklus zyklisch angesteuert werden (Fig. 1).

3. Vorrichtung nach Ansprüchen1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Korrektur des Zündintervalles der Zählerstand (Fig. 4) oder die Vorgabezahl des Impulsgebers (Fig. 2) verändert und für eine Phasenkorrektur der Zündimpulse eine vorübergehende bzw. für eine Frequenzkorrektur eine bleibende Veränderung vorgenommen wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Phasensynchronisierung auf die Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines mit der vorzugsweise geglätteten Wechselspannung (Ug) beaufschlagten Komparators (25) mit dem Rechner (1) über einen weiteren, unabhängigen Interrupteingang (26) verbunden ist und einen synchronisierenden Interruptbefehl (int _s ) abgibt, sobald die Wechselspannung (Ug) eine vorgegebene Bezugsspannung erreicht (Synchronzeitpunkt), und daß mit dem synchronisierenden Interruptbefehl (int _s ) der Impulszähler-Zählerstand entsprechend einem phasensynchronen Zählerstandsollwert (n₀) korrigiert wird (Fig. 5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner infolge eines synchronisierenden Interruptbefehls (int s) bei dem auf den Synchronzeitpunkt folgenden Zündbefehl einen vorbestimmten Zündbefehlausgang (i = 2) ansteuert (Fig. 5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung (U∼) so gewählt ist, daß der synchronisierende Interruptbefehl (int s) mit dem Sollzündzeitpunkt eines vorgegebenen Ventils zusammenfällt (Fig. 6).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Frequenz- und Phasensynchronisation auf die Wechselspannung (R), gekennzeichnet durch

• a) einen Komparator (25), der von der bevorzugt geglätteten Wechselspannung (R) und einer Bezugsspannung, insbesondere dem Nullpotential, gespeist wird, und der einen weiteren Interruptbefehl (int R) an den Rechner (1) abgibt, sobald die Wechselspannung die Bezugsspannung über- bzw. unterschreitet,
• b) einen weiteren Impulszähler (30, "Markenzähler") für die Takte (f) des Impulsgebers (2), dessen aktueller Zählerstand (n _M (R)) gesteuert über den weiteren Interruptbefehl (int R) vom Rechner (1) zur Frequenzmessung eingelesen (rd n _M (R)), und der anschließend vom Rechner rückgesetzt wird (setz n _M ), und daß
• c) der Rechner (1) bei einem Interruptbefehl (int) des ersten Impulszählers (3) den aktuellen Zählerstand (n _M (i)) des weiteren Impulszählers (30) zur Ermittlung der Phasenlage der Zündbefehle (imp _i ) einliest (rd n _M (i)), und aus den eingelesenen Zählerständen (n _M (R), n _M (i)) der Wechselspannungsfrequenz und der Phasenlage der Zündimpulse entsprechende Vorgabezahlen (S₀) ermittelt Fig. 7 und 8).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner bei einem vorübergehenden Ausfall der Wechselspannung in Betrieb bleibt und die Vorgabezahlen für den ersten Impulszähler höchstens geringfügig ändert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, zum Synchronisieren auf ein noch weitere Wechselspannungen enthaltendes Spannungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Wechselspannungen (S, T) weitere Komparatoren (36, 37) beaufschlagen, aus deren Ausgangssignale Interruptbefehle (int S, int T) gebildet werden, bei denen der Rechner (1) den Zählerstand (n _M ) des weiteren Impulszählers (30) ausliest (Fig. 7 und 8).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Wechselspannungen die Ventilspannungen der Stromrichterventile (39) verwendet sind (Fig. 9).