DE3021765A1

DE3021765A1 - Verfahren und vorrichtung zum umschalten eines direktumrichters mit vorgegebener ausgangswechselspannung

Info

Publication number: DE3021765A1
Application number: DE19803021765
Authority: DE
Inventors: Ugur Dr. 8520 Erlangen Celtekligil; Helmut Dr. Neupauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1981-12-24
Also published as: JPS5728570A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Umschalten eines Direkt-
umrichters mit vorgegebener AusgznR swechselspannunl; Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern der Umschaltung von antiparallelen Drehstrombrücken eines Direktumrichters, dem eine Ausgangswechselspannung durch Steuerung oder Regelung vorgegeben wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ubliche Direktumrichter enthalten für jeden Ausgang eine Drehstrombrücke, bei der durch Ansteuerung der Brückenventile aus den Eingangsphasenspannungen geeignete Bereiche ausgeschnitten werden, die am Brückenausgang zur gessinschten Ausgangsspannung zusammengesetzt werden. Für die Umkehrung der Stromflußrichtung ist für jeden Ausgang eine antiparallele Drehstrombrücke erforderlich, die von einer Kommandostufe umgeschaltet werden muß, um beim Nulldurchgang des Iststromes durch Umschaltung der Zündimpulse von der einen Drehstrombrücke auf die dazu antiparallele Drehstrombrücke die Umkehrung der Stromrichtung zu ermöglichen. Ublicherweise wird der Direktumrichter so gesteuert oder geregelt, daß ihm der gewünschte Laststrom in Frequenz und Amplitude vorgegeben wird. Die Umschaltung erfolgt dann mit den Nulldurchgängen der Stromsollkurve und die Ausgangs spannung stellt sich entsprechend der vorgegebenen Last frei ein.
In vielen Fällen wäre es jedoch vorteilhafter, die Ausgangswechselspannung auf eine Sollkurve mit vorgegebener Frequenz, Amplitude und z.B. sinusförmigem oder trapezförmigem Verlauf zu steuern oder zu regeln. Dieser Spannungssollkurve kann eine Stromsollkurve zugeordnet werden, die den Stromverlauf für den hypothetischen Fall angibt, daß sich der Strom vollkommen frei einstellen kann ohne Beschränkung auf die Stromdurchlaßrichtung der gerade gezündeten Brückenventile. Die Nulldurchgänge dieser Stromsollkurve sind gegenüber den Nulldurchgängen der vorgegebenen Ausgangswechselspannung um einen Winkel ("Soll-Lastwinkel") phasenverschoben, wobei sich der Lastwinkel entsprechend der aktuellen Last verändert. Bei optimaler Steuerung des Ausgangs stromes muß daher der Zeitpunkt für die Umschaltung der Drehstrombrücken entsprechend verändert werden. Andernfalls treten innerhalb jeder Halbwelle des Ausgangsstromes Zustände auf, in denen eine angesteuerte Drehstrombrücke wegen der Vorzeichenumkehr des Stromes nicht stromführend ist und der Wechselrichterausgang daher keinen Strom abgibt. Dies ist verbunden mit einem deutlichen Ansteigen des Oberwellengehaltes, insbesondere der Oberschwingung mit der dritten Umrichterausgangsfrequenz. Die zur jeweils vorgegebenen Ausgangsspannung gehörende Sollkurve ist jedoch unbekannt und der oben definierte Soll-Lastwinkel ist meßtechnisch nicht direkt erfaßbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Direktumrichter, dessen Ausgangswechselspannung durch Regelung oder Steuerung vorgegeben wird, die Umschaltvorrichtung (Kommandostufe) der Direktumrichterzündsteuerung bei wechselender Last so anzusteuern, daß die Umschaltzeitpunkte mit den Nulldurchgängen der Stromsollkurve zusammenfallen. Die Umschaltzeitpunkte können in ihrer Phasenlage bezüglich der Ausgangswechselspannung als "Umschaltwinkel" vorgegeben werden; zur Veränderung der Umschaltzeitpunkte sollen die Umschaltwinkel entsprechend einer elektrischen Größe verschoben werden, die im wesentlichen aus ungeglätteten Meßwerten des aktuellen Stromes gebildet wird.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß im angestrebten Betriebszustand (Umschaltwinkel = Soll-Last- winkel) der Umschaltzeitpunkt mit dem im folgenden als 'rLastwinkel" bezeichneten Nulidurchgang der Grundschwingung des Iststromverlaufes zusammenfällt und sich i..
allen anderen Betriebszuständen Oberschwingungen ausbilden, die zu einer Unsymmetrie im Stromverlauf führen.
Um den Umschaltwinkel auf den (unbekannten) Soll-Lastwinkel einzuregeln, könnte demnach als Regelabweichung die Differenz zwischen dem soeben definierten Lastwinkel und dem Umschaltwinkel benutzt werden, jedoch ist auch die Grundschwingung des Iststromverlaufes und deren Nulldurchgang (d.h. dieser "Lastwinkel") meßtechnisch nicht direkt erfaßbar. Anstelle der Regelabweichung zwischen Umschaltwinkel und Lastwinkel (bzw. Soll-Lastwinkel) wird daher bei der Erfindung eine andere elektrische Größe gebildet.
Dies geschieht, indem der Strom zu ausgewählten Zeitpunkten innerhalb einer Halbperiode gemessen wird. Die gemessenen Stromistwerte weichen in charakteristischer Weise von den Stromwerten ab, die sich bei symmetrischem Kurvenverlauf aber sonst gleichen Bedingungen (Umschaltzeitpunkt, Frequenz, Effektivwert) ergeben. Aus den Stromistwerten wird eine Größe gebildet, -die ein Maß für die Unsymmetrie des Stromverlaufes darstellt und der Differenz zwischen dem jeweiligen Umschaltwinkel und dem Lastwinkel entspricht. Diese Größe (!1UnsymmetriegröBe") kann dazu verwendet werden, um den Umschaltwinkel dem unbekannten Soll-Lastwinkel nachzuführen. Die Ausgangsstrom-Orundschwingung bzw. der Lastwinkel selbst wird dabei nicht benötigt. Insbesondere wird die Ausgangsstrom-Grundschwin gung nicht durch Glättung des Iststromverlaufes über mehrere Halbperioden ermittelt. Eine derartige Glättung würde - abgesehen von der unerwünschten Trägheit - ihrerseits eine Phasenverschiebung bewirken, so daß zwischen dem geglätteten Stromverlauf und der Ausgangsspannung keine frequenzunabhängige Phasenbeziehung mehr besteht.
Vielmehr wird höchstens eine gewisse Glättung der Oberschwingungen durchgeführt, indem als Iststromwerte Meßwerte verwendet werden, die durch Mittelung (z.B. Integration) über Teilintervalle innerhalb einer Halbperiode der Stromschwingung gebildet werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird demnach gemäß der Erfindung der Umschaltwinkel X (d.h. der auf die Phasenlage der Ausgangswechselspannung bezogene Umschaltzeitpunkt der Drehstrombrücken) dem Lastwinkel B* (d.h. der Phasenverschiebung zwischen den Nulldurchgängen der Ausgangswechselspannung und der Ausgangsstrom-Grundschwingung) nachgeführt. Hierzu wird die Unsymmetrie, die mit wachsender Differenz zwischen Lastwinkel und Umschaltwinkel wächst, erfaßt. (Unter Unsymx1etrie wird dabei verstanden, daß zu zwei bezüglich eines Symmetriezeitpunktes symmetrischen Zeitpunkten die Stromistwerte betragsmäßig nicht übereinstimmen, wobei als Synemetriezeitpunkt ein Umschaltzeitpunkt bzw. der eine Viertelperiode spätere zeitliche Mittelpunkt zwischen zwei Umschaltzeitpunkten gewählt wird.) Die Erfassung der Unsymmetrie geschieht, indem wenigstens der durch einen Umrichterausgang fließende Ausgangsstrom erfaßt und aus den erfaßten Stromistwerten eine mit minimal werdender Unsymmetrie sich entsprechend ändernde elektrische Größe (Unsymmetriegröße) gebildet wird. Der Umschaltwinkel wird in Abhängigkeit von der Unsymmetriegröße verändert bis die Unsymmetrie minimal wird.
Vorteilhaft werden die Stromistwerte durch Integration des Ausgangsstromes während bestimmter Stromerfassungsintervalle gebildet, die kleiner als die Halbperiode der Ausgangswechselspannung sind. Die zeitliche Lage für diese Intervalle wird jeweils aus dem vorausgegangenen Umschaltzeitpunkt und der Periode der Ausgangswechselspannung bestimmt. Hierbei kann man auf verschiedene Weise ausnutzen, daß bei verzögerter Umschaltung (Lastwinkel Umschaltwinkel) der Ausgangs strom innerhalb jeder Halbschwingung zunächst stärker ansteigt und gegen Ende der Halbperiode auf den Wert Null absinkt, da der Iststrom sein Vorzeichen wechselt, bevor auf die antiparallele Drehstrombrücke umgeschaltet wird.
Bei einem Direktumrichter mit Drehstromausgang und symmetrischer Last ist im Idealfall (Lastwinkel = Umschaltwinkel) der in einem Umrichterausgang fließende Strom zu einem Zeitpunkt, der gegenüber dem Umschaltzeitpunkt um +600 el verschoben ist, betragsmäßig gleich dem Strom in dem gegenüber diesem Phasenausgang um 1200 el nacheilenden Umrichterausgang zum gleichen Zeitpunkt. Bei verzögerter Umschaltung ist aber der zum 600 el entsprechenden Zeitpunkt gemessene Strom in der einen Phase größer und in der anderen Phase geringer. Die Differenz der beiden Stromwerte zeigt somit an, daß der Umschaltwinkel dem Lastwinkel nicht entspricht, und kann zum Nachführen des Umschaltwinkels verwendet werden.
Man kann sich auch mit der Erfassung des Stromes in einem einzigen Phasenausgang des Direktumrichters begnügen. Dabei kann ausgenutzt werden, daß im Idealfall (symmeçrischer Verlauf) Stromwerte gleich sind, die zu Zeitpunkten gemessen werden, die gegenüber dem letzten Umschaltzeitpunkt um 900 -LT und 900 +AT verschoben sind. Auch hier tritt bei Abweichungen des Umschaltwinkels vom Lastwinkel eine dieser Abweichung entsprechende Differenz der gemessenen Stromwerte auf.
Daher werden vorteilhaft die Stromerfassungsintervalle so gelegt, daß sie symmetrisch zum Symmetriepunkt, d.h. zu einem Umschaltpunkt oder einem um eine Viertelperiode der Ausgangswechselspannung späteren Bezugszeitpunkt, liegen.
Das Verfahren kann als eine Umschaltwinkel-Regelung aufgefaßt werden, bei der die Unsymmetriegröße anstelle der Regelabweichung verwendet wird, da die Unsymmetriegröße ungefähr proportional der Abweichung zwischen Umschaltwinkel und Lastwinkel ist. Sie hängt aber in den meisten Fällen auch noch von der Amplitude des sich entsprechend der Last einstellenden Ausgangsstromes ab, d.h. die Regelverstärkung ist lastabhängig. Dies wird vermieden, wenn die erfaßten Strom-Istwerte jeweils durch die Amplitude des Ausgangsstromes dividiert werden.
Die Stromkurve ist auch im Idealfall (Lastwinkel = Umschaltwinkel) wegen der durch die Betriebsbedingungen hervorgerufenen Oberwellen nicht völlig symmetrisch.
Z.B. erzeugen p-pulsige Drehstrombrücken Oberwellen der p-fachen Umrichtereingangsfrequenz. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher die Lange jedes Stromerfassungsintervalles so gewählt, daß Stromoberschwingungen der p-fachen Umrichter-Eingangsfrequenz weitgehend ausgemittelt sind. Insbesondere beträgt die Intervallänge etwa den p-ten Teil einer Eingacgsfrequenzperiode. Als Stromistwert wird dann der Mittelwert des innerhalb dieses Zeitintervalls gemessenen Stromes erfaßt.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Stromerfassungseinrichtung für den Istwert des Umrichter-Ausgangsstromes, eine Zeitsteuerschaltung zur Ansteuerung der Stromerfassungseinrichtung und eine Auswerteschaltung enthält. Die Zeitsteuerschaltung legt die Zeiterfassungsintervalle fest, indem sie den Zeitabstand, mit dem die Intervalle auf den zur vorangegangenen Umschaltung führenden Ansteuerbefehl folgen, aus der vorgegebenen Ausgangsfrequenz vorgibt und die Dauer der Intervalle festlegt. In diesen Intervallen wird die Stromerfassung freigegeben, die mittels einer entsprechenden Schaltung aus den erfaßten Stromistwerten eine der csymmetrie des zeitlichen Verlaufes des Ausgangsstromes entsprechende elektrische Größe (Unsymmetriegröße) ermittelt. Die Auswerteschaltung ihrerseits bildet einen Auslosebefehl für die Umschalteinrichtung, wobei dle Phasenlage des Auslösebefehls bezüglich der Ausgangswechselspannung entsprechend der Unsymmetriegröße veränderlich ist. Vorteilhaft enthält die Stromerfassungseinrichtung einen Integrator für die Stromistwerte. Dabei kann dem Integrator ein Dividierer vor- oder nachgeschaltet sein, dem als Dividend der Stromistwert bzw. die Ausgangsgröße des Integrators und als Divisor die Amplitude des Ausgangsstromes aufgeschaltet ist.
Vorteilhaft wird die Stromerfassung zu zwei symmetrisch um einen Umschaltzeitpunkt oder um einen eine Viertelperiode späteren Zeitpunl;"L liegenden Intervallen freigegeben. Die Beträge der Stromistwerte während dieser Intervalle werden mit entgegengesetzten Vorzeichen integriert.
Bevorzugt werden die Auslösebefehle am Ausgang eines Grenzwertmelders abgegriffen. Der Phasenbezug zur Ausgangswechselspannung wird dadurch erreicht, daß der Auswerte schaltung eine Referenzwechselgröße mit der Frequenz der Ausgangsspannung zugefUhrt ist. Die Referenzwechselgröße kann zusammen mit der Unsymmetriegröße dem Eingang des Grenzwertmelders aufgeschaltet sein; die Eingangsgröße des Grenzwertmelders kann aber auch auf andere Weise mittels der Unsymmetriegröße aus der Referenzwechselgröße abgeleitet sein. Vorteilhaft werden insbesondere zwei gleichfrequente, gegeneinander phasenverschobene Referenzwechselgrößen durch gewichtete Addition zur Grenzwertmelder-Eingangsgröße zusammengesetzt, wobei die Gewichte durch die Unsymmetriegröße bestimmt sind.
Besonders vorteilhaft ist die Unsymmetriegröße einem Integrator aufgeschaltet, der dann als integraler Regelverstärker für die erfindungsgemäße Umschaltwinkelregelung wirkt. In diesem Fall ist die Referenzwechselspannung bevorzugt phasenfest zur Ausgangswechselspannung, insbesondere kann direkt die Sollspannung für die Ausgangswechselspannung selbst verwendet werden.
Ein besonderer Vorzug des Verfahrens ist es, daß es leicht mittels einer digitalisierten Vorrichtung durchführbar ist. So kann z.B. in der Auswerteschaltung mittels eines geeigneten Bauelementes, z.B. eines Frequenzumsetzers, eine der Stellgröße proportionale Anzahl von Zählimpulsen erzeugt und als Integrator ein digitaler Vorwärts-Rückwärtszähler verwendet werden.
Anhand von zwei Ausführungsbeispielen und 11 Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen an ein dreiphasiges Netz N angeschlossenen Direktumrichter mit einem einphasigen, eine ohmischinduktive Last 1 speisenden Ausgang 2, der aus einer in positiver Richtung des Ausgangsstromes I arbeitenden Drehstrombrücke 3 und einer dazu antiparallelen Drehstrombrücke 4 besteht. Dem Direktumrichter 3, 4 wird eine Ausgangsspannung vorgegeben. Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß entsprechende Steuerspannungen U* und Uf für Amplitude und Frequenz der Sollspannung sowie (am Phasenausgang 2 abgegriffene) Spannungsistwerte einer Regeleinrichtung 5 eingegeben werden, die daraus die Steuerspannung für die Zündsteuerung der Ventile bildet. Die Zündsteuerung 6 selbst enthält neben dem Steuersatz für die Umrichterventile eine Kommandostufe, die entsprechend vorgegebenen Auslösebefehlen Ub jeweils die Zündimpulse für die eine Umrichterbrücke freigibt und die andere Umrichterbrücke sperrt.
Die Auslösebefehle LTb werden gemäß der Erfindung in einer Vorrichtung 7 gebildet, die eine Stromerfassungseinrichtung 8, eine Auswerteschaltung 9 und eine Zeitsteuerung 10 enthält. Die Zeitsteuerschaltung gibt die Erfassung der Stromistwerte durch die Stromerfassungseinrichtung während der Stromerfassungsintervalle frei, wobei die Stromerfassungsintervalle jeweils um aus der vorgegebenen Ausgangsfrequenz ermittelte Zeitabstände auf die vorangegangene Umschaltung folgen.
Für die Bildung der Unsymmetriegröße wird ausgenützt, daß im angestrebten Zustand der Nulldurchgang des Ausgangsstromes I mit einem Umschaltzeitpunkt t+ zusammenfällt und der Kurvenverlauf des Ausgangs stromes (abgesehen von der den Umrichterbetrieb hervorgerufenen Oberwelligkeit) die Symmetrie eigenschaften I (t+- #T) - I (t+ +aT) =O bzw.
I (t++ Tf/4 - a T) + I (t+ + Tf/4 + gr) = O zeigt, wobei Tf die Periode der Ausgangsspannung und T der Zeitabstand zwIschen dem Symmetriepunkt t + bzw.
t + + Tf/4 und zwei symmetrisch dazu liegenden Stromerfassungszeitpunkten ist. Als Unsymmetriegröße kann also die Differenz DF zweier unterschiedlicher Strommeßwerte gebildet werden. Entsprechend wird die Stromerfassungs einrichtung über die Zeitsteuerschaltung zu den dazugehörigen Meßzeiten freigegeben (z.B. über Schalter); die Meßwerte werden gespeichert und noch vor dem jeweils nächsten Umschaltbefehl wird die Differenz DF dieser Meßwerte in die Auswerteschaltung 9 eingegeben.
Man erhält ein integrales Regelverfahren, wenn die Meßwerte bzw. die daraus gebildete Unsymmetriegröße einem Integrator aufgeschaltet werden, der in der Stromerfassungseinrichtung oder der Auswerteschaltung an geordnet sein kann. Werden die Strommeßwerte jeweils mit dem der verwendeten Symmetrleeigenschaft entsprechenden Vorzeichen einem Integrator in der Stromerfassungseinrichtung eingegeben, so kann einerseits als Strommeßwert jeweils der Mittelwert über ein Stromerfassungsintervall gebildet werden, andererseits kann im Integrator gleichzeitig die Speicherung und Differenzbildung vorgenommen werden.
Die Auswerteschaltung 9 bildet den Auslösebefehl Ub an einem Grenzwertmelder, dem im einfachsten Fall die Unsymmetriegröße DF bzw. deren Integral als Bezugsspannung und eine mit der Ausgangswechselspannung U* synchrone Referenzwechselspannung vorgegeben ist. Dadurch werden die Phasenlagen der Auslösebefehle bezüglich der Ausgangswechselspannung entsprechend der Unsymmetriegröße verstellt. Weitere Ausführungen für die Stromerfassungs einrichtung und die Auswerteschaltung sind anhand der Figuren 5 bis 11 erläutert.
Figur 2 zeigt die Verhältnisse für optimale Ansteuerung der Kommandostufe (phasengerechtes Umschalten der Drehstrombrücken). Dem Direktumrichter kann die angestrebte Ausgangs spannung durch eine entsprechende Referenzkurve U* mit der Frequenz f (Kreisfrequenz X oder Periode Tf) vorgegeben werden. Der 6-pulsige Direktumrichter liefert dann, bedingt durch seinen Betrieb, eine entsprechende, mit der 6-fachen Eingangsfrequenz modulierte Ausgangsspannung U (Figur 2a). Entsprechend der Last stellt sich der Ausgangsstrom I ein (Fig. 2b), bei dem die Nulldurchgänge der Grundschwingung Io gegenüber den Nulldurchgängen der Soll spannung skurve U* bzw. der geglätteten Ausgangsspannungskurve um den Lastwinkel * verschoben sind. Figur 2c zeigt den entsprechenden Umschaltbefehl Ub.
Der in Figur 2b gezeigte praktisch symmetrische Kurvenverlauf stellt sich jedoch nur ein, wenn der Umschaltwinkel > (die Zeitpunkte t + bzw. t für die Umschaltung auf Stromführung der Brücken 3 bzw. 4) so gesteuert ist, daß gilt > = *. Weder >* noch Io sind jedoch einer direkten Messung . , zugänglich.
Die Verhältnisse nach Figur 3 ergeben sich, wenn Lastwinkel und Umschaltwinkel nicht übereinstimmen. Die Ausgangsspannung U wird wieder so gesteuert, daß ihr geglätteter Verlauf der eingegebenen Sollkurve U* entspricht.
Der sich einstellende Verlauf des Ausgangs stromes I besitzt eine Grundschwingung Io, deren Nulldurchgang bezüglich dem Nulldurchgang der Spannung U* den Winkel )ç* aufweist. Nach Figur 3 erfolgt die Umschaltung zu den Zeitpunkten t+ und t d.h. mit dem Umschaltwinkel X = * + X. Die entsprechend der Stromflußrichtung für die Grundschwingung Io des Ausgangsstromes gepolte Umrichterbrücke wird zu spät gezündet und bleibt während des Intervalles bt vor jedem Umschaltzeitpunkt tf bzw.
t noch gesperrt. Der Ausgangsstrom, der sich entsprechend dem durch die Spannungsregelung eingestellten Spannungsverlauf ausbildet, verteilt sich daher bei jeder Halbperiode in der in Figur 3b angegebenen Weise auf die verbleibende Stromführungszeit Tf/2 - At. Gegenüber dem sich bei phasenrichtiger Wahl des Umschaltwinkels ergebenden symmetrischen Kurvenverlauf, wie er in Figur 2 gezeigt ist, ergibt sich dabei eine starke Unsymmetrie, die im Hervortreten der dritten Oberschwingung zur Ausgangsfrequenz bemerkbar ist.
Gemäß der Erfindung wird von dieser Unsymmetrie Gebrauch gemacht. Zur Bildung der Unsymmetriegröße wird nicht der gesamte Kurvenverlauf I herangezogen, sondern nur Stromwerte, die innerhalb von Zeitintervallen liegen, die kleiner als die Halbperiode der Ausgangswechselspannung sind. Die Lage der Zeitpunkte für die Stromerfassung wird da-bei entsprechend der angestrebten Symmetrie gewählt.
Figur 4 zeigt Beispiele hierzu. Wie man dieser Figur 4 entnehmen kann, ist - wenn von Verfälschungen durch die Oberschwingungen abgesehen wird - zu den Zeitpunkten ti und t2 der gemessene Strom Ii und I2 beim dargestellten symmetrischen Kurvenverlauf ( # =#*) gleichgroß, falls die Zeitpunkte t1 und t2 jeweils um die gleiche Zeit AT gegenüber dem zeitlichen Mittelpunkt (t+ + t )/2 zwischen zwei Umschaltungen versetzt sind. Ebenso ist der zum Zeitpunkt t3 gemessene Strom I3 entgegengesetzt gleich dem Strom I2, falls die Zeitpunkte t2 und t3 symmetrisch um einen Umschaltpunkt t liegen. Falls jedoch B>k* gewählt ist, ist (Ii 1 I2)> O bzw. (12 + I3) <O. Für X4t kehren sich die Vorzeichen um. Diese Differenz kann daher direkt als ein Maß für die Abweichung des Umschaltwinkels vom Lastwinkel verwendet werden, um den Umschaltwinkel X dem Lastwinkel W* nachzuführen.
Um Verfälschungen durch die Oberschwingungen, insbesondere Oberschwingungen mit der p-fachen Eingangsfrequenz des p-pulsigen Direktumrichters zu vermeiden, wird der Ausgangsstrom I jeweils während symmetrisch um die Zeitpunkte t1, t2 bzw. t3 liegende Zeitintervallen ATo integriert, wobei ATo etwa der Periodendauer der p-fachen Eingangsfrequenz entspricht.
Figur 5a zeigt das Prinzip einer Stromerfassungseinrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, wobei der Symmetriepunkt um eine Viertelperiode gegenüber der letzten Umschaltung versetzt ist. Der am Meßwandler 20 erfaßte Ausgangsstrom wird bei der ersten Stromerfassung ggf. nach Verstärkung mittels eines Verstärkers 21 über einen Schalter 22 direkt und bei der nächsten Stromerfassung mit umgekehrtem Vorzeichen (Umkehrverstärker 24) über einen Schalter 23 auf den Eingang eines Integrators 25 gegeben. Dieser Integrator 25 kann durch entsprechende Rücksetzbefehle |Kurzschlußschalter 26) rückgesetzt werden. Die Schalter 22, 23, 26 sind die meiste Zeit geöffnet. Lediglich während einem symmetrisch um ti liegenden Intervall konstanter Dauer ATo wird der Schalter 22 und in einem symmetrisch um den Zeitpunkt t2 liegenden, gleich langen Intervall der Schalter 23 geschlossen. Das Ausgangssignal Uint des Integrators 25 ist in Figur 5b dargestellt. Bei geschlossenem Schalter 22 (Intervall tl + To/2) steigt Uint auf einen Wert an, der dem Mittelwert Ii des bei geschlossenem Schalter 22 fließenden Stromes entspricht. Entsprechend sinkt Uint bei geschlossenem Schalter 23 (Zeitpunkt t2 + To/2) wieder um einen dem entsprechenden Mittelwert 12 entsprechenden Wert, so daß nach dem Öffnen des Schalters 23 eine Spannung ansteht, die der Differenz DF = I1 - I2 entspricht. Diese Differenz DF steht nun als Unsymmetriegröße während des Intervalles zu T1 am Integratorausgang an und kann in dieser Zeit für das Nachführen des Umschaltwinkels von der Auswerteschaltung aufgenommen und verwertet werden. Anschließend wird der Schalter 26 kurzfristig geschlossen und dadurch der Integrator 25 zurückgesetzt, um bei der nächsten Ausgangsstrom-Halbperiode wieder zur Integration des Ausgangs stromes zur Verfügung zu stehen.
Die Unsymmetriegröße DF verschwindet zwar für X =; *, ist jedoch von der Amplitude Imax des Ausgangsstromes abhängig.
Es ist daher vorteilhaft, die Strommeßwerte mittels Division durch den Imax zu normieren. Hierzu ist ein Dividierer 27 vorgesehen, der dem Integrator vor- oder nachgeschaltet ist.
Wie bereits oben erwähnt wurde, kann anstelle der Zeitpunkte tl und t2 auch zu den Zeitpunkten t2 und t3 eine Stromerfassung stattfinden. In diesem Fall besitzen die Mittelwerte 12 und 13 bereits umgekehrtes Vorzeichen, so daß die Verwendung eines Umkehrverstärkers bei der Schaltung nach Figur 5a entfällt.
Das Verfahren nach. der Erfindung wird anhand von Figur 6 noch näher erläutert. Im linken Teil der Figur 6a ist der Fall dargestellt, daß die Umschaltung der Umrichterbrücken zu Umschaltwinkeln>X* erfolgt. Der Nulldurchgang der Soll-Ausgangsspannung U* liege bei ? = o. Die zu den Zeitintervallen um t1 und t2 gemessenen Strommittelwerte sind durch die entsprechenden Stromzeitflächen I1 und I2 dargestellt. Wie man sieht, ist in diesem Fall DF = I1-I2 >0-.
Entsprechend wird nun der Zeitpunkt t für die nächste Umschaltung nicht nach einer Halbperiode Tf/2 der Ausgangsfrequenz vorgenommen, sondern sie wird proportional zu DF um den Winkel Xvorverlegt, d.h. die Phasendifferenz zwischen X und * wird verkleinert. Für den Fall, daß dadurch bereits der Betriebszustand N,=* erreicht wird, ergibt sich die im rechten Teil dargestellte symmetrische Kurve, für die gilt I'1 = I'2, wobei die Zeitpunkte t'1 und t'2 nunmehr symmetrisch zu einem gegenüber dem letzten Umschaltzeitpunkt t um die halbe Ausgangsperiode Tf verschobenen Bezugszeitpunkt gewählt sind.
Die Verschiebung des Umschaltwinkels kann dadurch geschehen, daß die Stromerfassungs-Ausgangsgröße DF einer Referenzwechselgröße, deren Frequenz der vorgegebenen Ausgangsfrequenz entspricht, aufgeschaltet wird und eine dabei gebildete Spannung einem Grenzwertmelder als Stellglied zugeführt wird. Mit dem Ausgangssignal des Grenzwertmelders kann direkt die Umschaltung der Drehstrombrücken erfolgen. Da DF proportional der Regelabweichung - * ist, kann die Ansteuerung der Umschaltung sowie gleichzeitig auch der Schalter 22, 23, 26 vorteilhaft nach dem Prinzip eines Integralreglers erfolgen. Dies sei mit Figur 6b und einer Analogschaltung nach Figur 7 erläutert.
Aus den Schnittpunkten einer Wechselspannung Ug mit vorgegebenen Bezugsspannungen Uo, U1, U2 werden die Zeit- punkte für die Umschaltung und die Betätigung der Schalter gewonnen werden. Die Wechselspannung kann in einem Generator erzeugt werden, der jeweils mit den Umschaltzeitpunkten angestoßen wird.
Mit 30 ist in Figur 7 die bereits in Figur 5a dargestellte Stromerfassungseinrichtung bezeichnet, deren Schalter 22 und 23 jeweils zu den um die Zeitpunkte t1, t2, t1', t2' liegenden Stromerfassungsintervallen geschlossen werden sollen. Zur Auswertung der Stromerfassungs-Ausgangsgröße DF wird das Ausgangssignal des Integrators 25 für eine vorgegebene Zeit tT1 mittels eines Schalters 31 und ggf. mit einem Spannung-Strom-Verstärker 31' auf den Eingang eines Integrators 32 gegeben. Dieser Integrator 32 wird - im Gegensatz zum Integrator 25 - nicht rückgesetzt und wirkt demnach wie der Regelverstärker eines integrierenden Regelkreises. Sein Ausgang ist einem Grenzwertmelder 33 zugeführt.
Zum Nachstellen des Umschaltwinkels wird am Grenzwertmeldereingang noch die Aufschaltung einer Referenzwechselgröße +i const, nämlich eines alternierenden Gleichstrom konstanten Betrages vorgenommen. Dadurch entsteht eine Dreiecksspannung Ug, deren Nulldurchgänge (durch die DF-Aufschaltung bedingt) mit den Umschaltzeitpunkten t+ und t zusammenfallen. Die Amplitude UTf dieser Dreiecksspannung ist proportional der Periode und umgekehrt proportional der Steuerspannung Uf für die vorgegebene Frequenz. Für die zur Bildung der Dreiecksspannung fuhrende Integration von - i- const kann der Regelintegrator 32 selbst verwendet werden. So kann i const durch alternierendes Schließen über einen Schalter 34 direkt und über einen Schalter 35 mit entgegengesetztem Vorzeichen (Umkehrverstärker 36) zusätzlich zu DF am Eingang des Integrators 32 aufgeschaltet werden. Das alternierende Öffnen und Schließen der Schalter 34 und 35 geschieht, so- bald die Ausgangs spannung des Integrators 32 die vorgegebene Amplitude UTf bzw. -UTf erreicht. Dazu dient ein die Ausgangs spannung des Integrators 32 abgreifender Gleichrichter 37, dessen Ausgang zusammen mit der Spannung UTf einem Grenzwertmelder 38 zugeführt wird. Mittels einer Flipp-Flopp-Schaltung 39 werden die Schalter 34 und 35 alternierend geschlossen, sobald iUgi = UTf ist.
Wird nun, wie in Figur 6 ersichtlich ist, nach Öffnen des Schalters 22, d.h. zum Zeitpunkt t2 + ATo/2, der Schalter 31 für eine vorgegebene Zeit bT1 geschlossen, so bewirkt der vom Stromverstärker 31' gelieferte, zu DF proportionale Strom, daß das vom Regelintegrator 32 gelieferte Ausgangssignal nunmehr gegenüber der anfänglichen Dreieckekurve um ein Zeitintervall tt, das seinerzeit proportional zu DF ist, verschoben wird. Wird dem Grenzwertmelder 33 die Bezugs spannung U = 0 vorgegeben und mit dem Ausgangssignal Ub dieses Grenzwertmelders die Umschaltung der Brücken vorgenommen, so wird dadurch der Umschaltwinkel X um den zu At gehörenden Winkel zu verschoben.
Zur Betätigung der Schalter 22, 23 und 25 der Stromerfassungseinrichtung 30 ist die Zeitsteuerschaltung 4C vorgesehen. Das vom Gleichrichter 37 kommende Signal wird einem Grenzwertmelder 41 zugeführt, der ein Zeitglied 42 anstößt, sobald Ug auf den vorgegebenen Wert U1 angewachsen ist.
Das Zeitglied 42 gibt für die Dauer STo einen Impuls zum Schließen des Schalters 22 und somit zur Bildung des Stromwertes 11. Ferner wird mit dem Ausgang des Gleichrichters 37 ein weiterer Grenzwertmelder 43 beaufschlagt. Sobald die abnehmende Flanke von Ug den vorgegebenen Bezugswert U2 unterschreitet, wird ein Zeitglied 44 angestoßen, das für die gleiche Zeitdauer ATo den Schalter 23 schließt und somit zur Erfassung des Stromwertes I2 dient.
Ferner wird vom Grenzwertmelder 41 ein Zeitglied 45 angestoßen, sobald Ug mit seiner absteigenden Flanke den Grenzwert U1 wieder unterschreitet. Dadurch wird für die Zeit bT1 der Schalter 31 geöffnet. Nach Rückkippen des Zeitgliedes 45 wird vorübergehend auch der Schalter 26 geschlossen und somit der Integrator 25 auf Null zurückgesetzt.
Die in Figur 7 dargestellte Analogschaltung dient als Beispiel zur Veranschaulichung des Verfahrens. Vorteilhaft kann eine entsprechende Schaltung auch digital aufgebaut werden. So kann die Zeiteteuerschaltung 40 z.B.
aus einem Impulsgenerator fester Frequenz und einem rücksetzbaren Zähler bestehen, wobei der Zähler jeweils bei einem der Ausgangsfrequenz entsprechenden Zählerstand rückgesetzt wird. An die Stelle der Schnittpunkte von Ug mit Uo, Ul, U2 kann dabei eine Vorgabe entsprechender Zählersollwerte und eine Abfrage des Zählerstandes treten.
Anhand der weiteren Figuren soll eine vorteilhafte digitalisierte Ausführungsform der Erfindung für den Fall eines Direktumrichters mit dreiphasigem Ausgang beschrieben werden.
Gemäß Figur 8 ist an das Drehstromnetz N ein Direktumrichter mit den drei Phasenausgängen R, S, T angeschlossen, der als Verbraucher eine Asynchronmaschine 50 speist.
Auf jeden Phasenausgang R, S, T des Direktumrichters arbeitet je eine Drehstrombrücke 51 R, 51 S, 51 T und eine dazu antiparallele Drehstrombrücke 52 R, 52 S, 52 T. Mittels dreier jeweils um 1200 gegeneinander versetzter Referenzspannungskurven UR*, US*, Tut+, die einer Regeleinrichtung 53 zugeführt werden, wird jedem Phasenausgang eine entsprechende Ausgangswechselspannung vorgegeben.
Der Regeleinrichtung 53 ist ein Steuersatz 54 zur An- steuerung der Direktumrichterventile nachgeschaltet. Der Steuersatz 54 enthält eine Kommandostufe, die jeweils bei Umkehrung der Stromführungsrichtung in den entsprechenden Phasenausgängen von einer Drehstrombrücke auf die dazu antiparallele Drehstrombrücke umschaltet.
Zur Ansteuerung der Kommando stufe wird der Strom in Ausgang R mittels einer Stromerfassungseinrichtung 55 erfaßt, wie sie im Zusammenhang mit Figur 5 bereits beschrieben wurde. Gegen Ende jeder Stromhalbschwingung steht am Ausgang 56 der Stromerfassungseinrichtung eine Spannung an, die der Differenz zweier zu verschiedenen Zeiten innerhalb der Stromhalbschwingung erfaßten Strommittelwerte entspricht. Zur weiteren Verarbeitung dieser Ausgangsspannung dient eine Auswerteschaltung, die über einen Schalter 57, einen Gleichrichter 58 und einen Verstärker 59 die gleichgerichtete und zweckentsprechend verstärkte Ausgangs spannung der Stromerfassungseinrichtung auf einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer 60 gibt. Wird daher der Schalter 57 vor Jeder Umschaltung für eine festgelegte Dauer geschlossen, so erzeugt der Frequenzumsetzer Spannungsimpulse, deren Anzahl der Differenz der von der Stromerfassungseinrichtung erfaßten Stromistwerte ist. Diese Impulse, deren Anzahl die digitalisierte Unsymmetriegröße für die Verstellung des Umschaltwinkels ist, werden als Zählimpulse auf den Zähleingang eines digitalen Vorwärts-Rückwärts-Zählers 61 gegeben.
Die Zählrichtung dieses Vorwärts-Rückwärts-Zählers wird durch einen entsprechenden Grenzwertmelder 62 vorgegeben, der das Vorzeichen der Stromerfassungs-Ausgangsspannung vor deren Gleichrichtung im Gleichrichter 58 erfaßt. Der Zähler 61 wirkt als integrierender Regelverstärker.
Ferner werden der Auswerteschaltung zwei Referenzspannungen zugeführt, die die gleiche Frequenz f und eine feste Phasenlage zur vorgegebenen Ausgangswechselspannung der Phase R besitzen. Als derartige Referenzwechselspannungen können vorteilhaft die Sollspannung UR* selbst und eine der beiden dazu um 1200 versetzten Sollspannungen US* und UT* verwendet werden. Diese beiden Referenzspannungen werden gewichtet an einem Additionsverstärker 62 addiert und die erhaltene Spannung Ug wird einem Grenzwertmelder 63 zugeführt, der die Umschaltbefehle Ub für die Kommando stufe 54 liefert. Die Ansteuerung des Schalters 57 sowie die Festlegung der Zeitintervalle, zu denen die Stromerfassungseinrichtung 55 die Mittelwerte des in Phasenausgang R fließenden Stromes erfaßt, erfolgt durch eine Zeitsteuerschaltung 64. Die zeitliche Aufeinanderfolge der Schaltvorgänge ist im Zusammennang mit Figur 6 bereits erläutert worden.
Die Zusammensetzung der Grenzwertmelder-Eingangsspannung Ug aus DF und den Referenz spannungen UR* und US* erfolgt dadurch, daß entsprechend dem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 61 die Gewichte für die gewichtete Addition von UR* und US* verändert werden. Hierzu werden zunächst für den vorgesehenen Arbeitsbereich der Vorrichtung die möglichen Winkellagen zwischen der vorgegebenen Phasenspannung UR* und dem sich bei freier Einstellung ergebenden Ausgangsstrom IR* in der Phase R in einzelne diskrete Winkelbereiche aufgeteilt, denen jeweils ein Lastwinkelsollwert zugeordnet wird. In Figur 9 sind die Osanna-Kreise für eine Asynchronmaschine für Nenndrehzahl und für 0,1 x Nenndrehzahl gezeigt. In diesem Frequenzbereich ergibt sich der kleinste Lastwinkel h t für 0,1 x Wenn, der größte Lastwinkel ?L * für Nenndrehzahl.
XVI Diesem vorgesehenen Arbeitsbereich der Asynchronmaschine sind 16 diskrete, äquidistante Lastwinkel zugeordnet. Jedem Lastwinkel entspricht eine Sollwertkurve für den auf den Effektivwert des Stromes bezogenen Ausgangsstrom. Bei optimalem Betrieb muß die Umschaltung der Drehstrombrükken jeweils mit dem Nulldurchgang der zum tatsächlichen Lastzustand gehörenden Sollwertkurve erfolgen.
Die Sollwertkurven selbst können aus den Referenzspannungen UR* und US* zusammengesetzt werden, wie in Figur 10 gezeigt ist. Jede Winkellage I, II, III, ... des Stromes kann dadurch erzeugt werden, daß zur Spannung UR* ein über eine Potentiometerschaltung abgegriffener Bruchteil USI, US11, ... der anderen Referenzspannung US* addiert wird. Gemäß Figur 8 kann die Addition dadurch erfolgen, daß die Spannung US* über entsprechende Widerstände 65, die durch Schalter 66 einschaltbar sind, auf den Eingang des Additionsverstärkers 62 aufgeschaltet wird. Die verschiedenen Schalterstellungen werden dadurch entsprechende Zählerstände angesteuert. Zu einer gegebenen Stellung der Schalter bildet der Additionsverstärker 62 die Wechselspannung Ug, deren Nulldurchgänge vom Grenzwertmelder 63 erfaßt werden und die Umschaltung der Drehstrombrücken steuern. Ermittelt nun die Stromerfassungseinrichtung eine Differenz zwischen dem auf diese Weise vorgegebenen Umschaltwinkel und dem Phasenwinkel, so wird der Zählerstand entsprechend dieser Differenz verstellt, die Schalter entsprechend umgelegt und somit auf eine neue Wechselspannung übergegangen, deren Nulldurchgänge verschoben sind. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis Lastwinkel und Umschaltwinkel übereinstimmen.
Figur 11 veranschaulicht dieses Verfahren. In Figur lla ist dargestellt, wie bei konstant vorgegebener Ausgangswechselspannung UR* ein Lastwechsel von einem stationären Betrieb auf-einen anderen stationären Betrieb vorgenommen wird. Im Diagramm B, links oben ist der stationäre Anfangszustand angegeben, bei dem der Phasenstrom IR den Lastwinkel \1* mit der Ausgangsspannung UR der Phase R einschließt. Mit dem Pfeil 70 ist der Zeitpunkt bezeichnet, bei dem der Lastwechsel stattfindet. Für den sta- tionären Endzustand, der durch das Diagramm B2 angedeutet ist, wird ein Phasenstrom größerer Amplitude und mit kleinerem Lastwinkel 2* angestrebt. Die Grundschwingung der sich jeweils im stationären Zustand frei einstellenden Ausgangsströme der Phase R ist in Figur 7la durch die Kurven IR* dargestellt. Daraus ist ersichtlich, wie sich der Lastwinkel bei dem durch den Pfeil 70 angedeuteten Lastwechsel um den Verschiebungswinkel >* ändert.
Der Umschaltwinkel muß dieser Verschiebung dazu nachgeführt werden. In Figur lib sind die Sollkurven für die Stromgrundschwingung für verschiedene der in Figur 9 gezeigten diskreten Phasenlagen dargestellt. Der stationäre Zustand 31 entspricht dabei der Kurve I bzw. in Figur 8 dem Zustand, in dem alle Schalter 66 geöffnet sind.
Der Grenzwertmelder spricht auf die Nulldurchgänge der Kurve I an und gibt den in Figur llc für die erste Halbschwingung der Sollkurve I gezeigten Befehl für die Stromführung der Drehstrombrücke 52 R. Dieser Befehl hält für eine Halbperiode der Ausgangsfrequenz an. In Figur l-ld sind mit den schraffierten Flächen die Stromzeitflächen dargestellt, die von der Stromerfassungseinrichtung zu symmetrisch um den zeitlichen Mittelpunkt der Befehlsdauer liegenden Intervallen erfaßt werden. Figur 17e gibt das Ausgangssignal Uint des in der Stromerfassungseinrichtung 55 enthaltenen Integrators wieder. Uint steigt dabei während des auf den Umschaltzeitpunkt t folgenden, ersten Stromerfassungsintervalles auf einen der ersten dargestellten Stromzeitfläche proportionalen Wert an. Da für den Betriebszustand B1 der Lastwinkel gleich dem Verschiebungswinkel ist und somit eine symmetrische Stromkurve vorliegt, sinkt Uint im zweiten Stromerfassungsintervall wieder auf Null ab. Daher erfolgt für die nächste Umschaltung t+ keine Veränderung des Verschiebungswinkels.
Aufgrund der Verschiebung des Lastwinkels * um den Betrag \* liegt aber jetzt eine unsymmetrische Stromkurve vor. Von der Stromerfassungseinrichtung 55 werden nunmehr zu den beiden Stromerfassungslntervallen, die symmetrisch um einen um eine Viertelperiode gegenüber der letzten Umschaltung verschobenen Zeitpunkt (t++Tf/4) liegen, unterschiedliche Stromzeitflächen erfaßt, deren Differenz DF1 proportional der Differenz der beiden erfaßten Stromwerte ist. Dieser Spannungswert wird für die Schließdauer des Schalters 57 dem Spannungsfrequenzumsetzer 60 zugeführt, der eine Anzahl von Zählimpulsen erzeugt, die proportional der in Figur 17e dargestellten schraffierten Fläche ist.
Folglich ändert sich der Zählerstand des Zählers 61 und die Stellung der Schalter 66 wird verändert. Dies bewirkt, daß die Ausgangs spannung Ug des Additionsverstärkers 62 nunmehr von der Kurve I in die Kurve III übergeht, deren Nulldurchgang um den Winkel zwei gegenüber dem Nulldurchgang der Kurve I verschoben ist. Folglich erfolgt auch die erneute Umschaltung t auf die Drehstrombrücke 52 R nicht mehr eine Halbperiode Tf/2 nach der Umschaltung t+, sondern um den Winkel zwei früher. Der Bezugszeitpunkt, zu dem die Zeiterfassungsintervalle für die nächste Stromhalbschwingung symmetrisch liegen, ist um eine Viertelperiode der Ausgangsfrequenz gegenüber diesem neuen Umschaltzeitpunkt verschoben. Der Vorgang wiederholt sich, wobei nunmehr während der Schließzeit des Schalters 57 vom Frequenzumsetzer 60 eine der Differenz DF2 bzw. der dazugehörigen schraffierten Fläche proportionale Anzahl von Zählimpulsen erzeugt wird. Dadurch erfolgt eine erneute Veränderung der Schalter 66 und die Spannung Ug geht von der Kurve III in die Kurve IV über. Dies entspricht einer- Verschiebung des Nulldurchgangs um Demnach wird der Umschaltbefehl für die Drehstrombrücken erneut um einen Betrag dX2 verändert. Der Vorgang wiederholt sich, so daß nach der nächsten Stromhalbschwingung auf die Kurve IV übergegangen wird, mit der nunmehr der neue stationäre Zustand erreicht ist.
Demgemäß kann dem Direktumrichter die Ausgangswechselspan- nung vorgegeben werden und die Umschaltung der antiparallelen Drehstrombrücken erfolgt letzten Endes mit den Nulldurchgängen einer sich frei einstellenden Stromsollkurve. Glättungsglieder, die den Stromverlauf über mehrere Halb schwingungen erfassen und eine Verschlechterung der Dynamik mit sich bringen, sind dabei nicht erforderlich.
Mit der in Figur 8 gezeigten Vorrichtung wird die Umschaltung zwischen den auf den Ausgang R arbeitenden Drehstrombrücken vorgenommen. Bei symmetrischer Last genügt es, die auf die beiden anderen Phasenausgänge arbeitenden Drehstrombrücken jeweils um 120° zeitlich versetzt anzusteuern. Bei unsymmetrischer Last kann auf gleiche Weise für jede Phase eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen sein.
15 Patentansprüche 11 Figuren

Claims

Patentansprüche 9 Verfahren zum Ansteuern der Umschaltung von antipahelen Drehstrombrücken (3, 4) eines Direktumrichters, dem eine Ausgangswechselspannung (U) durch Steuerung oder Regelung vorgegeben wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Zeitpunkt (Umschaltwinkel #) für das Umschalten der Drehstrombrücken - bezogen auf die Phasenlage der Ausgangswechselspannung (U) -der Phasenverschiebung (Lastwinkel *) zu schein den Nulldurchgängen der Ausgangswechselspannung undden tiulldurchgängen der Ausgangsstrom-Grundschwingung nachgeführt wird, indem - die mit wachsender Differenz ( #*-# ) zwischen Lastwinkel und Umschaltwinkel wachsende Unsymmetrie des zeitlichen Verlaufs des Ausgangsstromes (I) - bezogen auf einen Umschaltzeitpunkt (t+, t ) oder einen eine Viertelperiode (Tf/4) späteren Symmetriepunkt - erfaßt wird, - zur Erfassung dieser Unsymmetrie wenigstens der durch einen Umrichterausgang fließende Strom (I) erfaßt und aus den erfaßten Stromistwerten (1i, 12) eine mit minimal werdender Unsymmetrie sich entsprechend ändernde elektrische Größe (Unsymmetriegröße DF = Ii I2) gebildet wird, und - der Umschaltwinkel (#) in Abhängigkeit von der Unsymmetriegröße verändert wird, bis die Unsymmetriegröße minimal ist (Figur 6).
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e ç , daß die erfaßten Stromistwerte (I1, I2) durch den Effektivwert (Ieff) des Ausgangsstromes dividiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stromistwerte durch Integration des Ausgangsstromes (I) während Stromerfassungsintervallen (t'1 f Au/2; t2 f Au/2) gebildet werden, die kleiner als die Halbperiode (Tf/2) der Ausgangswechselspannung (U) sind und daß die zeitliche Lage ( tl , t2) für die Stromerfassungsintervalle aus dem vorangegangenen Umschaltzeitpunkt (t+) und der Periode (Tf) der Ausgangswechselspannung bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Integrationsintervalle symmetrisch zum Symmetriepunkt (t+ + TF/4) liegen (Fig. 5b)
5. Verfahren nach einer der Ansprüche 3 oder 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Länge ( ATo) der Stromerfassungsintervalle so gewählt ist, daß Stromoberschwingungen der p-fachen Umrichter-Eingangsfrequenz (p = Pulszahl der Drehstrombrücken) weitgehend ausgemittelt sind, und daß als Stromistwert der Mittelwert des innerhalb dieses Zeitintervalls gemessenen Stromes erfaßt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Nachführen des Umschaltwinkels für die auf einen Ausgang des Umrichters arbeitenden Drehstrombrücken der Istirert des durch diesen Ausgang fließenden Stromes in zwei symmetrischen Zeitintervallen erfaßt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u-r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der Unsymmetriegröße (DF) und einer Referenzwechselgröße (+ i const), deren Frequenz der Ausgangsspannung entspricht, die Eingangsgröße eines Grenzwertmelders (33) gebildet und die Umschaltung der Drehstrombrücken von den Ausgangssignal des Grenzwertmelders ausgelöst wird (Fig.7).
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung der Grenzwertmelder-Eingangsgröße die Referenzwechsel&röße (UR*, Figur 8) und eine phasenverschobene weitere Referenzgröße (US*) der gleichen Frequenz gewichtet addiert wird und die Gewichte der Addition entsprechend der Unsymmetriegröße verändert werden.
9. Vorrichtung zum Ansteuern der Umschalteinrichtung (6) für die Zündsteuerung der antiparallelen Drehstrombrükken (3, 4) eines Direktumrichters, dem eine Ausgangswechselspannung (U) durch Steuerung oder Regelung vorgegeben wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, g e -kennzeichnet durch - eine Stromerfassungseinrichtung (8), die während eingebbarer Stromerfassungsintervallen zur Erfassung der Istwerte des Umrichterausgangsstromes (I) freigebbar ist und eine Schaltung (20 bis 26) enthält, die aus den erfaßten Stromistwerten eine der Unsymmetrie des zeitlichen Verlaufs des Ausgangsstromes entsprechende elektrische Größe (Unsymmetriegröße DF) ermittelt, - eine Zeitsteuerschaltung (50), die die Dauer von Stromerfassungsintervallen festlegt und aus der vorgegebenen Ausgangsfrequenz die Zeitabstände vorgibt, mit denen die Intervalle auf die vorangegangene Umschaltung folgen, und die ferner die Stromerfassungseinrichtung (3) während der Stromerfassungsintervalle zur Erfassung der Stromistwerte freigibt, - und eine Auswerteschaltung ( 9), die einen Auslösebefehl für die Umschalteinrichtung bildet, wobei die Phasenlage des Auslösebefehls bezüglich der Ausgangswechselspannung entsprechend der Unsymmetriegröße veränderlich ist (Figur 1).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Stromerfassungseinrichtung (30) und/oder die Auswerteschaltung ( 9) einen Integrator (25) für die Stromistwerte enthält (Fig. 5a).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein Frequenzumsetzer (60) für die Erzeugung einer der Unsymmetriegröße (DF) proportionalen Anzahl von Zählimpulsen und ein dem Frequenzumsetzer nachgeschalteter digitaler Vorwärts-Rückwärts-Zähler (61) als Integrator vorgesehen ist (Fig. 8).
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, g e k e n n -z e i c h n e t durch einen am Divisoreingang mit der Amplitude Imax des Ausgangs stromes beaufschlagten Dividierer zur Bildung von JI/Imax dt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stromerfassungseinrichtung zu zwei symmetrisch um einen Umschaltzeitpunlft oder um eine Viertelperiode späteren Zeitpunkt liegenden Stromerfassungsintervallen freigegeben ist und Mittel enthält,um die Beträge der in den beiden Intervallen erfaßten Stromistwerte mit alternierendem Vorzeichen zu integrieren.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auslösebefehle am Ausgang eines Grenzwertmelders (63) abgegriffen sind, dessen Eingangsspannung (Ug) mittels der Unsymmetriegröße (DF).aus einer Referenzwechselgröße (UR*), deren Frequenz von der vorgegebenen Ausgangsfrequenz bestimmt ist, abgeleitet ist (Figur 8).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Auswerteschaltung zwei gegeneinander versetzte, phasenfest gegenüber der Ausgangswechselspannung vorgegebene Referenzwechselspannung (UR*, US*) vorgegeben sind, daß zumindest eine der beiden Referenzwechselspannungen auf einen Verstärker (62) aufgeschaltet ist, dessen Eingangsverstärkung entsprechend der Unsymmetriegröße veränderlich (65, 66) ist, und daß eine Verknüpfungsstelle für die Referenzwechselspannungen vor dem Eingang des Grenzwertmelders (63) vorgesehen ist.