DE3048684C2 - - Google Patents
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern
gegenparalleler Stromrichter, bestehend aus zwei Thyristorbrücken,
die eine Gleichstrommaschine speisen.
Sie betrifft außerdem ein Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art zeigt die unten erörterte
BBC Druckschrift "D GHS 40694 D, VERITRON-Umkehrstromrichter,
Typenreihe CAD . . ." 1974/1975.
In fortschreitendem Maße werden in der Technik anstelle
rotierender Gleichrichter und Stromwandler statische
Komponenten eingesetzt, die insbesondere mit Hilfe
von Thyristoren aufgebaut sind. Diese neue Schaltungstechnologie
besitzt einige Nachteile, an deren Beseitigung
gearbeitet wird. Zu diesen Nachteilen gehört
die Pausenperiode, während der das gesamte System sich
im Nullstromzustand befindet. Diese Pausenperiode
tritt auf, wenn der Laststrom aus dem positiven in
den negativen Bereich oder umgekehrt übergeht. Dabei
wird von einer Thyristorbrücke auf die andere geschaltet.
Während dieser Pause ist das System unkontrolliert (nicht angesteuert).
Bei einer Anwendung etwa in Fahrstuhlantrieben führt
die Pause zu nichttolerierbaren Vibrationen. Ebenfalls
bei Fahrstühlen kommt es darüber hinaus zu schlechten
Starteigenschaften, was von den Benutzern als unangenehme
Stöße oder Sprünge empfunden wird. Dies ist
natürlich in hohem Maße unerwünscht und störend, insbesondere
da beispielsweise Fahrstuhlantriebe mit
Gleichstrom verhältnismäßig kostspielig sind und deshalb
hohen Anforderungen unterliegen.
Die Grundlagen für diese Probleme sind beispielsweise
von B. R. Pelly in dem Buch "Thyristor Phase-Controlled
Converters and Cycloconverters. Operation, Control
and Performance" (1971, John Weller & Sons), insbesondere auf den Seiten 114-126
angegeben. Dabei wird ein System ohne Kreisstrom diskutiert,
worauf sich auch die vorliegende Erfindung
bezieht.
Die US-PS 37 13 012 zeigt ein Verfahren zum Ansteuern
gegenparalleler Stromrichter, bestehend aus zwei Thyristorbrücken,
die eine Gleichstrommaschine speisen.
Es wird dabei vorgeschlagen, die Pausenperiode
mit Hilfe einer Schaltung zu verkürzen, die den Steuerwinkel
der Thyristoren auf eine vorbestimmte untere
Grenze reduziert, dann die in diesem Zustand befindliche
Thyristorbrücke schaltet, das Fehlersignal so beeinflußt,
daß dieses zu einer raschen Zunahme des Steuerwinkels
weg von der vorbestimmten unteren Grenze führt und
die Einflußnahme beendet, wenn die nun den Betrieb
aufnehmende Thyristorbrücke zur Stromlieferung bereit
ist. Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt im Bereich
des Verstärkerteils für das Fehlersignal. Dessen Arbeitsweise
läßt sich niemals vollständig verzögerungsfrei
ausbilden, so daß nach wie vor eine unerwünschte Pause
im Nullstromzustand verbleibt, die nicht eliminiert
werden kann.
Auch die nachveröffentlichte DE 28 27 358 C2 beschreibt
eine Regeleinrichtung für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter.
Eine Umkehrlogikschaltung arbeitet dabei
mit Richtungsspeicher und mehreren stabilen Schaltzuständen.
Generell besteht das Ziel im Stand der Technik darin,
die während der Umkehrphase, also beim Nulldurchgang
des Laststromes, entstehende Pause möglichst klein
zu halten. Die Länge dieser Pause beträgt dennoch
einige wenige Hauptzyklen, wobei der
Hauptzyklus in einem System bei 50 Hz etwa 3,3 ms
beträgt. So auch bei der eingangs genannten BBC-Druckschrift.
Dort wird ebenfalls eine vorzeichenlose Strommessung eingesetzt und beide (gegenparallele)
Thyristorbrücken von nur einer Analogspannung angesteuert. Zur Beschleunigung des
Umsteuer-Vorganges und zur Verkürzung der stromlosen Pause wird eine EMK-proportionale
Vorsteuerung (hinter dem Stromregler) eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen,
die ein Auftreten der stromlosen Pause weitmöglichst
verhindern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einer Vorrichtung wird diese Aufgabe gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 3 gelöst.
Während in dem unkritischen Bereich, in dem der Laststrom
nicht nahe Null ist, jeweils eine der beiden Thyristorbrücken
allein arbeitet, wird in dem Bereich nahe
Null eine oszillierende Arbeitsweise gewählt.
Ein Vorteil besteht darin, daß eine Übergangsphase
pausenlos ist. Unmittelbar im ersten möglichen
Moment leitet die zweite Thyristorbrücke, das bedeutet
3,3 ms nach dem vorangehenden Strompuls mit anderem Vorzeichen. Damit
treten die oben erwähnten Nachteile (unkontrolliertes Arbeiten,
schlechte Starteigenschaften) nicht auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Verfahrens-Erfindung besteht
darin, daß die die Thyristorbrücken steuernde Analogspannung
zwei Minimalwerte entgegengesetzten Vorzeichens
aufweist, die nur unterschritten werden, wenn der
Laststrom zu Null wird (Anspruch 2).
Ein Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß das
Risiko eines Kurzschlußverhaltens eliminiert wird.
Dieses Risiko tritt sonst im System in dem Moment
auf, in dem die Thyristorbrücken geschaltet werden,
da der Strom in die Schaltung eintritt. Durch die Minimalwert-Grenzen
werden die Thyristorbrücken stattdessen genau
in dem Moment geschaltet, in dem der Strompuls endet
und keine Gefahr mehr besteht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Anspruch 3) zeichnet
sich dadurch aus, daß eine Speichereinrichtung vorgesehen
ist, der ein das Vorhandensein von Strom anzeigender
Stromanzeigewert VI und das Ausgangssignal des Verstäärkers
zugeführt wird, und dessen Ausgangssignal
einem Komparator als Oszillationsschalter zugeführt wird,
der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal und dem Stromsollwert
den Verstärker oszillierend/nicht oszillierend
steuert. Diese Steuerung erfolgt durch drei Signale a, b und c.
Als Eingangssignale werden dem Verstärker also
ein Signal c von der Begrenzungsschaltung,
ein Signal b,
das von einem Steuerverstärker kommt, in dem Stromist-
und Stromsollwert subtrahiert werden, sowie
drittens ein Signal a zugeführt, das einem Komparatorausgang entnommen
wird. Dieses Komparatorausgangssignal
wird ermittelt aus dem Stromsollwert V₀ und dem Ausgangssignal
e der Speichereinrichtung. Ihr Verhalten
wird von dem Stromanzeigewert
und dem Ausgangssignal des Verstärkerschaltkreises - wie erwähnt -
bestimmt. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin,
daß eine verzögerungsfreie Schaltung der Thyristoren
erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
und der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Form wesentliche Elemente
des Leistungsteils des statischen Wandlers,
Fig. 2 die charakteristischen Kurven des Steuersatzes
aus Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Stromsteuer- und
-regeleinrichtung aus Fig. 1,
Fig. 4 eine detailliertere Darstellung der Fig. 3,
Fig. 5 die Spannungssignale an verschiedenen Punkten
der betrachteten Schaltung bei einem vorgegebenen
Arbeitszustand,
Fig. 6 das Stromsignal der Vorrichtung gemäß der US-PS
37 13 012 in Abhängigkeit von der Zeit und
Fig. 7 das Stromsignal der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Abhängigkeit von der Zeit.
Fig. 1 zeigt wesentliche Elemente des Leistungsteils
des Stromrichters.
Dem Leistungsteil sind eine Stromsteuer- und -regeleinrichtung
26 sowie eine Zündeinrichtung bzw. ein
Steuersatz 27 zugeordnet. Der Leistungsteil weist
zwei Thyristorbrücken 13 und 14 auf. Zur ersten Thyristorbrücke
13 gehören Thyristoren 1 bis 6, zur zweiten
Thyristorbrücke 14 Thyristoren 7 bis 12. Der Leistungsteil
weist ferner eine Stromerfassung mit
Stromwandlern 17 bis 19, Dioden
20 bis 22 und einem Wiederstand 24 auf. Der Stromistwert
der Stromerfassung wird durch einen Anschluß
23 erhalten, während ein weiterer Anschluß 25 geerdet
ist. Außerdem besitzt der Leistungsteil einen Gleichstrommotor
15 mit einer Erregerwicklung 16. Die Stromsteuer-
und -regeleinrichtung 26 sowie der Steuersatz
27 werden in Fig. 1 lediglich als Blockschaltbilder
dargestellt, um die Figur übersichtlicher zu halten.
Fig. 2 zeigt charakteristische Kurven des Steuersatzes
27. Generell arbeitet die Thyristorbrücke 13 bei positiven,
die Thyristorbrücke 14 bei negativen Spannungen.
Der Steuersatz arbeitet winkellinear, so daß einer
Eingangsspannung von 0 Volt ein Steuerwinkel von 0°
und eine Eingangsspannung von +10 Volt einem Steuerwinkel
von 180° der Thyristorbrücke 13 entspricht.
Analog dazu entsprechen 0 Volt einem Steuerwinkel
von 0° und -10 Volt einem Steuerwinkel von 180° der
Thyristorbrücke 14.
Die X-Achse der Fig. 2 repräsentiert die Eingangsspannung
und entspricht dem Signal "L" gemäß Fig. 1. Dieses
Signal ist zugleich die normale Ausgangsspannung der
Stromsteuer- und -regeleinrichtung 26, die innerhalb
von +10 Volt und -10 Volt variieren kann.
Die Y-Achse gibt die Ausgangsspannung der Thyristorbrücken
13 und 14 wieder, welche gemäß Fig. 1 den
Anschlüssen des Motors 15 zugeführt wird.
Die Kurve 28 zeigt die Spannung der Thyristorbrücke
13 und analog die Kurve 29 die der Thyristorbrücke 14.
Diese beiden Kurven werden - wie noch erläutert wird -
aus einer gestrichelten Kurve 30 erhalten, die die
Ausgangsspannung eines Stromreglers SV (vgl. Fig. 4)
darstellt.
Die Spannung 34 ist die größte mögliche positive Spannung,
die durch die Thyristorbrücken geliefert wird.
Die Spannung 35 ist die äquivalente negative Spannung
von größtem Wert. Eingangsspannung 31 ist die niedrigstmögliche
Steuerspannung, bei der die Thyristorbrücke
13 im Leitfähigkeitszustand noch ohne Schwierigkeiten
arbeitet. Diese Eingangsspannung 31 wird hier auch
als positive Minimumgrenze bezeichnet; sie entspricht
üblicherweise bei Thyristoren einem Steuerwinkel von
30°. Die Eingangsspannung 32 ist die äquivalente niedrigstmögliche
Spannung bzw. deren absoluter Wert
für die Thyristorbrücke 14. Dieser Wert der Eingangsspannung
wird auch als negative Minimumgrenze bezeichnet
und liegt üblicherweise bei 5% des Nominalwertes,
in diesem Falle (bei ±10 Volt Nom) bei ±0,5 Volt.
Fig. 3 zeigt in allgemeiner Form das in Fig. 4 detaillierter
dargestellte Schaltbild der Stromsteuer- und -regeleinrichtung
26.
Die oszillierende Arbeitsweise ist dann aktiv, wenn
ein Stromsollwert V₀ kleiner ist als das Ausgangssignal
eines Speichers M. Die oszillierende Arbeitsweise
ist nur dann gegeben, wenn der Stromsollwert V₀ sich
nahe bei Null befindet (im Beispiel unter 5% des Nominalwertes).
Der Stromsollwert wird durch eine Spannung
gegeben, die von +10 Volt bis -10 Volt geregelt wird.
Dann ist die oszillierende Arbeitsweise aktiv, wenn
V₀ zwischen +0,5 Volt und -0,5 Volt liegt.
Das Oszillieren geschieht folgendermaßen: Angenommen,
anfangs sei die Ausgangsspannung eines Verstärkers
YV negativ und es fließe kein Strom. Dann
ist ein Schaltkreis KY3 in seinem nichtleitenden Zustand
und der Speicher M behält seinen früheren Zustand.
Da das Ausgangssignal des Verstärkers
YV negativ ist, ist der Ausgang eines Komparators
K1 positiv. Demzufolge ist auch der Ausgang des Speichers
M positiv. Die Spannnung d wartet zu dieser Zeit ab,
da kein Strom fließt. Tritt ein Stromimpuls 42 auf,
wird der Schaltkreis KY3 geschlossen, und da d
negativ ist, wird auch der Speicher M negativ angesteuert,
und der Ausgang von M geht auf einen negativen
Wert. Ebenso geht auch der Ausgang von K1 auf einen
negativen Wert. Dies geschieht, wenn der Absolutwert von V₀
klein genug ist. Falls der Absolutwert von V₀ größer
ist als der Ausgangswert von M, bestimmt V₀ allein
den Zustand von K1. Der negative Wert von K1 versucht,
die Spannung d auf einen positiven Wert zu bringen.
Dies geschieht jedoch nicht, da bei positivem Strom
die negative Minimumgrenze von K2 aktiv wird, ausgewählt
durch einen Schaltkreis KY2 und zugelassen durch
KY1. So geht d auf einen negativen Minimumwert
32. Nach Nullwerden des Stromes öffnet KY1, d geht auf einen positiven
Wert, so daß ein negativer Stromimpuls
von der anderen Thyristorbrücke kommt. Der Speicher
M ändert dennoch seinen Zustand nicht, da KY3
nach Stromnullwerden geöffnet ist. Nun ist die Steuer- und Regeleinrichtung in
einem Zustand, daß beim nächsten Schritt der vorbeschriebene
Prozeß aus der anderen Richtung geschieht,
d. h. daß die Ausgangsspannung des Verstärkerschaltkreises
YV positiv ist und kein Strom fließt. So setzt
sich die Oszillation fort, und die Thyristorbrücken
öffnen abwechselnd.
Die Einzelheiten sind in Fig. 4 besser zu erkennen.
Der Stromsteuer- und -Regeleinrichtung
werden ein Stromsollwert V₀ und ein Stromistwert
V zugeführt. Der Stromistwert V wird aus dem von der
Stromerfassung übermittelten Wert abgeleitet.
Aus Fig. 1 geht bereits hervor, daß der Strom mittels
der Dioden 20 bis 22 so geformt wird, daß der deren
Stromistwerten proportionale Spannungswert an dem
Widerstand 24 anliegt.
Wie auch im Stand der Technik wird der Dreiphasenwechselstrom
an den Punkten R, S und T der Fig. 1 in Eingängen
der Thyristorbrücken 13 (mit den Thyristoren 1 bis
6) und 14 (mit den Thyristoren 7 bis 12) zugeführt.
Die Stromwandler 17 bis 19 sind jeweils mit einer
Phase verbunden. Der Ausgang der Stromwandler 17 bis
19 wird über die Dioden 20 bis 22 und den Widerstand
24 geführt.
Durch die Dioden wird stets eine Spannung gleichen
Vorzeichens geliefert, der Stromistwert V wäre daher
stets positiv. Er wird jedoch durch einen Polaritätswender
(der nicht dargestellt ist) umgeformt, der
diese stets gleiche Spannung in eine positive oder
negative Spannung in Abhängigkeit von der gerade ausgewählten
Thyristorbrücke 13 bzw. 14 umwandelt.
Dieser so umgewandelte Stromistwert, dessen Vorzeichen
von der gerade arbeitenden Thyristorbrücke abhängt,
wird einem Stromregler SV in der Stromsteuer- und
-regeleinrichtung 26 zugeführt. Kern des Stromreglers
SV ist ein Operationsverstärker OP1.
Aus dem Stromistwert V wird noch ein Stromanzeigewert
VI gebildet angibt, ob der Stromistwert
V gleich Null ist oder nicht. Die Formung dieses Stromanzeigewertes
VI ist hier nicht dargestellt.
Die Ausgangsspannung des Stromreglers SV, also die
Kurve 30 aus der Fig. 2 bzw. die an Punkt b anliegende
Spannung kann nur um +5 oder -5 Volt verschoben werden.
Dies wird möglich mit Hilfe eines Niveauoffset-Verstärkers
OP2, der in dem Verstärker YV vorgesehen
ist.
Durch diese Verschiebung ergibt sich aus der Kurve
30 entweder die Kurve 28 oder die Kurve 29 in Fig. 2.
Welche Niveauversetzung vorgenommen wird, wird gesteuert
durch den Arbeitsverstärker OP3 (weiter unten näher
beschrieben). Beim Betrieb bedeutet eine Änderung
der Verschiebung exakt einen 10-Volt-Spannungssprung,
beispielsweise eine Versetzung von Punkt A der Kurve
28 in Fig. 2 zu Punkt B der Kurve 29. Dieser Sprung
von A nach B tritt auf, wenn die Drehzahl
des Motors 15 gerade durch die Spannung 33 repräsentiert
wird. Wenn diese Drehzahl dagegen Null
ist, erfolgt der korrespondierende Sprung von Punkt
C zu Punkt D. Es hängt von der jeweiligen Drehzahl
ab, auf welchem Niveau der Sprung stattfindet.
Der Niveausprung selbst mit Hilfe des Verstärkers
OP2 wird in allgemein bekannter Weise verwirklicht,
und zwar durch Verwendung von Arbeitsverstärkern.
Gesteuert wird die Versetzung durch den Verstärker
OP3 (s. unten).
Die Ausgangsspannung des Verstärkers OP2, also das
Signal d, wird nun einer weiteren Schaltung KY2 zugeführt,
die zwei Brückenauswahlverstärker OP5 und
OP6 aufweist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers
OP2, also das Signal d, wird nun einer weiteren
Schaltung KY2 zugeführt, die zwei Brückenauswahlverstärker
OP5 und OP6 aufweist. Ist die Ausgangsspannung
des Verstärkers OP2, also das Signal d, positiv, so
liefert der Verstärker OP5 eine negative Ausgangsspannung,
der Verstärker OP6 wiederum eine positive.
Beide Verstärker OP5 und OP6 sind Komparatoren,
sie arbeiten stets bis zu ihrem Sättigungswert um
±12 Volt. Sie folgen daher stets der Ausgangsspannung
des Verstärkers OP2. Ihre Ausgangsspannungen werden
für die Schaltung zweier Spannungsbegrenzer
K2, K3 verwendet.
Die Spannungsbegrenzer K2, K3 besitzen
jeweils einen Operationsverstärker OP7 bzw. OP8.
Durch sie werden die obengenannten Minimumgrenzen
der Steuerspannung für den Steuersatz 27 festgelegt.
Die Größe wird dabei durch Widerstände R18, R19, R20
und R21 bestimmt. Diese Minimumspannungsgrenzen entsprechen
dem 30°-Steuerwinkel der Thyristorbrücken.
Sie haben dabei zwei Funktionen. Zum einen sorgen
sie für eine ordnungsgemäße Arbeitsweise der Thyristorbrücken.
Auf der anderen Seite werden sie eingesetzt,
um eine Schaltung der Thyristorbrücken 13, 14 zu verhindern
solange Strom fließt und es zu Kurzschlußschaltungen
kommen könnte. Im Vorgriff auf die Beschreibung
von Fig. 5 sei darauf hingewiesen, daß dort die Minimumspannungsgrenzen
mit den Bezugszeichen 31 und 32
versehen sind.
Der Schaltkreis KY2 weist außerdem zwei Feldeffekttransistoren
F2 und F3 auf, die auswählen, welche
der beiden Minimumgrenzen gelten soll. Dies hängt
von den Ausgangssignalen der Operationsverstärker
OP5 und OP6, abhängig davon, welche der beiden
Thyristorbrücken 13 bzw. 14 eingeschaltet worden ist.
Ist beispielsweise die Ausgangsspannung des Verstärkers
OP5 positiv, also d negativ, so liegt das Gitter
des Feldeffekttransistors F2 über eine Diode D6 an
Nullpotential über einen Widerstand R17. Demzufolge
wird der Feldeffekttransistor F2 leitfähig. Im gleichen
Zustand ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
OP6 negativ und analog dazu liegt das Gitter
des Feldeffekttransistors F3 an einer Spannung von
-12 Volt über eine Diode D9. In diesem Zustand ist
der Feldeffekttransistor F3 nicht leitend. Somit gilt
in diesem Moment die negative Minimumspannungsgrenze
32, welche zugleich die Thyristorbrücke 14 rrepräsentiert,
die allein bei einer negativen Ausgangsspannung
38 leitet.
Ein weiterer Feldeffekttransistor F1 ist vorgesehen,
der in Abhängigkeit davon, ob ein Strom vorliegt oder
Nullstromzustand herrscht, diese Minimumspannungsgrenze
31 bzw. 32 der Schaltungen K2 bzw. K3 wirksam
oder unwirksam macht. Liegt Strom vor und ist damit
auch das Stromanzeigesignal VI positiv, so hält der
Feldeffekttransistor F1 die Minimumspannungsgrenze
aufrecht, sie bleibt also wirksam. Endet jedoch der
Stromimpuls und VI wird negativ, so wird die Wirksamkeit
der Minimumspannungsgrenze durch den Feldeffekttransistor
F1 sofort gelöscht. Dadurch kann dann die Umschaltung
der Thyristorbrücken 13/14 ohne Pause weitergehen.
Ein weiteres Element der in Fig. 4 dargestellten Schaltung
ist der Speicher M, dem zusätzlich
der Schaltkreis KY3 vorgeschaltet ist.
Der Speicher
M enthält einen Operationsverstärker OP4.
Die Aufgabe des OP3 in Komparator K1 besteht darin, die Thyristorbrücken
in Abhängigkeit von einem Signal "e" zu schalten,
wenn der Stromsollwert V₀ klein ist. Ist diese Situation
gegeben, so arbeitet das ganze System in einer oszillierenden
Arbeitsweise. Diese ist das wesentliche Lösungsmerkmal
der vorliegenden Erfindung.
Diese oszillierende Arbeitsweise liegt nur vor, wenn
der Laststrom nahe Null ist. Ist dies nicht der Fall, arbeiten
die Brückenhälften nicht oszillierend.
Diese zweite oder andere Arbeitsweise ist über den
größeren Teil der Zeit in Wirkung und für die Zuverlässigkeit
und Funktionstüchtigkeit des Systems nicht
so kritisch wie die oszillierende Arbeitsweise.
Bei dieser nichtoszillierenden Arbeitsweise ist der
absolute Wert von V₀ größer als die Ausgangsspannung
"e" des Speicherschaltkreises M. Der Stromsollwert
V₀ ist in diesem Falle hoch genug, d. h. weit genug
vom Nullstromzustand entfernt. Da V₀ größer als "e"
ist, bestimmt V₀ allein die Schaltung der Thyristorbrücken
13, 14. Der Betrieb erfolgt in diesem Falle
jeweils nur mit einer Thyristorbrücke. Liegt der Arbeitspunkt
auf der positiven Seite, wird die Thyristorbrücke
13 eingeschaltet, bis der Arbeitspunkt sich
dem Nullstromzustand annähert.
Bei einem vorgegebenen Wert von V₀ schaltet schließlich
das System von dieser zu der oszillierenden Arbeitsweise
um, in der beide Thyristorbrücken 13, 14 sich
abwechseln, und zwar synchron mit der Hauptfrequenz.
Wird der Arbeitspunkt aus dem Nullstromzustand weiter
in negativer Richtung verschoben, so kehrt das System
nach Überschreiten eines anderen vorgegebenen Wertes
von V₀ wieder zur normalen Arbeitsweise zurück, wobei
nun jedoch nur noch die Thyristorbrücke 14 eingeschaltet
bleibt.
In der umgekehrten Richtung, also vom negativen Zustand
zum positiven, wird bei Überschreiten der gleichen
vorgegebenen Werte von V₀ umgekehrt verfahren.
Der Komparator K1, dessen wesentlicher Bestandteil
der Operationsverstärker OP3 ist, sowie der Speicherschaltkreis
M dienen dazu, die oszillierende Arbeitsweise
zu steuern.
Wie bereits erwähnt, wird dabei durch den Operationsverstärker
OP3 die Entscheidung betreffend das Schalten
getroffen, und zwar in Abhängigkeit von der Größe
des Stromsollwertes V₀. Zwei Widerstände R7 und R8
bestimmen die Spannung am Pluseingang des Operationsverstärkers
OP3 bei Stromsollwerten, die niedriger
liegen als die, bei denen eine kontinuierliche, nichtoszillierende
Thyristorbrücken-Arbeitsweise fortgesetzt
wird.
Der Operationsverstärker OP4 im Speicher
M dient als eigentlicher Speicher während des Umschaltens.
Wenn auf die andere Thyristorbrücke umgeschaltet
wird, gibt der Teil OP4 an, welche Thyristorbrücke
zuletzt in Funktion war bzw. leitete, und ändert
seinen Zustand nicht, bis der Stromanzeigewert VI
eine Information über das Vorhandensein von Strom
liefert. Dadurch wird sichergestellt, daß die Brückenumschaltung
korrekt durchgeführt wird.
Der Operationsverstärker OP4 ändert seinen Zustand
deshalb nicht vorher, weil ein Feldeffekttransistor
F4 in KY3 nicht leitet, solange kein Strom fließt und damit
das Stromanzeigesignal VI negativ ist. Nur dann, wenn
ein Strom fließt, öffnet der Feldeffekttransistor
F4 über eine Diode D5. Dadurch wird eine Verbindung
vom Operationsverstärker OP5 im Schaltkreis KY2 über
den geöffneten Feldeffekttransistor F4 zum Operationsverstärker
OP4 im Speicher M geschaffen,
die es ermöglicht festzustellen, welche Thyristorbrücke
nun eingeschaltet worden ist. Durch den Feldeffekttransistor
F4 wechselt der Operationsverstärker OP4
als Speicher seinen Zustand und gibt die neue Thyristorbrücke
an.
Fig. 5 zeigt die Ausgangsspannungen an verschiedenen
Punkten der beispielhaften Schaltung, wobei sich
diese in einem vorgegebenen Arbeitszustand befindet.
Die oberste Funktion V ist der Stromistwert. Dabei
ergeben sich in Abhängigkeit von der Zeit Stromimpulse
mit wechselnden Vorzeichen. Zwischen den Stromimpulsen
liegt eine Pasue, so daß der Stromimpulse und die Pause
zusammen eine Zeitspanne von 3,3 ms betragen. Da die
Stromimpulse 42, 43 wechselndes Vorzeichen aufweisen,
handelt es sich um die oszillierende Arbeitsweise.
Die dritte Funktion ist das Stromanzeigesignal VI, das
stets auf einem Niveau 41 bleibt, außer bei Vorhandensein
eines Stromimpulses 42 oder 43 beim Stromistwert.
In diesem Falle wechselt es jeweils auf das Niveau
40.
Die zweite Funktion "d" ist die Ausgangsspannung
des Verstärkers YV. Sie ist
zugleich die Ausgangsspannung L der gesamten Stromsteuer-
und -regeleinrichtung 26. Zu einem gewählten Anfangszeitpunkt
weist die Spannung "d" einen Spannungswert 38
auf, der in diesem Beispiel eine Spannung von -5 Volt
sei.
Es tritt nunmehr ein Strom auf, in diesem Falle der
erste positive Stromimpuls 42. Die Schaltung versucht
nunmehr, die andere Thyristorbrücke einzuschalten,
was bedeutet, daß "d" in Richtung auf eine positive
Spannung läuft. Da der Stromimpuls 42 jedoch zu diesem
Zeitpunkt noch andauert, ist die minimale Spannungsgrenze
32 wirksam. Sie besitzt in diesem Falle einen
Wert von -1,5 Volt. Der Wert "d" wird daher nicht
Null oder positiv, sondern verbleibt auf dieser negativen
Minimumspannungsgrenze 32.
Ist der Stromimpuls 42 beendet, der Stromimpulswert also
Null und damit des Stromanzeigesignal VI vom Niveau 40
auf das Niveau 41 gewechselt, so wird durch den Feldeffekttransistor
F1 (s. oben) die Wirkung der Minimumspannungsgrenze
32 aufgehoben, nämlich die Spannungsbegrenzer
K2, K3 mit den Operationsverstärkern
OP7 und OP8 deaktiviert. Damit wird jetzt der
gesamte Spannungssprung von 10 Volt bis zum Spannungsniveau
39 vervollständigt, das eine Spannung von
+5 Volt repräsentiert.
Zu dem Zeitpunkt, als der Stromimpuls 42 begann, veränderte
der Speicher M mit dem Operationsverstärker
OP4 gleichzeitig seinen Zustand, da das
Stromanzeigesignal VI den Feldeffekttransistor F4 leitend
gemacht hatte. Die Ausgangsspannung "e" des Speichers
M, die in der vierten Graphik in Fig. 5
dargestellt ist, wechselte daher im gleichen Moment
vom Niveau 40 auf das Niveau 41. Die Beendigung des
Stromimpulses 42 hat jedoch keinen Einfluß auf die
Ausgangsspannung "e" des Speichers M.
Dieser bleibt vielmehr in seinem Zustand, bis der
nächste Stromimpuls 43 eintritt.
Setzt der neue Stromimpuls 43 nach 3,3 ms ein, so
springt die Ausgangsspannung "d" vom Niveau 39 in
Richtung zum negativen Bereich. Sie bleibt jedoch
bei der positiven Minimumspannungsgrenze 31 für die
Dauer des Stromimpulses 43. Die positive Minimumspannungsgrenze
31 liegt bei +1,5 Volt. Es gelten jetzt
die gleichen Überlegungen wie vorstehend für den Stromimpuls
42 hinsichtlich der anderen Funktionen, nur
in jeweils umgekehrter Richtung.
Endet der Stromimpuls 43 und wird der Stromistwert V
erneut Null, so springt "d" auf das Spannungsniveau
38, welches -5 Volt beträgt und das bereits vor dem
Stromimpuls 42 galt.
Die Minimumspannungsgrenzen verhindert Kurzschlüsse
im Augenblick des Thyristorbrückenwechsels.
Würde die Spannung "d" direkt von +5 Volt auf -5 Volt
springen, also vom Niveau 39 auf das Niveau 38, so
könnte dies zu Stromkurzschlüssen führen.
Die beiden unteren mit OP5 und OP6 gekennzeichneten Funktionen
zeigen die Ausgangsspannungen an den Operationsverstärkern
OP5 und OP6 in dem zu der jeweiligen
Zeit geltenden Zustand.
Alle Funktionen zeigen die gleiche Zeitabhängigkeit
in der oszillierenden Arbeitsweise des
Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Stromkurve einer Schaltung gemäß dem Stand der
Technik, wie er in der US-PS 37 13 012 angegeben ist,
ist in Fig. 6 dargestellt. Deutlich ist eine Lücke
zu erkennen, wenn der Strom seinen Nullwert annimmt.
Außerdem ist eine lange Anfangs- oder Anlaufphase
nach der mit dem Nullwert verbundenen Pause vorgesehen,
durch die versucht wird, eine Kontinuität gegenüber
der ursprünglichen Kurve 36 zu erzielen.
Die Stromkurve nach Fig. 7 entspricht der vorliegenden
Erfindung und zeigt diese Lücke nicht.
Es sei angemerkt, daß diese beiden Kurven Mittelwerte
wiedergeben und aus Stromimpulsen zusammengesetzt
sind, die im aufsteigenden oder absteigenden fortschreitenden
Rhythmus auftreten.
Beim Übergang von der oszillierenden zu der nicht oszillierenden
Arbeitsweise in den Beispielen der Erfindung wird zunächst der oszillierende
Zustand asymmetrisch, indem beispielsweise
die positiven Stromimpulse größer als die negativen
werden. Danach folgt der zweite (oder andere) Zustand, in
dem nur eine Thyristorbrücke arbeitet, in diesem Falle
die positive.
Claims (4)
1. Verfahren zum Ansteuern gegenparalleler Stromrichter,
bestehend aus zwei Thyristorbrücken, die eine Gleichstrommaschine
speisen, wobei
- - beide Thyristorbrücken (13, 14) von nur einem Analogsignal (L; X; d) angesteuert werden,
- - bei positivem Analogsignal (L; X; d) die erste Thyristorbrücke (13) und bei negativem Analogsignal (L; X; d) die zweite Thyristorbrücke (14) leitet,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - bei einem Laststrom nahe Null beide Thyristorbrücken (13, 14) in eine oszillierende Arbeitsweise übergehen, in der sie (13, 14) sich abwechseln.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Thyristorbrücken (13, 14) steuernde Analogspannung
(L; X; d) zwei Minimalwerte (31, 32) entgegengesetzten
Vorzeichens aufweist, die nur unterschritten werden,
wenn die Latstrom zu Null wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den
Ansprüchen 1 oder 2, mit einer Stromsteuer- und regeleinrichtung,
gekennzeichnet durch
- - einen Stromerzeuger (SV), an dessen Eingang der Stromsollwert (V₀) und der Stromistwert (V) anliegen, und der ein Ausgangssignal (b) abgibt;
- - einen Verstärker (YV), an dessen eingang das Stromregler-Ausgangssignal (b) anliegt, und der ein Ausgangssignal (L; X; d) abgibt,
- - eine Speichereinrichtung (M, KY3), an deren Eingang ein das Vorhandensein vom Strom anzeigendes Signal (VI) und das Asuagngssignal (L; X; d) des Verstärkers (YV) anliegt und die ein Ausgangssignal (e) abgibt,
- - einen Komparator (K1) als Oszillationsschalter, an dessen Eingang das Ausgangssignal (e) der Speichereinrichtung (M, KY3) sowie der Stromsollwert (V₀) anliegen, und dessen Ausgangssignal (a), abhängig von den Eingangssignalen (V₀, e), den Verstärker (YV) oszillierend/nicht oszillierend steuert,
- - eine Signalbegrenzungseinrichtung (KY2, K2, K3), die das Ausgangssignal des Verstärkers (YV) begrenzt und dieses als Analogsignal (L; X; d) dem Steuersatz (27) für die Thyristoren (1-12) zuführt.
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