DE3109221A1

DE3109221A1 - Steuerung einer drehstrombrueckenschaltung

Info

Publication number: DE3109221A1
Application number: DE19813109221
Authority: DE
Inventors: Eckart Prof Dr.-Ing. 2000 Hamburg Pfeiffer; Johan Dipl.-Ing. 1000 Berlin Podlewski
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-03-06
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1982-09-16

Description

Steuerung einer Drehstrombrückenschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung von Steuerimpulsen für die Thyristoren einer Thyristor-Drehstrombrücke gemäß des Oberbegriffs des vorliegenden Patentanspruchs 1.
Die Erfindung bezweckt die Steuerung von netzgeführten Stromrichtern in Drehstromnetzen mit schlechter Frequenz-Konstanthaltung oder in Netzen, die mit unterschiedlicher Frequenz betrieben werden, z. Bsp bei Umstellungen eines 50 Hz-Systems in ein 60 Hz-System.
Es sind analog arbeitende Steuergeräte mit drei oder sechs, mit den Netzspannungen synchronisierten Sägezahnspannungen bekannt, die kontinuierlich mit einer Steuerspannung verglichen werden. Bei Spannungsgleicheit werden über Komparatoren die Thyristor-Zndsignale ausgelöst (Lit; Aufsatz v.
F. Maurer in ET2-A 95 (.1974), S. 50 - 55).
Es ist ferner ein analog arbeitender, frei schwingender Sägezahngenerator bekannt, der beim Schnittpunkt mit der Steuerspannung um einen festen Betrag zurückgesetzt wird.
Die Synchronisation mit der Netzspannung erfolgt zu bestimmten Zeitpunkten oder über eine PLL-Schaltung (Lit: "Ein neues Zündsteuerverfahren fürSitromrichter am schwachen Netz" von G. Holtz, ETZ-A 91 (1970);"S, s. 345 - 348).
Die Nachteile der genannten Verfahren bestehen in Drift-und Justierproblemen, Unsymmetrien in den drei Phasen, der jeweiligen Einstellung für nur eine Frequenz und darin, daß die Steuerspannung sich nur mit einer bestimmten Steilheit ändern darf.
Bei einem von Herrn Schnieder auf dem 2nd IFAC-Symposium 1977 "Control in power electronies an electrical drives unter dem Titel "Control of DC-drives by microprocessors" beschriebenen Steuerverfahren wird ein Vergleich zwischen einem freischwingendem Sägezahn und der Steuergröße in zeitlich konstanten Abständen vorgenommen. Der Steuersatz und die Steuerelemente (Stromregler) arbeiten synchron. Damit ist der p-Prozessor sehr häufig im Einsatz und steht nur für relativ kleine weitere Aufgaben zur Verfügung. Dieses Verfahren geht insbesondere nur für fest Frequenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung von Steuerimpulsen für die Thyristoren einer Thyristor-Drehstrombrücke anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst. Die Vorteile der Erfindung bestehen in der selbsttätigen Einstellung auf die Frequenz des speisenden Netzes ohne justiermaßnahme und in der beliebigen ÄnderbaEbeåt der Steuergröße von Intervall zu Intervall.
Die Herleitung der Zündimpulse kann insbesondere auch durch einenMikrocomputer erfolgen. Das Steuerprogramm ist dabei so konzipiert, daß es sich auf variable Frequenzen des speisenden Netzes automatisch einstellt, indem vor dem Start des Steueralgorithmus als auch wiederholt einmal innerhalb einer Periode eine Frequenzmessung vorgenommen wird.
Das vorliegende Verfahren hat den Vorteil, daß der Mikrocomputer nicht laufend im Einsatz sein muß, d.h. für andere Aufgaben weitgehend zur Verfügung steht.
Das Verfahren gemäß der Erfingung wird an Hand der Zeichnung im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigt die Fig. 1 die Funktionsgruppen des Stromrichter-Steuer satzes, kurz Steuersatz genannt. Ein derartiger Steuersatz gehört zur Grundausrüstung ventilgesteuerter Stromrichter, deren Energiefluß nach dem Verfahren der Zündeinsatzsteuerung verstellt wird; er ist Bestandteil des Informationsteils.
Der Steuersatz hat die Aufgabe, die zur Zündeinsatzsteuerung einer frexteführten Drehstrom-Thyristorbrücke erforderlicher Steuerimpulse - häufig auch als Zündimpulse bezeichnet - zu erzeugen, die synchron zum stromrichterspeisenden Drehstromsystem laufen und sich durch eine Eingangsgröße, der Steuergröße St, in einem festen Steuerbereich entsprechend der digitalen Wortbreite dieser Größe nahezu kontinuierlich verstellen zu lassen.
Für den Anfahrvorgang als auch den Lückbereich ist eine Doppelimpulsbildung erforderlich.
Zur Vermeidung nichtcharakteristischer Oberschwingungen in der ausgangsseitigen Gleichspannung und den drehstromseitigen Phasenströmen darf die Impuls symmetrie im stationären Zustand einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten. Der Steuersatz ist Nullpunkt-synchronisiert und gegenüber der Drehrichtung des Synchron-Spannungssystems sowie im Bereich 30Hz -< f fl 70 Hz gegenüber der Frequenz invariant.
Er gestattet einen asynchronen Betrieb mit den über die Steuergröße gekoppelten Geräten bzw. Funktionsgruppen; daher kann das gesamte Informationsteil eines kreisstromfreien Umkehrantriebes einer fremderregten Gleichstrommaschine auf einem Mikroprozessor implementiert werden.
Es sei hier nur der stationäre Zustand betrachtet.
Der Steuerwinkel α, der über die Steuergrdße variiert wird, ist die Zeitspanne orm natürlichen Kommutierungszeitpunkt bis zur Bildung-des Steuerimpulses bzw. der Steuerimpulse.
Innerhalb einer Netzperiode ergeben sich - entsprechend der Anzahl der Thyristorventile - p natürliche Kommutierungszeitpunkte und Impulse. Bei symmetrischem Drehstromnetz haben die natürlichen Kommutierungszeitpunkte äquidistante Abstände.
Innerhalb einer Netzperiode erfolgt die Steuerung der Ventile einer Thyristor-Drehstrombrücke bei 2# #t = α + n p mit ne 5 i0; 1; 2; 3; 4; 5; p-1i wenn ein natürlicher Kommutierungszeitpunkt mit St= 0 festgelegt ist.
Die Impulsbildung- und damit der Steuerwinkel α wird durch Vergleich einer über die gesamte Periodendauer laufenden zentralen Zeitbasis und einer Bezugsgröße vorgenommen. Dabei ist die Bezugsgröße eine Funktion der Steuergröße; sie berücksichtigt weiterhin die aufeinanderfolgenden natürlichen Kommutierungszeitpunkte und die Phasennacheilung des Filters in der Synchronspannungserfassung.
Die Bildung der Steuerimpulse ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Dort ist mit a) der Verlauf der Phasenspannungen und eine Leiterspannung dargestellt.
Zur Vermeidung von Mehrfach-Nulldurchgängen werden die der Synchronspannung überlagerte Oberschwingungen mit Hilfe eines analogen Tiefpaßfilters - la im Fig. 1 - gedämpft.
Das Filter ist so ausgelegt, daß sich im zulässigen Frequenzbereich eine nahezu konstante Phasennacheilung von ca. 850 ergibt (Spannungsverlauf b) in Fig. 2). Durch nachgeschaltete Komparatoren^^in der Synchronisiereinheit werden Rechteckblöcke gebildet. Nach dem Zuschalten der Versorgungsspannung und der Eingangsgrößen werden diese Rechteckblöcke in einer kurzen Synchronisationsphase zur Erkennung der Drehfeldrichtung und zur Erstellung einer Tabelle der zugehörigen Impulsmuster benötigt.
Aus dem Rechteckblock einer Leiterspannung werden Jeweils im positiven und negativen Spannungsanstieg Impulsfolgen D1 und D2vgl. Fig. 2, c) gebildet. Sie sind um die halbe Periodendauer der Synchronspannung gegeneinander verschoben und steuerr den Interrupt des Mikroprozessors.
Mit den Impulsen D 1 wird im Zeitbasisbildner 1 ein Sägezahn Fig. 2, d) gebildet; der im stationären Zustand unabhängig von der Frequenz der Synchronspannung eine konstante Höhe S aufweist. Dieser Sägezahn ist die Zeitbasis j (t) des Steuerdie satzes. Dieser Wert sowie3die Eingangsstufe 4 (Fig. 1) durchlaufende Steuergröße St, mit der die Grenzen G des Steuerbereichs festgelegt werden, werden der Einrichtung zur Bildung und Verteilung der einzelnen Impulse (Impulsmuster) 3 zugeführt, Der Bezugswert ergibt sich zu #(t) = αs (t) + n # + # 5 dabei ist αs : durch die Steuergröße geforderter Steuerwinkel # : durch das Tiefpaßfilter erforderlicher Korrekturwert # : 2# (60° ) 6 n: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6 Jeweils bei der Bildung eines Steuerimpulses(Fig. 2 f)-die Art der Bildung siehe untenjwird der Bezugswert um den Betrag 3 erhöht und zusammen mit dem Rücksetzen der Zeitbasis um 2 f vermindert.
Die Bedingung zur Bildung eines-Steuerimpules ergibt sich zu #(t) - # (t) < 0 (vgl. Fig. 2d) Würde der Mikroprozessor diese Bedingung ständig kontrollieren, so wäre er damit nahezu ausgelastet und für andere Aufgaben blockiert.
Mit Hilfe eines Zählers (dem Winkelzeitgeber) wird der asynchrone Betrieb sichergestellt. Jeweils nach der Bildung eines Steuerimpulses vom Steuersatz selber, oder durch einen Interrupt von einer steuernden Funktionseinheit (z.B. Stromregler) wird der Wert (t) = (t) - g(t), vgl. Fig. 2d.), berechnet und der Winkelzeitgeber mit diesem Wert gesetzt bzw. korrigiert. Der Winkelzeitgeber ist für den positiven Zahlenbereich ein Abwärts zähler und wird mit dem gleichen Takt betrieben wie die Zeitbasis. Sobald der Winkelzeitgeber auf null heruntergezählt hat, löst dieser einen Interrupt aus und es erfolgt die Impulsbildung (Fig. 2 f)). Dabei wird die richtige Ventilzuordnung durch das Impulsmuster, das der während der Synchronisationsphase aufgestellten Tabelle entnommen wurde, gewährleistet. Die Adresse dieser Tabelle wird nach jeder Impulsbildung nachgeführt.
Der Einrichtung 3 ist ein Impulsformer 5 nachgeschaltet, der die in der Einrichtung 3 gebildeten Kurzimpulse auf ca. 0,5 ms verbreitert und auf eine Spannung von 60 Vso daß Standardimpuls-Übertrager angeschlossen werden können.
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Claims

Patentansprüche 0 Verfahren zur Bildung von Steuerimpulsen für die Thyristoren einer Thyristor-Drehstrombrücke, wobei die Steuerimpulse mit dem Drehstromsystem streng synchron laufen und sich in einem bestimmten Steuerbereich nahezu kontinuierlich verstellen lassen, zwecks Stromrichtersteuerung nach dem Zündeinsatzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß über eine zu beliebigen Zeitpunkten digital vorgegebene Steuergröße der genaue Zündzeitpunkt durch Vergleich mit einer Zeitbasis, die von dem Drehstromnetz erzeugt wird, hergeleitet, diese Differenz in einer digitalen Zeitstufe (Winkelzeitgeber) gespeichert und der gespeicherte Wert bis auf Null heruntergezählt wird, wobei Jeweils beim Erreichen des Wertes Null ein Steuerimpuls ausgelöst wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herleitung der Zündzeitpunkte mittels eines Mikrocomputers erfolgt, bei dem das Steuerprogramm so konzipiert ist, daß es sich auf variable Frequenzen des speisenden Netzes automatisch einstellt, indem wiederholt eine Frequenzmessung vorgenommen wird.