-
Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Impulssteuerung
-
von Stromrichtern und betrifft eine Schaltung zur Darstellung von
9-Bit-Worten aus in einem Frozessorsystem erzeugten 8-Bit-Worten in einer Einrichtung
für digitale Impulssteuerung eines Stromrichters, insbesondere eines Wechselstromstellers,
in der ein 9-Bit-Digitalkomparstor für den Sollwert-Istwert-Vergleich des Steuerwinkeis,
dargestellt in einem Binär-Kode, verwendet ist und der Sollwert des Steuerwinkels
über einen Digitaleingang vorgegeben wird und über einen nach einer Steuerkennlinie
programmierbaren, als digitaler Funktionsgeber ausgebildeten Arbeitsspeicher der
Impulssteuereinrichtung für den Sollwert-Istwert-Vergleich zugeführt wird (vgl.
Oberbegriff des Patentanspruchs).
-
In dem erwähnten Prozessorsystem oder einem ProzeBrechner sind außer
den überwiegend auf dem Markt verfügbaren 8-Bit-Bausteinen auch digitale Bausteine
mit zwei oder vier Ein-und Ausgängen, Bausteine für log. Verknüpfungen sowie auch
Speicher verwendet.
-
Es ist für die Zwecke der digitalen Impulssteuerung, z.B.
-
eines Wechselstromstellers, erwünscht, den Steuerbereich von 1800es
des in einem Binär-Kode vorzugebenden Steuerwinkel-Sollwertes wie auch des in dem
Binär-Kode darzustellenden Steuerwinkel-Istwertes hinreichend fein zu unterteilen,
damit die Schrittweite der Winkelauflösung in dem betreffenden Steuerbereich genügend
klein wird und die Genauigkeit der Steuerung und damit die Regelungsgenauigkeit
der Stellgröße eines Wechselstromstellers ausreichend hoch werden. Die Feinheit
der Unterteilung des Steuerbereichs von 1800es und die Genauigkeit werden mit Erhöhung
der Bitzahl des in einem Binär-Kode vorzugebenden Soll-Steuerwinkels erzielt. Die
Unterteilung des Steuerbereichs und die Winkelauflösung mit 8-Bit-'orten als Sollwerte
des Steuerwinkels sind aber zu grob, wenn die o-Bit-Worte im BCD-Eode oder in einem
anderen Kode dargestellt
sind, da in diesen Fällen Pseudotetraden
auftreten, die die Schrittweite der Winkelauflösung im Steuerbereich herabsetzen.
-
Durch "Elektroniker" Nr. 4/1977, EL 19 bis EL 22, ist ein System bekannt,
welchem ein digitaler Steuersatz für netzgeführte 6-pulsige Stromrichter zugeordnet
ist, in dem 8-Bit-Bausteine wie z.B. Arbeitsspeicher als digitale Funktionsgeber,
Adressenumschalter für wahlweise analoge oder digitale Worteingaben, ferner Umkehrstufen
und getaktete Zähler neben weiteren Hilfsbausteinen verwendet sind. Das Funktionsprinzip
dieses digitalen Steuersatzes besteht darin, daß aus einer Referenzspannung (Betriebswechselspannung
des Stromrichters) die Nulldurchgänge dieser Wechselspannung detektiert werden,
von welchen ausgehend, im wesentlichen mit Hilfe von abwechselnd arbeitenden Zählern
sowie einer Phase-locked Loop (PLL) als Frequenzvervielfacher zur Erzeugung der
Taktimpulse für die Zähler, der momentane Phasenwinkel der Referenzspannung im Bereich
O bis iSO0el mit einer Auflösung von 10 Bit bestimmt wird und über eine galvanische
Trennstufe als Istwert des Steuerwinkels dargestellt wird. Dieser wird mit dem Sollwert
des Steuerwinkels verglichen, der vorgegeben wird und aus einer Steuerspannung dargestellt
wird. Aus dem Vergleich (mittels einer Koinzidenzschaltung mit Digitalkomparatoren
als Vergleicher) wird der Steuerimpuls abgegeben, wenn "Ist" größer oder gleich
"Soll" ist.
-
Die Verarbeitung der digital eingegebenen Steuerspannung besteht in
einer sogenannten arc cos-Entzerrung mittels eines Funktionsgebers, damit der Zusammenhang
zwischen Steuerspannung und der Spannung des Stromrichters ein linearer wird.
-
Daraus entsteht der Steuerwinkel, dargestellt innerhalb der Grenzwinkel
00 und 1800el. Da bei diesen Grenzwinkeln die cos-Funktion sehr flach verläuft,
ist eine Auflösung mit 10 Bit gewählt, die notwendig ist, um an den betreffenden
Grenzen eine hinreichend genaue Stromrichtersteuerung zu erzielen.
-
Realisiert wird die Auflösung des Steuerwinkelbereichs mit 10 Bit
unter Verwendung von zwei 256 x 8-Bit-EProm-Arbeitsspeichern als Funktionsgeber
für die zwei Hälften des halben Steuerbereichs von Oo bis 900el, da für den halben
Steuerbereich der Speicherbedarf 512 x 8 Bit gleich 9 Bit ist.
-
Um die beiden erwähnten 8-Bit-EProm-Arbeitsspeicher in allen vier
Operationsquadranten auszunutzen, ist die Verwendung von zusätzlich zwei Inversionsfunktionsgebern
für den zweiten halben Steuerbereich von 90°el bis 1800el erforderlich.
-
Demgegenüber löst die Erfindung, die im Patentanspruch gekennzeichnet
ist, die Aufgabe, eine Schaltung zur Darstellung von 9-Bit-Worten für die Zwecke
der digitalen Impulssteuerung von zweipulsigen Stromrichtern unter Verwendung von
8-Bit-Bausteinen oder zu solchen aus Bausteinen kleinerer Bitzahlen zusammengesetzter
Bausteine anzugeben, die einen möglichst geringen Aufwand erfordert.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß in einer Einrichtung
für digitale Impulssteuerung ein Digitaleingang mit einem Zwischenspeicher verwendet
ist mit einem 9-Bìt-Ausgang, über den ein erstes 8-Bit-Wort und ein LSB eines zweiten
8-Bit-Wortes sequentiell eingegeben werden, mit denen der Sollwert des Steuerwinkels
aus einer Steuerspannung oder der Spannung des Stromrichters jeweils als 9-Bit-Wort
vorgegeben ist, daß dem Digitaleingang nachgeordnet ist eine Vergleicherschaltung,
bestehend aus einem Digitalkomparator mit 9 ersten Eingängen, welchen das den Sollwert
vorgebende 9-Bitort als Speicheradresse bitweise zugeführt wird, und aus einer Anordnung
von 9 Dual-in-line-Schaltern, die einzeln mit äe einem von insgesamt 9 zweiten Eingängen
des Digitalkomparators verbunden sind, an welchen Schaltern eine im Binär-Kode oder
im BCD-Sode der Speicheradresse um 1 LSB höhere Adresse als der Mittenwert des Steuerbereichs
eingestellt ist, des weiteren ein programmierbarer 8-Bit-Arbeitsspeicher
dem
Digitaleingang nachgeordnet ist, in dem das erste 8-Bit-Wort, abgezweigt von dem
Digitaleingang, adressiert wird, und daß von den Ausgängen des Digitalkomparators
der Ausgang A 3 zusammen mit den Ausgängen des 8-Bit-Arbeitsspeichers Vergleichseingänge
in Bezug auf Eingänge eines 9-Bit-Digitalkomparators für den Sollwert -Istwert -Vergleich
des Steuerwinkels bilden.
-
Es werden durch die Erfindung erreichte Vorteile im wesentlichen wie
folgt gesehen: Die vor den Vergleichseingängen des Digitalkomparators für den Soll-Ist-Vergleich
des Steuerwinkels mit Hilfe der Schaltung gemäß der Erfindung dargestellten 9-Bit-Worte
zur ndressierung sind, unabhängig von dem gewählten Kode, jeweils ebenso "gleichzeitig"
verfügbar wie etwa mittels 8-Bit-Bausteinen erzeugte 8-Bit-Worte. Es genügt für
die Verarbeitung der 8-Bit-Mantisse bei 9-Bit-Worten nach einer SteuerkeLnlinie
ein einziger 8-Bit-Arbeitsspeicher, welcher als Funktionsgeber organisiert sein
kann.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung durch Ausführungsbeispiele
näher beschrieben. In der Zeichnung ist eine Einrichtung für die digitale Impuls
steuerung eines statischen Wechselstromstellers mit der erfindungsgemäßen Schaltung
als Blockschaltbild dargestellt.
-
Zur Regelung der Stromrichterspannung des Wechselstromstellers ist
die Impulssteuereinrichtung mit der Funktion des Sollwert-Istwert-Vergleichs des
Steuerwinkels X ausgestattet. Sollwert und Istwert werden digital in einem Binär-Kode
zu 9-Bit-Worten aufbereitet und zum Vergleich einem 9-Bit-Komparator 4 zugeführt.
Von einem der Ausgänge von 4twerden digitale Stellsignale, die aus dem ständigen
Vergleich während des Regelvorgangs entstehen, über eine Zwei-Weg-Phasenweiche 5
jeweils dem Steuergitter eines ersten oder eines zweiten Thyristors zugeführt, die
gegenparallel geschaltet sind und den erwakaten
statischen Wechselstromsteller bilden. Die aus dem Istwert des
Steuerwinkels digital aufbereiteten 9-Bit-Worte werden synchron mit der Betriebsspannung
uB des Leistungsstromkreises (mit dem Verbraucher und dem Wechselstromsteller in
Reihenschaltung) erzeugt mit Hilfe einer sog. PLL (Phase Lock Loop)-Scháltung 6
und einem im Nulldurchgang von u3 gestarteten, 256 Intervalle des ersten halben
Steuerbereichs von 00 bis 900ei vorwärts abzählenden, sodann bei 900 auf Rückwärtslauf
geschalteten und 256 Intervalle des zweiten halben Steuerbereichs von 90° bis 1800el
rückwärts abzählenden 8-Bit-Zählers 7. Durch die Rücklaufschaltung des Zählers bei
900 ei entsteht bei der Verarbeitung des Steuerwinkel-Istwertes das neunte Bit.
-
Im übrigen besteht der Teil der Einrichtung, mit dem jeweils ein vorgegebener
Sollwert des Steuerwinkels für den Vergleich digital aufbereitet wird, aus einem
Digitaleingang 1 mit einem Zwischenspeicher für 9-Bit-Worte, ferner einer Vergleicherschaltung
2 mit einem Digitalkomparator 21 und einer Anordnung von neun Dual-in-line-Schaltern
22, des weiteren einem programmierbaren Arbeitsspeicher 3.
-
Diese Bestandteile bilden im wesentlichen die erfindungsgemäße Schaltung
zur Darstellung hier speziell des Steuerwinkel-Sollwertes als 9-Bit-Wort in einem
Binär-Kode. In der Schaltung sind diese Bausteine wie folgt miteinander verknüpft:
Mit dem Digital eingang 1 ist die Einrichtung für digitale Impulssteuerung, z.B.
an ein Nikroprozessorsystem angeschlossen, welcher "höchstens" 8-Bit-Bausteine enthält.
Durch das System wird jeweils der Sollwert des Steuerwinkels mit einer Steuerspannung
ust analog vorgegeben und zu einem 9-Sit-;iort binär ko diert. Darg estellt werden
5-Bit-Worte an zwei 8-Bit-
Datenbus s en,mUvon an einem us das kleinste Bit (LSB) der 9-Bit-Worte, und werden
à n Digitaleingang 1 zugeführt.
-
ueber den Digitaleingang mit Zwischenspeicher werden dIe zxei Teile
der 9-Bit-Worte sequentiell in die Schaltung der Impulssteuereinrichtung eingegeben,
so daß die 9 Bits jeweils gleich zeitig' während einer Zeitspanne, z.B. bei getakteter
Eingabe des Sollwertes während der Taktzeit, an den 9 Ausgängen von 1 dargestellt
sind. Derart dargestellt, werden 9-Bit-Worte als Speicheradresse dem Digitalkomparator
21 der Vergleicherschaltung 2 zugeführt, und zwar dessen 9 ersten Eingängen Al bis
A9 bitweise. Die 9 zweiten Eingänge 31 bis B9 von 21 sind einzeln mit 9 Schaltern
verbunden, welche, wie in der Zeichnung ersichtlich, dual-in-line angeordnet sind.
Mit den Stellungen dieser Schalter wird nach dem Kode der zugeführten Speicheradresse
ein 9-Bit-Wort eingestellt, das um 1 LSB größer ist als der Mittenwert 900 es des
Steuerwinkelbereichs des Wechselstromstellers. Mittels des Komparators 21 wird die
zugeführte Speicheradresse mit dem eingestellten Wort verglichen. Von den drei Ausgängen
des Digitalkomparators wird in dem gezeigten Beispiel der Ausgang (A< 3) abgefragt.
Werden mit der Speicheradresse 9-Bit-Worte als Sollwert vorgegeben, in denen die
9. Stelle, d.h. die größte Stufe, die MSB genannt wird, '1" ist, so daß der vorgegebene
Sollwert größer ist oder gleich ist dem halben Endwert von 9-Bit-Worten, dann wird
an dem Ausgang von 21 ein L-Signal erzeugt.
-
Andererseits wird von den über den Digital eingang sequentiell eingegebenen
9-Bit-Worten des Sollwerts die 8-Bit-Mantisse abgezweigt und in den programmierbaren
Arbeitsspeicher 3 adressiert, der ebenfalls dem Digitaleingang 1 nachgeordnet ist
und der 8 Ausgänge hat. Mit dem Arbeitsspeicher 3 kann eine beliebige Funktion gespeicnert
werden.
-
Da, wie angegeben, für die digitale Impuissteuerung des Xrechselstromstellers
dessen Steuerspannung USt vorgegeben ist, die digital umgesetzt im Dual-Kode mit
einer Genauigkeit von 9 Bit in die Schaltung gemäß der erfindung eingegeben wird,
so muß der Arbeitsspeicher 3 entsprechend der Steuerkennlinie
des
Wechselstromstellers
programmiert sein.
-
In der Beziehung (1) bedeuten: Steuerwinkel USto Steuerspannung bei
a ^ Ust ist eine effektivwertäquivalente Gleichspannung Derart programmiert, setzt
der Arbeitsspeicher 3 die eingegebene 8-Bit-Mantisse der 9-Bit-Worte, mit denen
Steuerspannungswerte Ust in dem Bereich des Steuerwinkels o c X C 900el dargestellt
sind, in nach Beziehung (1) funktionell zugeordnete, Winkelwerte « darstellende
8-Bit-Worte um.
-
Die 8 Ausgänge des Arbeitsspeichers 3 sind mit dem abgefragten Ausgang
des Digitalkomparators 21 der Vergleicherschaltung 2 zusammengeführt und mit den
9 Vergleichseingängen A des Digitalkomparators 4 verbunden. Den 9 Eingängen ist
der digital aufbereitete Sollwert des Steuerwinkels v zugeführt zum Vergleich mit
dem ebenfalls digital zu 9-Bit-Worten aufbereiteten Istwert mittels des Komparators
4. Beide Werte stellen Steuerwinkel im Dual-Kode dar. Die 9-Bit-Worte des Sollwertes
sind wie folgt aufbereitet: Wird am Digitaleingang 1 ein Steuerspannungswert Ust
0,7 U5tO als sollwert vorgegeben, z.B. im Dual-Kode mit USt0 = 10 Volt das 9-Bit-Wort
101 000 100 - 324, so ist nach der Beziehung (i) ein Steuerwinkel x> 900el vorgegeben.
Mit den Dual-in-line-Schaltern 22 ist entsprechend dem oben angegebenen das 9-Bit-Wort
101 101 010 - 362 eingestellt, so daß am Digitalkomparator 21 A<B, mithin ein
L-Signal von 21 abgegeben wird. Andererseits sei die 8-Bit-Me-tisse 01 000 100 -
68 dem Arbeitsspeicher 3 zugeführt und wird daher durch diesen nach Steuerkennlinie
entsprechend
der Beziehung (1) umgesetzt in ein den Wert der Differenz zwischen dem als Sollwert
vorzugebenden Steuerwinkel α und 90° el darstellendes 8-Bit-Wort 10 001 110
- 142 A 400 es. Zusammen mit dem L-Signal des Komparators 21 als 9. Bit ergibt sich
das 9-Bit-Wort 110 001 110 - 398 ~130 ° el.
-
Wird hingegen als Sollwert ein Steuerspannungswert größer als etwa
7 Volt, entsprechend (nach (1)) einem Steuerwinkel kleiner als 900el vorgegeben,
dann ist an den Eingängen A von 21 der Wert der zugeführten 9-Bit-Adresse größer
als das mit den Schaltern 22 fest eingestellte Wort, so daß der Komparator 21 kein
Signal abgibt. In diesem Fall wird andererseits die dem Arbeitsspeicher zugeführte
8-Bit-Mantisse des 9-Bit-Wortes der als Sollwert vorgegebenen Steuerspannung in
ein 8-Bit-Wort umgesetzt, das den vorgegebenen Steuerwinkel o'<900el dual kodiert
darstellt.
-
Wird der Sollwert in einem anderen Binär-Kode vorgegeben, wie beispielsweise
BCD, dann benutzt man BCD-kodierte Datenverter am Digitaleingang 1, und es muß eine
andere Kombination der Stellungen der Schalter 22 eingestellt werden, so daß der
Mittenwert des Steuerbereichs nun iBCD-Kode als Vergleichswort dient.
-
Wird eine andere Steuerkennlinie als die des Wechselstromstellers
mit ohmscher Last benutzt, so ist die Kombination der Stellungen der Schalter 22
nach dieser Steuerkennlinie zu ermitteln und als 9-Bit-Vergleichswort entsprechend
einzustellen.