DE3201131A1 - Verfahren und einrichtung zur bestimmung des gleichstromanteils in einer wechselstromschwingung - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur bestimmung des gleichstromanteils in einer wechselstromschwingung

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Description

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Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Gleichstromanteils in einer Wechselstromsehwingung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Gleichstromanteils in einer Wechselstromsehwingung und insbesondere zur Bestimmung des Gleichstromanteils in Weehselstromschwingungen, welche durch einphasige oder mehrphasige Wechselrichter erzeugt werden.
Es ist häufig wichtig und auch wünschenswert, das Vorhandensein und die Amplitude eines Gleichstromanteils in einer Wechselstromsehwingung zu bestimmen. Derartige Gleichstromkomponenten entstehen häufig bei Wechselrichter, deren elektronische Umschalter nicht exakt gepaart sind und in der Charakteristik Differenzen aufweist. Wenn der Gleichstromanteil verhältnismäßig groß ist, kann er extrem hohe Gleichströme in Wechselstromverbrauchern, z.B. in Motoren und Transformatoren zirkulieren lassen. Aus diesem Grund muß der Gleichstromanteil überwacht und durch Schutzschaltungen erfaßt werden für den Fall, daß die überwachung ausfällt.
Es ist bekannt, dai Gleichstromanteil in der Ausgangsspannung eines Wechselrichters dadurch zu erfassen, daß die abgetastete Weehselstromschwingung einer Reihe von in Serie geschalteten Operationsverstärker-Integratoren zugeführt wird, welche die Wechselstromkomponente dämpfen und die Gleich-Stromkomponente verstärken. Da die Gleichstromkomponente sowohl positiv als auch negativ sein kann, wird das Ausgangssignal der Integratoren an eine Zweiweggleichrichterbrücke angeschlossen und das gleichgerichtete Signal mit einer positiven und einer negativen Bezugsspannung verglichen. Bei einem Mehrphasensystem wird die nullphasenbezogene Leitungsspannung
jeder
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jeder Phase durch ein Integratorpaar geleitet, deren Ausgänge an die Zweiweggleiehrichterbrüeke angeschlossen sind. Dadurch erhält man ein positives und ein negatives Ausgangssignal, wenn ein Gleichstromanteil mit einer der Polaritäten in irgendeiner der Phasen einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Gleiehstromanteils in einer Wechselstromschwingung zu schaffen, mit welchen die Bestimmung des Gleiehstromanteils weniger schwierig und weniger kostenintensiv ist als dies bei bisher bekannten Einrichtungen der Fall war.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Augenblicksamplitude der Wechselstromschwingung an einem ersten Punkt eines Zyklus der Wechselstromschwingung gemessen wird, daß ein für die gemessene erste Augenblicksamplitude repräsentatives Signal gespeichert wird, daß die Augenblicksamplitude der Wechselstromschwingung an einem zweiten Punkt der Schwingung gemessen wird, welche exakt um ein geradzahliges Vielfaches einer halbwelle vom ersten Punkt entfernt ist, und daß ein Signal durch Mittelwertbildung aus der ersten und zweiten Augenblicksamplitude erzeugt wird, welches gleich dem Gleichstromanteil in der Wechselstromschwingung ist.
Die Erfindung wird besonders vorteilhaft bei einer Ausführungsform verwirklicht, mit welcher der Augenblickswert einer Wechselspannungsschwingung an einem ersten vorgegebenen Punkt in einem Zyklus gemessen und gespeichert wird. Mit einer zweiten Messung an einem zweiten Punkt der Wechselstromschwingung wird ein zweiter Augenblickswert ermittelt, wobei der zweite Punkt vom ersten Punkt um ein ungeradzahliges Vielfaches einer Halbwelle entfernt ist. Das Ergebnis der zweiten Messung wird ebenfalls eingespeichert. Durch eine Mittelwertbildung aus den beiden gemessenen und gespeicherten Augenblickswerten wird der Gleichstromanteil in der Wechselstromschwingung ermittelt. Das Verfahren zur Ermittlung des Gleichstromanteiles ist unabhängig von den gewählten Punkten des Zyklus 35
einer
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einer Wechselstromschwingung, so lange dafür gesorgt wird, daß der zweite Meßpunkt exakt um ein ungeradzahliges Vielfaches einer Halbwelle von dem ersten Meßpunkt entfernt ist. Es ist offensichtlich, daß die Anzahl der Halbwellen eine Rolle spielen kann, und daß je weniger Halbwellen zwischen den beiden Meßpunkten liegen, eine um so geringere Chance eines Fehlers infolge von Änderungen der Amplitude oder Frequenz der Sehwingungsform gegeben ist. Bei der beispielsweise beschriebenen Ausführungsform werden zwei Messungen ausgeführt, die um sieben Halbzyklen voneinander entfernt sind, so daß während des dazwischenliegenden Zeitinlervalls nur sehr wenig Möglichkeiten für das Entstehen derartiger Fehler gegeben ist.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Überwachung mit Hilfe eines. Mikroprozessorsystems, der die Erfassung der Augenblicksamplitude an zwei aufeinanderfolgenden Punkten, welche um ein ungeradzahliges Vielfaches einer HaIbwelle voneinander entfernt sind erfaßt. Dadurch erhält man aufeinanderfolgende Meßwerte entgegengesetzter Polarität. Der Wechselstromanteil in dem Signal wird herausgefiltert und durch eine Mittelwertbildung aus den beiden gemessenen Augenblicksamplituden der Gleichstromanteil bestimmt. Durch die Verwendung eines Analog-Digital-Umwandlers im Bipolarbetrieb um ihn an die erforderlichen Eingangsspannungen entgegengesetzter Polarität anzupassen, kann der gesamte Bereich der mögliehen Gleichstromausgangsspannungen erfaßt werden.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt in vorteilhafter Weise Meßeinrichtungen, um den Augenblickswert der Sehwingungsform zu erfassen, welche eine vom Mikroprozessor gesteuerte Abtast- und Halteschaltung umfaßt. Damit kann die Sehwingungsform. zu zwei Zeitpunkten abgetastet werden, welche exakt um ein ungeradzahliges Vielfaches einer Halbwelle voneinander entfernt sind. Die abgetasteten Werte werden vom Analog-Digitalwandler in digitale Werte umgewandelt und gespeichert, um dem Mikroprozessor die Möglichkeit zu bieten, nach der zweiten Messung aus den beiden Augenblicksamplituden durch Mittelwertbildung den Gleichstromanteil abzuleiten. Das den Gleichstromanteil kennzeichnende Signal wird gewünschtenfalls mit einem Schwellwertsignal verglichen, wobei der Vergleich zu 35
einem
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einem Ausgangssignal führt, wenn der Gleichstromanteil das Schwellwertsignal übersteigt. Die Größe des den Sehwellwert übersteigenden Gleichstromanteils kann zusätzlich integriert werden, um ein Ausgangssignal nur dann zu erzeugen, wenn der akkumulierte Werte der Volt-Sekunden einen bestimmten Betrag übersteigt.
Um das Verfahren und die Einrichtung für die Bestimmung des Gleiehstromanteils in einer mehrphasigen Wechselstromschwingung zu verwenden, werden die einzelnen Phasen zunächst der Reihe nach bezüglich des ersten Abtastpunktes abgetastet und die Augenblickswerte gespeichert. Darauf folgt die Abtastung am zweiten Äbtastpunkt für jede Phase und eine Speicherung der entsprechenden Augenblickswerte, wobei die beiden Abtastpunkte jeweils um ein ungeradzahliges Vielfaches einer Halbwelle voneinander getrennt sind. Aus den ersten und zweiten Augenblickswerten, bezogen auf die einzelne Phase, werden dann Mittelwerte gebildet, um den Gleichstromanteil festzustellen. Es kann vorgesehen sein, den Gleichstromanteil mit der größten Amplitude zu bestimmen, um den ermittelten Wert für bestimmte Kontroll- und Überwachungszweeke zu verwenden.
Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand eines auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Gleichstrom-Wechselrichtersystems gemaß der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Teils des Gleiehrichter-Wechselrichtersystems gemäß Fig. 1,
Fig. 3 Schwingungsformen, wie sie an bestimmten Stellen des Wechselriehtersystems gemäß Fig. 2 auftreten,
Fig. 4 bis 6 Schlußdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des
Weehselrichtersystems gemäß Fig. 2. 35
Obwohl
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Obwohl für die vorliegende Erfindung viele Anwendungsmöglichkeiten gegeben sind, um den Gleichstromanteil in einer Weehselstromschwingung festzustellen, wird nachfolgend nur ein Wechselrichtersystem als Anwendungsfall beschrieben. Dieses Wechselrichtersystem ist in Fig. 1 schematisch dar- gestellt. Bei diesem Wechselriehtersystem erzeugt ein Generator 1, welcher von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine angetrieben wird, eine Drei-Phasen-Weehselspannung, die anschließend in einem Zweiweggleichrichter 3 gleichgerichtet und einer Weehselrichter-Filterstufe 5 zugeführt wird. Die elektronischen Sehalter des Wechselrichters werden von einer Wechselrichtersteuerung 7 aus betätigt, um eine Drei-Phasen-Weehselspannung der gewünschten Frequenz auf der Busleitung 9 zur Verfügung zu stellen. Eine Generatorsteuerung Il überwacht den Wechselrichterbetrieb, unterbricht die Wechselrichtersteuerung 7 und schaltet den Generator 1 ab, sowie trennt die Last vom Wechselrichter durch Öffnen eines Trennschalters 13 ab, wenn bestimmte vorgegebene Grenzwertbedingungen überschritten werden. Von diesen Grenzwertbedingungen ist der Gleichstromanteil in der Weehselstromschwingung auf der Busleitung 9 ein zu beachtender Grenzwert.
Das in Fig. 1 dargestellte System wird beispielsweise in Flugzeugen für die Stromversorgung verwendet, um eine Drei-Phasen-Wechselspannung mit konstanter Frequenz von üblicherweise 400 Hz zu erzeugen, wobei der Wechselstromgenerator vom Antriebssystem des Flugzeugs mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben wird. Obwohl das System Einrichtungen zur Steuerung des Gleiehstromanteüs im Ausgangssignnl des Wechselrichters unifaßt, ist es wünschenswert separate Abtasteinrichtungen für den Gleichstromanteil in der Generatorsteuerung für den Fall vorzusehen, daß der Generator nicht in der Lage ist, den Gleichstromanteil innerhalb der Grenzen aufrechtzuerhalten. In Fig. 2 ist der Teil der Generatorsteuerung 11 dargestellt, welcher den Gleichstromanteil der auf der Busleitung 9 erscheinenden Sehwingungsform überwacht. Jeder nullphasenbezogene Leitungsspannung wird über ein RC-Filter 15 an den Eingang eines Multiplexers 17 angelegt. Mit einer über den Spannungsteiler aus einem Widerstand 19 und dem Widerstand des RC-Filters 15 angelegten Spannung von 5 Volt wird zu jeder der ausgefilterten und nullphasenbezogenen Leitungsspannungen eine Gleichstromvorspannung
von
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von 2,5 Volt addiert. Die 5 Volt-Spannung wird auch in den vierten Eingang des Multiplexers 17 über ein weiteres RC-Filter 15 eingespeist. Der Ausgang des Multiplexers 17 ist mit einer Abtast- und Halteschaltung 21 verbunden, die ihrerseits wieder mit einem Analog-Digitalwandler 23 verbunden ist.
Ein Mikroprozessorsystem 25 arbeitet über mehrere Steuerausgänge auf den Multiplexer, um selektiv nullphasenbezogene Leitungsspannungen und die 5 Volt-Bezugsspannung nacheinander an die Abtast- und Halteschaltung 21 anzulegen. Ferner steuert das Mikroprozessorsystem die Abtast- und Halteschaltung 21 um den Augenblickswert der zu einem bestimmten Zeitpunkt angelegten Spannung zu speichern und den Analog-Digital-Wandler zu veranlassen, der gespeicherten Spannung entsprechende Größe zu erzeugen. Der Analog-Digital-Wandler überträgt seinen Status an den Mikroprozessor, so daß die digitalen Daten nach der Vollendung des Umwandlungsprozesses in den Mikroprozessor eingegeben werden können . Der Mikroprozessor verarbeitet daraufhin die Daten, um den Gleichstromanteil in jeder Phase der Wechselrichterspannung festzustellen und erzeugt ein Trennsignal, wenn die vorgegebenen Grenzen für den Gleichstromanteil übersehritten werden. Die Schaltung gemäß Fig. 2 läßt sich aus kommerziell erhältlichen Komponenten aufbauen und besteht z.B. aus einem Multiplexer AD 7501, einer Abtast- und Halteschaltung AD 582, einem Analog-Digital-Wandler AD 571 und einem Mikroprozessor Intel 8085.
Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 2 wird unter Bezugnahme auf die Schwingungsformen gemäß Fig. 3 erläutert. Die oben dargestellte Sehwingungsform" v"stellt eine nullphastenbezogene Leitungsspannung dar, wie sie als Phasenspannung A in der Schaltung gemäß Fig. 2 auftritt. Aus dieser Sehwingungsform geht die Gleichstromkomponente wegen des 400 Hz-Gleiehtakts nicht hervor. Die Filter 15 dämpfen jedoch die 400 Hz-Komponente der nullphasenbezogenen Leitungsspannung und bewirken eine Einheitsverstärkung für die Gleichstromkomponente. Die Schwingungsform "x", welche im vergrößerten Maßstab das ausgefilterte Eingangssignal an den Multiplexer im Punkt X gemäß Fig. 2 repräsentiert, ist die Gleichstromkomponente der Eingangsspannung mit der überlagerten 400 Hz-Brummspannung und der addierten 2,5 Vot-Vorspannung.
Die
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Tatsache, daß die Gleichstromkomponente gleich dem mittleren Wert der Schwingungsform X ist, und daß der Wert durch eine Mittelwertbildung der Augenblickswerte der Schwingungsform an zwei diskreten Punkten bestimmt werden kann, welche um ein un- geradzahliges Vielfaches eines Halbzyklus auseinanderliegen. Der.mittlere Wert der Schwingungsform "x" in Fig. 2 beträgt z.B. wie dargestellt 0,25 Volt (+ 2,75 Volt - der Vorspannung von 2,5 Volt). Dies kann man dadurch bestimmen, daß der Augenblickswert der Schwingungsform im Punkt P mit 2,5 Volt zum Augenblickswert im Punkt B mit 3 Volt addiert und die Summe durch 2 geteilt sowie die Vorspannung von 2,5 Volt subtrahiert ^. wird. Es ist gleichgültig, an welchem Punkt des Zyklus die erste Messung
stattfindet und wie weit die zweite Messung vom ersten Punkt in ungeradzahligen Vielfachen des Halbzyklus entfernt ist, da der Abstand zwischen den zwei Messungen immer verhältnismäßig klein verglichen mit den meßbaren Änderungen der Schwingungsform ist. Bei der dargestellten Ausführungsform findet die zweite Messung nach 7-1/2 Zyklen statt. Für die 400 Hz Frequenz entspricht das einer Zeit von 8,75 Millisekunden zwischen den beiden Messungen. Zu der ausgefilterten Schwingungsform wird die Vorspannung addiert, so daß der Analog-Digital-Wandler nur positive Spannungen zu verarbeiten hat, um die Manipulation der Daten, wie nachfolgend erläutert wird, zu vereinfachen.
Die Augenblickswerte der Schwingungsformen an den Punkten A, B werden über die Abtast- und Halteschaltung gemessen. Die ausgangsseitige, von dieser Abtast- und Halteschaltung erzeugte Schwingungsform wird durch die Schwingungsform "y" in Fig. 3 repräsentiert. Am Ausgang der Abtast- und Halteschaltung erscheinen nur die ausgezogenen Abschnitte der Schwingungsform "y" an den Punkten A und B, da der Multiplexer 17 entsprechend der Steuerung durch den Mikroprozessor 25 nur eine Eingangsspannung an die Abtast- und Halteschaltung während der Meßintervalle anlegt.
Die Flußdiagramme des Programms entsprechend welchem der Mikroprozessor 25 die Messung und Speicherung der beiden Augenblickswerte für jede Phase der ausgangsseitigen Wechselrichterspannung vornimmt und das Generator-35
trennsignal
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trennsignal erzeugt, sind in den Fig. 4 bis 6 gezeigt. Die Hauptroutine um diese Aufgabe zu erfüllen, ist die in Fig. 4 angegebene Gleichstromanteil-Auslöseverzögerungsroutine (RDCCTD). Das Betriebsprogramm des Rechners ist derart gestaltet, daß alle 8,75 Millisekunden eine Unterbrechung ausgelöst wird. Die RDCCTD-Routine gemäß Fig. 4 ist immer die erste Routine, welche nach einer Unterbrechung abläuft, so daß diese Routine entsprechend nach jeweils 7 »1/2 Zyklen der ausgangsseitigen Schwingungsform des Wechselrichters durchlaufen wird.
Die RDCCTD-Routine gemäß Fig. 4 beginnt mit der Abfrage nach einer
Unterdrehzahlbedingung im Block 27 und nach einer Frequenzabweichungsbedingung im Block 29. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, welche aufgrund anderer Routinen bestimmt werden, welche Teil des Programms der Generatorsteuerung sind, läuft die RDCCTD-Routine nicht ab, mit der einen Ausnahme, daß eine Anzahl von Speicherreferenzen im Block 31 vor dem Ende der Routine ausgelöst werden. Selbst wenn die Ausgangsspannung und' die Frequenz des Wechselrichters innerhalb der Grenze liegt, beginnt die RDCCTD-Routine mit der Ausnahme der Auslösung ausgewählter Speicherreferenzen nicht zu laufen, wenn eine Unterdrehzahlbedingung für den Generator existiert, wie diese durch den Block 33 erfaßt ist.
Unter der Annahme, daß alle Vorbedingungen erfüllt sind, ruft die RDCCTD-Routine gemäß Fig. 4 die Gleichstromanteil-Leseroutine (SDCRED) gemäß Fig. 5 als Subroutine auf. Dies ist im Block 35 gemäß Fig. 4 erfaßt. Beim erstmaligen Durchlaufen dieser Subroutine werden die Augenblickswerte der drei Phasen der Wechselrichterspannung und das für die Erzeugung der Vorspannung verwendete 5 Volt-Signal gelesen und gespeichert. Nach der Rückkehr zur RDCCTD-Routine wird der Gleichstrom-Zähler entsprechend dem Block 37 abgefragt um festzustellen, ob die erste oder zweite Spannungsmessung gerade stattgefunden hat. Beim ersten Programmdurchlauf ist der Gleiehstromzähler gleich 1, jedoch wird er durch den Block 39 auf Null gesetzt bevor die Routine zu Ende ist.
Nach 35
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Nach der nächsten Unterbrechung beginnt die BDCCTD-Routine erneut, wobei mit dem Aufrufen der SDCRED-Subroutine im Block 35 die zweite Messung jeder der drei Phasenspannungen in das Computersystem eingelesen und der Gleichstromanteil jeder Phase in der nachfolgend beschriebenen Weise bestimmt wird. Bei diesem Wiederdurchlsufen der RDCCTD-Routine hat der Gleich&tromzähler DCKTR den Wert gleich 1, wie es im Block 37 festgelegt ist, wodurch die Subroutine SHPHAS zur Feststellung der Phase mit dem höchsten Gleichstromanteil beginnt und wie im Block 41 angedeutet, der Gleichstromzähler auf Null zurückgesetzt wird. Wie sich nachfolgend noch ergibt, bestimmt die SHPHAS-Subroutine welche Phase den höchsten Gleichstromanteil hat und setzt DCIN gleich diesem Wert. Mit der Wiederaufnahme der RDCCTD-Routine wird der Wert des höchsten Gleichstromanteils mit einem Schwellwert im Block 43 durch Subtraktion von DCIN von einem Bezugssignal REF verglichen, um ein Gleichstrom fehlersignal ERRDCI zu erzeugen. Wenn im Block 43 gemäß Fig. 4 das Gleichstromfehlersignal den Wert Null übersteigt und damit anzeigt, daß der höchste Wert des Gleichstromanteils den Schwellwert übersteigt, wird DCC im Block 45 gleich 1 gesetzt ,um dies anzuzeigen, und der akkumulierte Wert ERRDC des Gleichstromanteils , welcher den Schwellwert übersteigt, um ERRDCI vergrößert. Diese Berechnung erfolgt alle 8,75 Millisekunden und führt zu einer Integration des Fehlers. Wenn der akkumulierte Fehler ERRDC einen vorgegebenen Wert DCTRIP entsprechend der Bestimmung im Block 47 übersteigt, wird im Block 49 ,der Ausjösestntus DCCTD auf Auslösung gestellt. Um die Routine zu vollenden wird KRRDC dann gleich DCTRIP gemacht, In dem beschriebenen System wurde beispielsweise der vorgegebene Wert DCTRIP auf 6OQ Millivolt-Sekunden eingestellt. Wenn der höchste Gleichstromanteil den Bezugswert, wie im Block 43 festgelegt, nicht übersteigt, werden der akkumulierte Fehler ERRDC und DCC im Block 51 gleich Null gesetzt und der Auslösestatus DCCTD im Block 53 auf "OK" gesetzt um die Routine zu vollenden.
Die SDCRED-Subroutine, welche im Block 35 der RDCCTD-Routine beginnt, wird anhand der Fig. 5 im einzelnen erläutert, Int ersten Schritt dieser Subroutine wird der Multiplexer 17 derart eingestellt, daß er das 5 VoIt-35
Gleichstrom bezugssignal
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Gleichstrombezugssignal wie im Block 55 angedeutet liest. Im Block 57 wird die SADRED-Subroutine eingeleitet, welche bewirkt, daß die Abtast- und Halteschaltung 21 das 5 Volt-Gleichstrombezugssignal abtastet und den Analog-Digital wandler aktiviert, um die Bezugsspannung in ein digitales Signal DCREF umzuwandeln. Der negative Wert dieser digitalen Bezugsspannung DCREF wird dann für später erläuterte Zwecke als Minusreferenz MINREF gemäß der Funktion im Block 59 gespeichert. Als nächstes wird im Block 61 der Status des Gleichstromzählers DCKRT geprüft um festzustellen, ob es sich um die erste oder zweite Messung handelt. Wenn der Gleichstromzähler DCKTR gleich 1 ist, wird der Kanal für die Phase A im Multiplexersystem gemäß Block 63 ausgewählt und die SADRED-Subroutine im Block 65 durchlaufen, um den gemessenen Gleichstromanteil der ersten Phase A in ein digitales Signal umzuwandeln, welches als ADCCl gespeichert wird. Entsprechend der Anweisung im Block 67 werden die Funktionen der Blöcke 63 und 65 wiederholt, um auch die ersten Messungen der Gleichstromanteile der Phasen B und C , welche mit BDCCl und CDCCl gekennzeichnet sind, zu speichern, bevor das Programm zum Block 37 gemäß Fig. 4 zurückkehrt.
Beim zweiten Durchlauf der SDCRED-Subroutine gemäß Fig. 5 ist der Gleichstromzähler DCKTR gleich Null im Block 61, so daß die Funktionen der Blöcke 69, 71 und 73 ausgeführt werden, um die zweite Messung der Gleichstromanteile der Phasen A, B und C in digitaler Form entsprechend der ersten Messung in den Funktionsblöcken 61, 65 und 67 durchzuführen.
Die Laufzeit vom Start der RDCCTD-Routine um die Gleichstromanteilmessungen durchzuführen, ist für die erste und zweite Messung die gleiche. Daraus ergibt sich, daß die erste und zweite Messung des Gleichstromanteils entsprechend der Laufzeit der RDCCTD-Routine 8,75 Millisekunden beträgt, d.h. bei einer 400 Hz-Spannung liegen die beiden Messungen 7 HaIb-
3n zyklken auseinander. Nachdem die letzte Messung durchgeführt und die Umwandlung in digitale Werte stattgefunden hat, wird die Steuerung für die analogen Gleichstromkanäle im Multiplexer abgeschaltet, womit die Abtast- und Halteschaltung wie im Block 75 angedeutet, entladen werden kann.
Die
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• Die Bestimmung des Gleichstromanteils der Phase C der Ausgangsspannung des Wechselrichters erfolgt nach der Funktion des Blockes 77 gemäß Fig. 5 durch Addieren des ersten gemessenen Gleichstromanteils der Phase C zum zweiten gemessenen Gleichstromanteil der Phase C und zur Minusreferenz. Diese Minusreferenz ist der negative Wert des 5 Volt-Bezugssignals, welches dazu benutzt wird, um die 2,5 Volt Vorspannung zu erzeugen» Durch die Funktion des Blockes 77 wird die Vorspannung von 2,5 Volt von den Werten des Gleichstromanteils der Phase C subtrahiert und deren Summe bestimmt. Die Vorspannung ist derart ausgewählt, daß die abgetasteten Spannungen immer positiv sind, um die Berechnung die Analog-Digital-Umwandlung zu vereinfachen. Obwohl der mittlere Wert des Gleichstromanteils der Phase C auch durch eine Division des Ergebnisses gemäß der Funktion im Block 77 durch zwei ermittelt werden könnte, wird dieser Weg nicht gegangen, da eine Division verhältnismäßig zeitaufwendig und nicht unbedingt notwendig ist. Anstelle dessen wird der Schwellwert, mit welchem der höchste Gleiehstromanteil DCIN im Block 43 gemäß Fig. 4 verglichen wird, lediglich verdoppelt, was auch für dei integrierte Gleichstromanteilfehler der Fall ist, der den Generator im Block 47 abschaltet. Anschließend wird die Polarität des Ergebnisses vom Block 77 im Block überprüft und, wenn dieses negativ ist, das Komplement von zwei im Block 81 genommen, um es in eine positive Zahl zu wandeln. Die Wirkungsweise der Funktionen in den Blöcken 79 und 81 dient dazu, die absolute Größe der Berechnung im Block 77 zu bestimmen, welche dann im Block 83 als CDCC gekannzeichneter Gleichstromanteil der Phase C gespeichert wird.
Der Gleichstromanteil der Phasen A und B mit den Bezeichnungen ADCC und BDCC werden in gleicher Weise im Block 85 durch eine Wiederholung der SDCRED-Subroutine ermittelt.
Das Flußdiagramm der SHPHAS-Subroutine, welche im Block 41 gemäß Fig.
4 aufgerufen wird, ist in Fig. 6 dargestellt. In dieser Subroutine wird die absolute Größe des Gleichstromanteils der drei Phasen wie sie durch die SDCRED-Subroutine gemäß Fig. 5 bestimmt wurden, miteinander verglichen und DCIN mit dem höchsten Gleichstromanteil gleichgesetzt. Dementsprechend wird DCIN im Block 91 gleich ADCC gesetzt, wenn ADCC größer als BDCC
und
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und CDCC ist, was mit Hilfe der Blöcke 87 und 89 bestimmt wird. Wenn ADCC nicht größer als BDCC oder CDCC ist, werden die beiden letzten Größen miteinander im Block 93 verglichen und DCIN gleich BDCC gesetzt, wenn BDCC im Block 95 dem größeren Wert entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird DCIN gleich CDCC in Block 97 gesetzt.
Mit Hilfe des beschriebenen Konzeptes wird der Mikroprozessor dazu benutzt um die wesentlichen Funktionen beim Abtasten des Gleichstromanteils aufzuführen, welche Funktionen wie Verstärken, Filtern, Niveauverschieben, Schwellwertbestimmen und Zeitverzögern sind. Es ergibt sich eine Gleichstromanteilbestimmung mit wesentlich verringerten Kosten und einer wesentlich verringerten Komplexität der erforderlichen Apparatur. Überdies ermöglicht der Mikroprozessor eine größere Flexibilität bei der Einstellung und Abstimmung der System parameter.
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Fig. Bezugszeichen
4 27
29
31
BEZUGSZEICHENLISTE FÜR FLUSSDIAGRAMME
Bezeichnung
Unterdrehzahlbedingung = 1
Frequenzabweichungsbedingung 399 > F > 401 Zurücksetzen DCC = 0 (Gleichstromanteil) Zurücksetzen DCCTD = 0 (Gleiehstromanteil-
Auslöseverzögerungsroutine)
Zurücksetzen ERRDC = 0 (Gleichstromfehlersignal) Setzen DCKRT = 1 (Gleichstromzähler)
35 Aufrufen SDCRED (Gleichstromanteil-
Leseroutine)
ADCCl (erster Gleichstromanteil der Phase A) ADCC2 (zweiter Gleichstromanteil der Phase A) BDCCl (erster Gleichstromanteil der Phase B) BDCC2 (zweiter Gleichstromanteil der Phase B) CDCCl (erster Gleichstromanteil der Phase C) CDCC2 (zweiter Gleichstromanteil der Phase C)
37 DCKRT = 0 (Gleichstromzähler)
39 Setzen DCKRT = 0
Aufrufen SHPHAS (Bestimmungsroutine für Phase mit höchsten Gleichstromanteil)
41 DCIN (höchster Gleichstromanteil)
Setzen DCKTR = 1
43 DCIN - REF = ERRDCl > 0 (Gleichstromfehler
signal)
45 DCC = 1
ERRDC = ERRDC + ERRDCl (akkumulierter
Fehler)
47 ERRDC > DCTRIP (vorgegebener Wert für
Generatorabschaltung)
49 Setzen DCCTD (Auslösestatus)
Speichern ERRDC = DCTRIP 51 Zurücksetzen ERRDC = 0
Zurücksetzen DCC = 0
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Fig. Bezugszeichen Bezeichnung
53 Setzen DCCTD auf "OK"
55 Setzen MUX-Kanal auf + 5 V DC 57 Aufrufen SADRED
" DCREF "
59 Speiehern negativen Wert als Minusreferenz
61 DCKTR = 1
63 Wähle Phase A Analogkanal
65 Aufrufen SADRED
erster Gleichstromanteil der Phase A
67 Wiederholen Block 63 und 65 für BDCCl und CDCCl
69 Wählen Phase A Analogkanal
71 Aufrufen SADRED
" ADCC2 "
73 Wiederholen Block Al und B2 für BDCC2 und CDCC2
75 Abschalten MUX-Kanäle
77 Addieren CDCCl + CDCC2 + Minusreferenz
79 Positives Ergebnis
81 Nehme Zweierkomplement vom negativen Ergebnis
83 Speichen CDCC
85 Wiederholen Block 77, 79, 81 und 83 für BDCC und
ADCC
87 ADCC > EDCC
Gleichstromanteil der Phase A > Gleichstromanteil der Phase B
89 ADCC > CDCC
Gleichstromanteil der Phase A > Gleichstromanteil der Phase C
91 DCIN =. ADCC
93 BDCC > CDCC
Gleichstromanteil der Phase B > Gleichstromanteil der Phase C
95 DCIN = BDCC
97 DCIN = CDCC
1t
Leerseite

Claims (12)

Patentansprüche
1.) ■ Verfahren zur Bestimmung des Gleichstromanteils in einer Wechselstromschwingung, dadurch gekennzeichnet, daß die Augenblicksamplitude der Wechselstromschwingung an einem ersten Punkt eines Zyklus der Wechselstromschwingung gemessen wird, daß ein für die gemessene erste Augenblicksamplitude repräsentatives Signal gespeichert wird,
daß die Augenblicksamplitude der Wechselstromschwingung an einem zweiten Punkt der Schwingung gemessen wird, welche exakt um ein geradzahliges Vielfaches einer Halbwelle vom ersten Punkt entfernt ist, und daß ein Signal durch Mittelwertbildung aus der ersten und zweiten Augenblicksamplitude erzeugt wird, welches gleich dem Gleichstromanteil in der Wechselstromschwingung ist.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Gleichstromanteil kennzeichnenden Signal mit einem Schwellwertsignal verglichen wird um festzustellen, wann das Schwellwertsignal überschritten ist.
20
": " ; ; l '/ ;_; 32Q1131
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3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Mehrphasenbetrieb die Augenblicksamplitude jeder Phase der Wechselstromschwingung an einem ersten Punkt des Zyklus gemessen und entsprechend gespeichert wird, daß entsprechend die Augenblieksamplitude an einem zweiten Punkt jeder Phase der Wechselstromschwingung gemessen wird, wobei dieser zweite Punkt exakt um ein ungeradzahliges Vielfaches · einer Halbwelle vom jeweiligen ersten Punkt entfernt ist, daß die an den zweiten Punkten gemessenen Augenblicksamplituden gespeichert werden und daß durch Mittelwertbildung aus den gemessenen ersten und zweiten Augenblicksam plituden für jede Phase ein den Gleichstromanteil kennzeichendes Signal gebildet wird.
4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gleiehstromanteil kennzeichnenden Signale der drei Phasen mit Schwellwertsignalen verglichen werden, um ein das Schwellwertsignal übersteigenden Gleiehstromanteil festzustellen.
5.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Punkt ein beliebiger Punkt der Weehselstromsehwingung ist.
6.) Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gleiehstromanteil kennzeichenden und das Schwellwertsignal übersteigenden Signale integriert werden und beim Übersteigen einer vorgegebenen Amplitude ein weiteres Signal erzeugt wird.
7.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise die Weehselstromsehwingung vor der Messung der Augenblieksamplitude gefiltert wird.
8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst zu der Weehselstromsehwingung eine Vorspannung addiert wird, welche eine ausreichende Amplitude hat um sicherzustellen, daß der erste und zweite Augenblickswert die gleiche Polarität hat und daß während der Mittelwertsbildung die beiden mit einer Vorspannung vorsehenen Augenblicks-
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werte zunächst addiert und dann von der Summe ein Signal subtrahiert wird, welches den zweifachen Wert der Vorspannung hat.
9.) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, um die Augenblieksamplitude einer Wechselstromschwingung zu messen, und diese Augenblieksamplitude zu speichern, und daß Steuereinrichtungen für die Meßeinrichtungen vorhanden sind, um die Augenblieksamplitude an einem ersten Punkt eines Zyklus der Wechselstromschwingung zu messen und den gemessenen Wert zu speichern, um ferner eine zweite Augenblieksamplitude an einem zweiten Punkt der Wcchselstromschwingung zu messen, welcher exakt um ein ungeradzahliges Vielfaches einer Halbwelle vom ersten Punkt entfernt ist, und um diesen Wert ebenfalls zu speichern und um schließlich aus dem ersten und zweiten Wert der Augenblieksamplitude durch Mittelwertbildung ein dei Gleichstromanteil kennzeichnendes Signal abzuleiten.
10.) Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Steuereinrichtungen für die Bestimmung des Gleichstromanteils einer Mehrphasenwechselstromschwingung ausgestattet sind.
11.) Einrichtungen nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen ferner mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Schwellwertsignals versehen sind, um durch Vergleich des Schwellwertsignals mit dem den Gleichstromanteil kennzeichenden Signal ein Ausgangssignal zu liefern, wenn der Schwellwert überschritten ist.
12.) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen einen Multiplexer und eine Abtast- sowie Halteschaltung umfassen und daß die Steuereinrichtungen den Multiplexer derart steuern, daß nacheinander jede Phase der Wechselstromschwingung an die Abtast- und Halteschaltung angelegt wird.
DE19823201131 1981-01-15 1982-01-15 Verfahren und einrichtung zur bestimmung des gleichstromanteils in einer wechselstromschwingung Ceased DE3201131A1 (de)

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