DE3430786A1

DE3430786A1 - Schwingungspaketsteuerung von leistungsstellgliedern mit variabler taktfrequenz

Info

Publication number: DE3430786A1
Application number: DE19843430786
Authority: DE
Inventors: Wilfried Ing.(grad.) 4770 Soest Vollmar
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: AEG Stromversorgungs Systeme GmbH
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1986-02-27
Also published as: DE3430786C2; FR2569317A1; FR2569317B1

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1 6000 Frankfurt 70

Ham /se F 84/26

Schwingungspaketsteuerung von Leistungsstellgliedern mit variabler Taktfrequenz

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des

Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist durch den Bericht von Michel * "Mehrperiodensteuerung bei Wechselstromstellern" aus den Forschungs-

K berichten TU Berlin (1977), Heft 83, Seiten 1 bis 23 bekannt.

Danach werden Steuerimpulse für die Halbleiterschalter eines Leistungsstellglieds (Wechselstromsteller) im Sinne einer Zweipunktregelung derart erzeugt, daß ein Kondensator innerhalb eines RC-Netzwerks zunächst durch eine einstellbare Steuerspannung aufgeladen wird, bis ein mit dem Kondensator verbundener Komparator beim Erreichen eines oberen Schwellwerts der Kondensatorspannung einen Durchschaltbefehl für das Leistungsstellglied liefert. Der Durchschaltbefehl wird dabei über eine logische Verknüpfungsstufe geleitet, die sicherstellt, daß das Ein- und Ausschalten des Leistungsstellglieds stets im Nulldurchgang der Netzwechselspannung erfolgt und nur volle Netzperioden geschaltet werden. Über einen Meßgrößenwandler "wird eine von der mit dem Leistungsstellglied geschalteten Last.abhängige Spannung bereitgestellt, die mit gegenüber der Steuerspannung umgekehrter Polarität ebenfalls am Kondensator anliegt. Bei eingeschaltetem Leistungsstellglied erfolgt damit eine Entladung des Kondensators bis ein unterer Schwellwert seiner Spannung erreicht wird und der nachgeschaltete Komparator einen Ausschaltbefehl für das Leistungsstellglied

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erteilt. Änderungen der Steuer- und Lastparameter bewirken neben einer Änderung des Taktverhältnisses eine Verschiebung der Taktfrequenz. Ein solches Steuerverfahren mit variabler Taktfrequenz ist wenig geeignet, wenn mehrere Leistungsstellglieder parallel an dem Wechselspannungsnetz liegen, weil dann nämlich die einzelnen von den Leistungsstellgliedern durchgeschalteten Schwingungspakete der Netzwechselspannung ungleichmäßig verteilt werden.

Aus diesem Grunde erfolgt bisher die Schwingungspaketsteuerung mehrerer an ein Wechselspannungsnetz angeschlossener Leistungsstellglieder mit fester Taktfrequenz. Gemäß der DE-OS 28 55 332 ist dazu dem der Schwellwerteinstellung dienenden Eingang (Vergleichseingang) des Komparators eine sägezahnförmige Spannung fester Frequenz zugeführt, die von einem Taktfrequenzgenerator abgeleitet ist, während an den anderen Eingang des !Comparators die Kondensatorspannung gelegt wird. Durch Synchronisation der Schwellwertspannungen für die Komparatoren in der Steuerung der einzelnen Leistungsstellglieder ist eine gleichmäßige Verteilung der Schwingungspakete.bei der Netzeinspeisung auf vorteilhafte Weise möglich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das dynamische Verhalten der Leistungsstellglieder bei einer Schwingungspaketsteuerung mit fester Taktfrequenz bei Sollwertsprüngen ungünstiger ist als bei einem Betrieb mit variabler Taktfrequenz.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs angegebenen Art derart zu verbessern, daß trotz einer Schwingungspaketsteuerung mit variabler Taktfrequenz die Schwingungspaketverteilung in der Netzeinspeisung vergleichmäßigt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Merkmal gelöst.

Infolge der in gleichbleibenden zeitlichen Abständen erfolgenden Absenkung des oberen Schwellwerts ist ein angenähert synchronisierter Betrieb der einzelnen Leistungsstellglieder möglich. 35

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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer elektrischen Schaltung,

mit der das Verfahren nach der Erfindung durchgeführt werden kann sowie

Fig. 2a bis c die zeitlichen Verläufe von Signalspannungen an einzelnen Elementen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Das Prinzipschaltbild einer Schwingungspaketsteuerung für ein (nicht gezeigtes) Leistungsstellglied weist gemäß Fig. 1 einen Kondensator 1 auf, der über einen ohmschen Widerstand 6 von einer einstellbaren Steuerspannung LL aufgeladen wird. Der Kondensator 1 ist durch eine

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von einem Parameter (Strom, Spannung, Leistung) der an den Leistungssteller angeschlossenen (ebenfalls nicht gezeigten) Last abhängigen Spannung U_R, entladbar. Diese Spannung U_Rf wird über einen ohmschen Widerstand 7 mit gegenüber der Steuerspannung U~ entgegengesetzter Polarität durch Schließen eines Schalters 5 an den Kondensator 1 gelegt, wenn der Leistungssteiler von seinem Steuergerät 4 durchgeschaltet wird.

Der Kondensator 1 ist an den einen Eingang eines Kon parators 2 gelegt. An den zweiten Eingang (Vergleichseingang) des Komparators 2 ist über einen Inverter 8 und einen ohmschen Widerstand 9 das Ausgangssignal des Komparators 2 rückgeführt, wobei der zweite Eingang des Komparators 2 zusätzlich über einen ohmschen Widerstand 10 an Masse gelegt ist. Infolge dieser Beschaltung gibt der Komparator 2 einen Durchschaltbefehl über eine logische Verknüpfungsstufe 3 an das Steuergerät 4 zum Durchschalten des Leistungsstellers ab, wenn die Spannung U- am Kondensator 1 einen oberen Schwellwert U,,, erreicht.Ein Ausschaltbefehl wird

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dagegen vom Komparator 2 abgegeben, wenn die Spannung U_r am Kondensator 1 auf einen unteren Schwellwert U,,- abgesunken ist.

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Die logische Verknüpfungsstufe 3 stellt sicher, daß die Befehle vom Komparator 2 zum Ein- und Ausschalten stets erst bei einem nachfolgenden Nulldurchgang der ans Leistungsstellglied angelegten Netzspannung ausgeführt werden und dabei nur volle Netzperioden als Schwingungspaket über das Leistungsstellglied auf die Last geschaltet werden.

Es ist ersichtlich, daß Änderungen der Lastparameter bei dem zuvor beschriebenen Verfahren zu einer Änderung der Taktfrequenz bei einem Leistungssteiler führen. Die Taktfrequenz ist mithin variabel. Werden mehrere Leistungssteller parallel an einem Netz jeweils mit einer Schwingungspaketsteuerung mit variabler Taktfrequenz betrieben, kommt es zu ungleichmäßigen Belastungen des Netzes.

Die Verteilung der Schwingungspakete kann jedoch vergleichmäßigt werden, wenn gemäß der Erfindung die obere Schwellspannung U_H1 des Komparators 2 in zeitlich gleichmäßigen Abständen kurzzeitig auf einen Wert U„₃ herabgesetzt wird.

Zu diesem Zweck wird entsprechend Fig. 1 der Vergleichseingang des !Comparators 2 über einen ohmschen Widerstand 11 und die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors 12 kurzzeitig an Masse gelegt. Das erfolgt durch Ansteuerung der Basis des Transistors 12 über einen ohmschen Widerstand 13 mittels Synchronisier-Impulsen, die auf einen Anschluß am Widerstand 13 gegeben werden.

Durch Einführung der zusätzlichen Pegel-Ebene U,,, wird in gleichmäßigem Takt eine Abfrage der Spannung U_r am Kondensator 1 durchgeführt, worauf der Komparator 2 einen Durchschalrbefehl abgibt, sobald die Spannung U_ gleich oder größer ist als die herabgesetzte obere Schwellspannung u_H3.

Der gleiche Effekt ist dann zu erzielen, wenn in zeitlich gleichen Abständen kurzzeitig der untere Schwellspannungspegel U_H2 des Komparators 2 heraufgesetzt wird.

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Beim Betrieb mehrerer Leistungsstellglieder ist zur vergleichmäßigten Aufteilung der Schwingungspakete lediglich sicherzustellen, daß die Herauf- bzw. Herabsetzung der Schwellwerte an den Komparatoren zeitlich gleichmäßig bei der Steuerung der einzelnen Leistungsstellglieder erfolgt.

Der zeitliche Verlauf der Synchronisier-Impulse für die Steuerung eines Leistungsstellglieds, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist in Fig. 2a mit A bezeichnet; mit B und C sind die gleichmäßig zeitlich versetzten Synchronisier-Impulse für ein zweites und ein drittes Leistungsstellglied gestrichelt angedeutet.

In Fig. 2b ist entsprechend den Synchronisier-Impulsen im Fall A die kurzzeitige Herabsetzung des oberen Schwellspannungswerts U,,. auf den Wert U,,. als oberen Spannungsschwellwert des Komparators gezeigt, während der untere Spannungsschwellwert U_H^ gleich bleibt.

) In Fig. 2c sind jeweils die zeitlichen Verläufe der Ausgangssignale der

Komparatoren entsprechend den Synchronisier-Impulsen A, B, C nach Fig. 2a dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird im Fall A immer dann eine Durchschaltung (Pegel "Ein") des Leistungsstellglieds durchgeführt, wenn die Spannung U„ am Kondensator 1 die vordere Flanke des herabgesetzten Pegels Up,, trifft. Die Abschaltung (Pegel "Aus") des Leistungsstellglieds erfolgt, wenn durch Entladung des Kondensators 1 mittels der lastabhängigen Spannung U_Rf die Spannung U„ soweit abgesunken ist, daß sie den Schwellwert U_uo erreicht.

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Aus Fig. 2c geht der versetzte Einsatz der Schwingungspakete von parallel betriebenen Leistungsstellern hervor, wenn der obere Schwellspannungswert der jeweiligen Komparatoren in ihrer Steuerung mit zeitlich versetzten Synchronisier-Impulsen entsprechend den Fällen A, B. C herabgesetzt wird.

Die Dauer der Herabsetzung des Schwellspannungswertes U„- bzw. der Heraufsetzung des Schwellspannungswerts U,,- kann recht kurz (z. B. 10 ms) sein, da es bei der Herab- bzw. Heraufsetzung nur auf die vordere Flanke

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der Spannungsabsenkung ankommt.

Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, sollte der Spannungspegel υ,,, kleiner oder gleich der Hälfte der Summe der anderen beiden Pegel U„ und U„₂ sein. Andererseits muß gewährleistet sein, daß U„ größer als U,,. ist und zwar so, daß bei einer Netzfrequenz von 50 Hz die Mindestpausenzeit 60 ms beträgt.

Die letzte Bedingung ist nötig, wenn eine Anpassung der vom Leistungsstellglied geschalteten Last über einen Transformator erfolgt.

Bei geeigneter Wahl des herabgesetzten Spannungsschwellwerts Uj,- kann auf einen definierten oberen Pegel U_H1 sogar ganz verzichtet werden.

Wird der Pegel U„- genau in halber Höhe zwischen den Pegeln U„.. und U,,-gewählt, ergibt sich bei einer kurzen Einschaltdauer der Leistungsstellglieder eine günstige Auslegung für den intermittierenden Betrieb, während sich bei langer Einschaltdauer, d. h. weniger Schaltvorgängen durch die Leistungs-Stellglieder,eine günstige Auslegung bezüglich des Flickereffekts einstellt.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1 Frankfurt 70 Ham/se F 84/26 Schwingungspaketsteuerung von Leistungsstellgliedern mit variabler Taktfrequenz Patentansprüche

1. Verfahren zur Schwingungspaketsteuerung von an ein; Wechselspannungs- ?

netz angeschlossenen, jeweils eine Last .speisenden Leistungssteil- i

gliedern mit variabler Taktfrequenz, bei dem die Leistungsstellglieder netzspannungssynchron für volle Netzperioden durchgeschaltet werden, wenn die Spannung an einem mit einer Steuerspannung aufgeladenen Kondensator einen oberen Schwellwert erreicht, und wieder abgeschaltet werden, wenn die Spannung an dem von einer lastabhängigen Spannung entladenen Kondensator einen unteren Schwellwert erreicht, dadurch gekennzeichnet,

daß in gleichbleibenden zeitlichen Abständen der obere Schwellwert kurzzeitig herabgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß statt einer Herabsetzung des oberen Schwellwerts eine kurzfristige Heraufsetzung des unteren Schwellwerts vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die zeitlichen Abstände der Herab- bzw. Heraufsetzung der Schwellwerte für die Steuerung der einzelnen Leistungsstellglieder gegeneinander . gleichmäßig versetzt werden. |

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