DE3430786C2

DE3430786C2 - Schwingungspaketsteuerung von Leistungsstellgliedern mit variabler Taktfrequenz

Info

Publication number: DE3430786C2
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: 1986-07-31
Also published as: FR2569317A1; FR2569317B1; DE3430786A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Schwingungspaketsteuerung von an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen, jeweils eine Last speisenden Stellgliedern, bei denen die Leistungsstellglieder netzspannungssynchron für volle Netzperioden durchgeschaltet werden, wenn die Spannung (UC) an einem mit einer Steuerspannung aufgeladenen Kondensator einen oberen Schwellwert (UH1) erreicht, und wieder abgeschaltet werden, wenn die Spannung (UC) an den von einer lastabhängigen Spannung entladenen Kondensator einen unteren Schwellwert (UH2) erreicht, soll sichergestellt werden, daß die Belastung des Wechselspannungsnetzes beim Betrieb der Leistungsstellglieder mit variabler Taktfrequenz vergleichmäßigt wird. Zu diesem Zweck erfolgt in gleichbleibenden zeitlichen Abständen eine kurzzeitige Herabsetzung des oberen Schwellwerts (UH1) auf einen tiefer liegenden Pegel (UH3) bzw. eine kurzfristige Heraufsetzung des unteren Schwellwerts (UH2). Die zeitlichen Abstände der Herab- bzw. Heraufsetzung der Schwellwerte (UH1 bzw. UH2) für die Steuerung der einzelnen Leistungsstellglieder werden gegeneinander gleichmäßig versetzt.

Description

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 Forschungsberichten 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 d?mit eine Entladung des Kondensators bis ein unterer Schwellwert seiner Spannung erreicht wird und der nachgeschaltete Komparator einen Ausschaltbefehl für das Leistungsstellglied erteilt. Änderungen der Steuer- und Lastparameter bewirken neben einer Änderung des Taktverhältnisses eine Verschiebung der Taktfrequenz. Ein solches Steuerverfahren mit variabler Taktfrequenz ist 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 Grund erfolgte bisher die Schwingungspaketsteuerung mehrerer an ein Wechselspannungsnetz angeschlossener Leistungsstellglieder mit fester Taktfrequenz. Gemäß der DE-OS 28 55 332 ist dazu dem der Schwellwerteinstellung dienende Eingang (Vergleichseingang) des Komparators eine sägezahnförmige Spannung fester Frequenz zugeführt, die von einem Taktfrequenzgenerator abgeleitet ist, während an den anderen Eingang des Komparators 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.

Aus der CH-PS 5 30 049 ist ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Zweipunktreglers bekannt bei dem zur Vergleichmäßigung der Regelung der Schwellwert für die Aktivierung eines Leistungsschalters periodisch herauf- und herabgesetzt wird. Der aktivierte Leistungsschalter läßt dabei stets eine gewisse Anzahl von Stromhalbwellen durch die Last fließen. Bei diesem Verfahren handelt es sich somit um eine Schwingungspaketsteuerung mit variabler Taktfrequenz. In der Druckschrift ist allerdings nicht die Koordinierung mehrerer Verbraucher angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß das Verfahren der eingangs angegebenen Art derart weitergebildet wird, daß trotz einer Schwingungspaketsteuerung mit variabler Taktfrequenz die Verteilung der von mehreren Verbrauchern abgenommenen Schwingungspakete vergleichmäßigt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

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

Eine demgegenüber abgewandelte Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind im Unteranspruch gekennzeichnet. Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels erläutert werden. Es zeigt

F i g. 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 F ig. 1.

Das Prinzipschaltbild einer Schwingungspaketsteuerung für ein (nicht gezeigtes) Leistungsstellglied weist gemäß F i g. 1 einen Kondensator 1 auf, der über einen ohmschen Widerstand 6 von einer einstellbaren Steuerspannung Ust aufgeladen wird. Der Kondensator 1 ist durch eine von einem Parameter (Strom, Spannung, Leistung) der an den Leistungssteiler angeschlossenen (ebenfalls nicht gezeigten) Last abhängigen Spannung Uri entladbar. Diese Spannung Uri wird über einen ohmschen Widerstand 7 mit gegenüber der Steuerspannung Usi entgegengesetzter Polarität durch Schließen

eines Schalters 5 an den Kondensator 1 gelegt, wenn der Leistungssteller von seinem Steuergerät 4 durchgeschaltet wird.

Der Kondensator 1 ist an den einen Eingang eines Komparators 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 Beschallung gibt der Komparator 2 einen Durchschaltbefehl über eine logische Verknüpfungsstufe 3 an das Steuergerät 4 zum Durchschalten des Leistungsstellers ab, wenn die Spannung Uc am Kondensator 1 einen oberen Schwellwert Uh 1 erreicht Ein Ausschaltbefehl wird dagegen vom Komparator 2 abgegeben, wenn die Spannung Uc am Kondensator 1 auf einen unteren Sciiwellwert Uh 2 abgesunken ist

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 Leistungssteller 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 Uh 1 des Komparators 2 in zeitlich gleichmäßigen Abständen kurzzeitig auf einen Wert Uh 3 herabgesetzt wird.

Zu diesem Zweck wird entsprechend F i g. 1 der Vergleichseingang des Komparators 2 über einen ohmsehen 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-lmpulsen, die auf einen Anschluß 14 am Widerstand 13 gegeben werden.

Durch Einführung der zusätzlichen Pegel-Ebene Uhz wird in gleichmäßigem Takt eine Abfrage der Spannung Uc am Kondensator 1 durchgeführt, worauf der Komparator 2 einen Durchschaltbefehl abgibt, sobald die Spannung ίΛτ gleich oder größer ist als die herabgesetzte obere Schwellspannung Uh3-

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

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

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

In F i g. 2b ist entsprechend den Synchronisier-lmpulsen im Fall A die kurzzeitige Herabsetzung des oberen Schwellspannungswerts Uh ι auf den Wert Uh 3 als oberen Spannungsschwellwert des Komparators gezeigt, während der untere Spannungsschwellwert Uh 2 gleich bleibt

In Fig.2c sind jeweils die zeitlichen Verläufe der Ausgangssignale der Komparatoren entsprechend den Synchronisier-Impulsen A, B, Cnach F i g. 2a dargestellt Wie zu erkennen ist, wird im Fall A immer dann eine Durchschaltung (Pegel »Ein«) des Leistungsstellglieds durchgeführt, wenn die Spannung Ucam Kondensator 1 die vordere Flanke des herabgesetzten Pegels Uh 3 trifft Die Abschaltung (Pegel »Aus«) des Leistungsstellglieds erfolgt wenn durch Entladung des Kondensators 1 mittels der lastabhängigen Spannung Um die Spannung Uc soweit abgesunken ist daß sie den Schwellwert U_H2 erreicht

Aus F i g. 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, Cherabgesetzt wird.

Die Dauer der Herabsetzung des Schwellspannungswertes Uh \ bzw. der Heraufsetzung des Schwellspannungswerts Uh 2 kann recht kurz (z. B. 10 ms) sein, da es bei der Herab- bzw. Heraufsetzung nur auf die vordere Flanke der Spannungsabsenkung ankommt.

Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, sollte der Spannungspegel Uh 3 kleiner oder gleich der Hälfte der Summe der anderen beiden Pegel Uh 1 und Uh2 sein. Andererseits muß gewährleistet sein, daß Uh3 größer als Uh 2 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 Uh 3 kann auf einen definierten oberen Pegel Uh 1 sogar ganz verzichtet werden.

Wird der Pegel Uh 3 genau in halber Höhe zwischen den Pegeln Uh 1 und Uh ι 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 Leistungsstellglieder, eine günstige Auslegung bezüglich des Flickereffekts einstellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Schwingungspaketsteuerung von an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen, jeweils eine Last speisenden Leistungsstellgliedern 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 Last abhängigen Spannung entladenen Kondensator einen unteren Schwellwert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Schwellwert in gleichbleibenden zeitlichen Abständen kurzzeitig herabgesetzt wird und daß die zeitlichen Abstände der Herabsetzung für die einzelnen Leistungsstellglieder gegeneinander versetzt sind.

2. Abgeändertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt einer Herabsetzung des oberen Schwellwertes eine kurzfristige Heraufsetzung des unteren Schwellwertes vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Abstände der Herab- bzw. Heraufsetzung der Schwellwerte gleichmäßig gegeneinander versetzt werden.