DE3586349T2

DE3586349T2 - Einrichtung um parallel geschaltete zyklokonverter zu betreiben.

Info

Publication number: DE3586349T2
Application number: DE8585309477T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Tanaka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2005-12-25
Also published as: DE3586349D1; KR890004592B1; EP0187042B1; US4673823A; KR860005474A; CA1257327A; EP0187042A3; EP0187042A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von mehreren parallel geschalteten Zyklokonvertern.
Ein Zyklokonverter ist eine Vorrichtung zum direkten Umsetzen eines Wechselstroms mit einer festen Frequenz in einen Wechselstrom mit einer anderen Frequenz. Ein derartiger Zyklokonverter wurde vielfach für Stromversorgungen mit variabler Spannung und variabler Frequenz zum Antreiben eines Wechselstrommotors eingesetzt. Insbesondere war es bekannt, daß ein Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis die Obergrenze einer Ausgangsfrequenz f&sub0; auf einen hohen Wert setzen kann (ein Betrieb ist möglich, bei dem eine Ausgangsfrequenz ungefähr gleich einer Eingangsfrequenz f&sub1; ist), wie in der JP-OS 60-28772 beschrieben ist, und der Anwendungsbereich wurde zunehmend weiter.
Zur Überwindung derartiger Nachteile wird ein in der JP-OS 59- 14988 beschriebenes System vorgeschlagen, bei dem ein Leistungsfaktor-Kompensationskondensator an der Verbraucherseite eines Zyklokonverters angeschlossen ist, um eine Steuerung zu bewirken, bei der sich eine induktive (nacheilende) Blindleistung des Zyklokonverters und eine kapazitive (voreilende) Blindleistung des Leistungs-Kompensationskondensator gegeneinander aufheben, so daß ein Leistungsfaktor einer Grundschwingung von einer Stromversorgung aus gesehen immer Eins ist.
Aus dem Stand der Technik ergaben sich jedoch verschiedene Nachteile hinsichtlich Vorrichtungen, bei denen ein solcher Leistungsfaktor-Kompensationskondensator vorgesehen ist, oder hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Leistungsfaktor-Kompensationskondensator und dem Zyklokonverter, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht.
Die US 4,418,380 bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Dreiphasen-Zyklokonverters, bei dem Stromkreis-Sollwerte an den Zyklokonverter gegeben werden, um dessen drei Phasen zu steuern. Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, eine Vorrichtung zum Vermindern des maximalen Stromes des Konverters zu schaffen. Ferner werden die Stromkreis-Sollwerte in Abhängigkeit von den Momentanwerten der entsprechenden Lastströme in den Phasen bestimmt. Der Leistungsfaktor-Kompensationskondensator muß also eine Kapazität aufweisen, die ausreicht, um die Blindleistung auszulöschen, wenn der Zyklokonverter maximal belastet ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist also eine Vorrichtung zum Betreiben von parallel geschalteten Zyklokonvertern vorzusehen, die ermöglichen, die Kapazität eines an eine Verbraucherseite angeschlossenen Leistungsfaktor-Kompensationskondensators zu vermindern, die betriebliche Leistungsfähigkeit bei einem Betrieb mit leichter Last zu verbessern, die Eigenschaften eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis bei einem Überlast-Betrieb aufrechtzuerhalten und die Kapazität des Zyklokonverters zu vermindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Betreiben von parallelen Zyklokonvertern gelöst, die die folgenden Merkmalen aufweist: (a) eine Wechselstromtversorgung, (b) mehrere Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis (CC&sub1;, CC&sub2;,.... CCn; CC-A, CC-B, CC-C, CC-D), (c) mehrere Lasten (M&sub1;, M&sub2;,... Mn; MA, MB, MC, MD), die Strom von den entsprechenden Zyklokonvertern empfangen, (d) Ausgangsstrom-Steuereinrichtungen (ILC&sub1;, ILC&sub2;,... ILCn; ALRA, ALRB, ALRC, ALRD) zum Steuern der Ausgangsströme bei jedem der mehreren Zyklokonverter, (e) Stromkreis-Steuereinrichtungen (I&sub0;C&sub1;, I&sub0;C&sub2;, ... IoCn; ACRA, ACRB, ACRC, ACRD) zum Steuern der geschlossenen Stromkreise in jedem der mehreren Zyklokonverter abhängig von Stromkreis-Sollwerten (IO1*, IO2*,... Ion*; IOA*, IOB*, IOC*, IOD*), (f) ein Leistungsfaktor-Kompensationskondensator (CAP), der mit einer Verbraucherseite der Wechselstromversorgung verbunden ist, und (g) eine Detektoreinrichtung (CT, PT, VAR; CQ, HQ) zum Erfassen der gesamten Blindleistung (QT) der Verbraucherseite der Wechselstromversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsfaktor- Kompensationskondensator (CAP) und die Detektoreinrichtung (CT, PT, VAR; CQ, HQ) den mehreren Zyklokonvertern gemeinsam sind und daß weiterhin (h) eine Übergabe-Einrichtung (TQC, DST) vorgesehen ist, zum Übergeben von entsprechenden Stromkreis-Sollwerten auf der Basis der von der Detektoreinrichtung erfaßten gesamten Blindleistung (QT) an die Stromkreis-Steuereinrichtungen der entsprechenden Zyklokonverter, wobei die Übergabe-Einrichtung Vorrichtungen (G&sub1;, G&sub2;,... Gn, LM&sub1;, LM&sub2;, LM&sub3;, LM&sub4;) aufweist, um jeden der entsprechenden Stromkreis-Sollwerte in Bezug auf die Nennleistung jedes der entsprechenden Zyklokonverter anzupassen.
Es kann also eine Blindleistung der gesamten Vorrichtung gesteuert werden. Hinsichtlich des Gesamt-Betriebsmodus ist es wichtig, einen optimalen Wert für die Kapazität eines Leistungsfaktor-Kompensationkondensators vorzusehen. Dies erlaubt, die Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators zu vermindern und schließt die Möglichkeit aus, daß ein unnötiger Kreisstrom im Gesamtsystem zirkuliert, wodurch ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht wird.
Wenn die Summe nacheilender induktiver Blindleistungen aller Zyklokonverter die Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensator aufgrund eines Überlastbetriebes überschreitet, wird eine Steuerung bewirkt, die die an die entsprechenden Zyklokonverter übergebenen Kreisstrom-Sollwerte auf einem festen Wert ungleich Null hält, wodurch die entsprechenden Zyklokonverter so betrieben werden können, daß sie nicht die Eigenschaften von Zyklokonvertern mit geschlossenem Stromkreis verlieren.
Wenn ferner die Kreisströme in den entsprechenden Zyklokonvertern bei Schwachlast-Betrieb fließen, wird eine Steuerung bewirkt, die die Anzahl der angeschlossenen Leistungsfaktor-Kompensationskondensatoren abhängig von der Größe des Kreisstrom- Sollwertes vermindert, so daß die Betriebs-Leistungsfähigkeit verbessert werden kann.
Ferner wird, wenn die entsprechenden Zyklakonverter in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden, beispielsweise im Schwachlast- oder im Überlast-Betriebsmodus etc., eine verteilte Steuerung bewirkt, so daß ein großer Kreisstrom in einem mit der Schwachlast gekoppelten Zyklokonverter fließt und daß ein geringer Kreisstrom in den stärker belasteten Zyklokonvertern fließt, wodurch verhindert wird, daß sich die Stromkapazität der Konverter erhöht.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Betreiben von parallel geschalteten Zyklokonvertern,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines in der Vorrichtung von Fig. 1 eingesetzten Zyklokonverters,
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines in der Vorrichtung von Fig. 1 eingesetzten Gesamtblindleistungs-Steuerkreis TQC,
Fig. 4 eine erläuternde Darstellung, die ein Merkmal des Betriebs des in Fig. 3 gezeigten Schaltkreises zeigt,
Fig. 5 eine Ausgangsspannungs-Wellenform eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis,
Fig. 6 eine erläuternde Darstellung eines Betriebsmodus beim Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,
Fig. 7 ein Blockdiagramm, das eine weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Betreiben von parallel geschalteten Zyklokonvertern gemäß der Erfindung darstellt,
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Hauptschaltkreises eines in der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung eingesetzten Zyklokonverters,
Fig. 9 ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines in dem in Fig. 8 gezeigten Zyklokonverters vorgesehenen Steuerkreis,
Fig. 10 eine erläuternde Darstellung eines Merkmals des Betriebes des in Fig. 9 gezeigten Schaltkreises,
Fig. 11 ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines in der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung vorgesehenen Verteilerkreises,
Fig. 12 ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines Hauptschaltkreises für einen in der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung vorgesehene Leistungsfaktor-Kompensationskondensator,
Fig. 13 ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines Schaltsteuerkreises für den in der Vorrichtung von Fig. 7 vorgesehenen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator,
Fig. 14 eine erläuternde Darstellung des Betriebes des in Fig. 13 gezeigten Schaltkreises und
Fig. 15 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Vorrichtung zum Betreiben mehrerer parallel geschalteter Zyklokonverter.
Zunächst sollen Nachteile des Stands der Technik mit Bezug auf Fig. 15 und dann bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezug auf Figuren 1 bis 14 beschrieben werden.
In Fig. 15 ist ein Beispiel einer herkömmlichen Vorrichtung zum Betreiben mehrerer parallel geschalteter Zyklokonverter gezeigt.
Die gezeigte parallel arbeitende Vorrichtung umfaßt eine Stromversorgungsleitung BUS einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung, Hauptschalter SWA, SWB,..., Leistungsfaktor-Kompensationskondensatoren CAP-A, CAP-B, ..., Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis CC-A, CC-B, ... eines Drehstrom/Drehstrom-Umrichtsystems, Wechselstrommotoren MA, MB, ..., Stromtransformatoren CTS1, CTS2, ..., Transformatoren PTS1, PTS2, ..., Blindleistungs- Verarbeitungskreise VAR&sub1;, VAR&sub2;, ..., Vergleicher CQ&sub1;, CQ&sub2;, ..., Blindleistungssteuer-Kompensationskreise HQ&sub1;, HQ&sub2;, ..., Kreisstrom-Steuerkreise ACRA, ACRB, ..., Laststrom-Steuerkreise ALRA, ALRB, ... und Phasensteuerkreise PHC-A, PHC-B, .... Die oben genannten Wechselstrommotoren MA, MB, ... sind in einer Vorrichtung vorgesehen, bei der kein Betriebsmodus gefahren wird, bei dem alle der mehreren Motoren, beispielsweise Mill-Motoren etc., zur selben Zeit im Lastbetrieb sind, die Vorrichtung weist vielmehr eine beliebige Anzahl von Motoren auf, die unter Schwachlastbedingungen eingesetzt oder außer Betrieb sind.
Der Laststrom-Steuerkreis ALRA erfaßt einen Strom (Laststrom) der an den Wechselstrommotor MA übergeben wird, um eine Ausgangsspannung des Zyklokonverters CC-A über den Phasen-Steuerkreis PHC-A einzustellen, so daß der erfaßte Strom gleich einem Sollwert ist.
Der Kreisstrom-Steuerkreis ACRA erfaßt einen im Zyklokonverter CC-A zirkulierenden Strom und steuert eine Spannungsdifferenz (d.h. eine an einer Gleichstrom-Reaktanz anliegende Spannung) zwischen den Ausgangsspannungen den im Zyklokonverter CC-A vorgesehenen positiven und negativen Gruppenumsetzern über den Phasen-Steuerkreis PHC-A, so daß der erfaßte zirkulierende Strom gleich einem Sollwert wird.
An der Verbraucherseite des Zyklokonverters CC-A ist der Leistungsfaktor-Kompensationskondensator CAP-A angeschlossen. Ein Blindstrombestandteil IQ (proportional zur Blindleistung QA) eines Eingangsstroms ISA mit einem kapazitiven Strom Icap des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators CAP-A wird erfaßt, um einen Kreisstrom-Sollwert IOA* an den Kreisstrom-Steuerkreis ACRA auszugeben, so daß der erfaßte Blindstrombestandteil IQ Null wird.
Der Zyklokonverter CC-B ist genauso aufgebaut wie der Zyklokonverter CC-A, um einen Kreisstrom IOB zu steuern, so daß eine Blindleistung QB auf der Verbraucherseite Null wird.
Die Nachteile einer solchen herkömmlichen Vorrichtung zum Betreiben parallel geschalteter Zyklokonverter sind folgende:
(1) Es ist notwendig, Leistungsfaktor-Kompensationskondensatoren für jeden Zyklokonverter auf diese verteilt vorzusehen, mit dem Ergebnis, daß die Verdrahtung kompliziert und der hierfür benötigte Bereich groß wird.
(2) Wenn bei einem oder mehreren Zyklokonvertern aufgrund einer Störung eine Tor-Unterbrechung auftritt, läßt ein an der Verbraucherseite des gestörten Zyklokonverters angeschlossener Leistungsfaktor-Kompensationskondensator zu, daß die Gesamtblindleistung voreilt, was möglicherweise zu einem Anstieg der Versorgungsspannung führt.
(3) Die Kapazität eines an der Verbraucherseite jedes Zyklokonverters angeschlossenen Leistungsfaktor-Kompensationskondensators ist so ausgelegt, daß ein Leistungsfaktor an der Verbraucherseite Eins wird, wenn jeder Zyklokonverter im Maximallast-Betrieb ist (d.h., wenn eine induktive (nacheilende) Blindleistung maximal ist). Unabhängig von den Betriebsmodi der anderen Zyklokonverter wird nämlich die Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators so bestimmt, daß eine voreilende Blindleistung vorgesehen ist, die genügt, den Maximalwert der nacheilenden Blindleistung des gestörten Zyklokonverters selbst aufzuheben. Dies führt zu dem Nachteil, daß ein Leistungsfaktor- Kompensationskondensator mit einer unnötig hohen Kapazität vorgesehen ist.
(4) Eine Erhöhung der Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators führt zu einer Erhöhung aller Kapazitäten der Leistungstransformatoren oder Umsetzer. Folglich fließt im Schwachlast-Betrieb ein unnötiger Kreisstrom und kann ein Betrieb mit geringem Wirkungsgrad nicht vermieden werden.
(5) Wenn die Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators so bestimmt wird, daß ein Leistungsfaktor an der Verbraucherseite gleich Eins ist, wenn jeder Zyklokonverter unter berechneten Lastbedingungen betrieben wird, wird der Wert eines Kreisstrom-Sollwertes für jeden Zyklokonverter im Überlast-Betrieb negativ, mit dem Ergebnis, daß jeder Zyklokonverter bei einem Kreisstrom von Null betrieben wird. Dadurch arbeitet jeder Zyklokonverter als ein Zyklokonverter mit nicht-geschlossenem Stromkreis, woraus sich ergibt, daß die Wellenform eines Ausgangsstroms stark gestört ist. Deshalb muß die Obergrenze einer Ausgangsfrequenz gesenkt werden.
In Fig. 1 ist eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Betreiben parallel geschalteter Zyklokonverter gemäß der Erfindung gezeigt.
Die gezeigte Vorrichtung umfaßte eine Stromversorgungsleitung BUS einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung, einen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator CAP, Leistungstransformatoren Tr1, Tr2, ... Trn, Zyklokonverter CC&sub1;, CC&sub2;, ... CCn mit geschlossenem Stromkreis und Wechselstrommotor-Lasten M&sub1;, M&sub2;, ... Mn.
Ein Steuerkreis für die Vorrichtung umfaßt einen Dreiphasen- Stromdetektor CT, einen Dreiphasen-Spannungsdetektor PT, einen Blindleistungs-Verarbeitungskreis VAR, einen Gesamtblindleistungs-Steuerkreis TQC, Laststrom-Steuerkreise ILC&sub1;, ILC&sub2;, ..., ILCn, Kreisstrom-Steuerkreise IOC&sub1;, IOC&sub2;, ..., IOCn und Phasen-Steuerkreise PHC&sub1;, PHC&sub2;, ..., PHCn.
Zunächst ist der Normalbetrieb des Zyklokonverters CC&sub1; beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung eines Dreiphasenausgangs- Zyklokonverters. Das gezeigte System umfaßt Leistungstransformatoren TrU, TrV und TrW, U-, V- und W-Phasen-Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis CC-U, CC-V bzw. CC-W, Ankerwicklungen des in Fig. 1 gezeigten Motors M&sub1; LOADU, LOADV und LOADW.
Der U-Phasen-Zyklokonverter CC-U umfaßt einen positiven Gruppenumsetzer SSP, einen negativen Gruppenumsetzer SSN und Spulen LO&sub1; und L&sub0;&sub2; mit Mittelabgriffen. Ein Steuerkreis CONT.U für den U- Phasen-Zyklokonverter CC-U umfaßt einen Laststromdetektor CTLU, einen Ausgangsstromdetektor CTPU für den positiven Gruppenumsetzer, einen Ausgangsstromdetektor CTNU für den negativen Gruppenumsetzer, Addierer A&sub1; bis A&sub4;, Vergleicher C&sub2; und C&sub3;, Operationsverstärker K&sub0;, K&sub1; und K&sub2; und Phasen-Steuerkreise PHP und PHN.
Die V-Phasen- und W-Phasen-Zyklokonverter sind genauso aufgebaut wie der V-Phasen-Zyklokonverter. Ferner sind die von Strichpunktlinien umgebenen Steuerkreise CONT-V und CONT-W genauso aufgebaut wie der Steuerkreis CONT-U.
Der Betrieb einer Laststromsteuerung des Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis wird für den Fall der U-Phase beschrieben.
Ein Laststrom-Sollwert ILU* wird mit einem in der Last fließenden Strom verglichen, um Phasen-Steuerkreise PHP und PHN zu steuern, so daß der Zyklokonverter CC-U eine zu einem Fehler (Sollwert-Abweichung) &epsi;&sub3; = ILU*-ILU proportionale Spannung erzeugt. Der von einem Verstärker K&sub2; verstärkte Fehler &epsi;&sub3; wird über einen Inverterkreis INV in den Phasen-Steuerkreis PHN eingegeben, so daß die Beziehung αNU = 180º-αPU erhalten wird, wobei αPU und αNU Ausgangsphasen der Phasen-Steuerkreise PHP und PHN sind. Beim Normalbetrieb wird bei einer Ausgangs spannung VPU = KV VS cosαPU des positiven Gruppenumsetzers SSP und einer Ausgangsspannung VNU = -KV VS cosαPU ausgeführt, die am Lastanschluß miteinander ausgeglichen sind. Bei einer sinusförmigen Veränderung des Strom-Sollwertes ILU*, ändert sich der Fehler &epsi;&sub3; davon abhängig. Demzufolge werden die obengenannten Ausgangsphasen αPU und αNU so geregelt, daß ein sinusförmiger Strom IL in der Last (der Ankerwicklung des Dreiphasen-Wechselstrommotors) fließt. Bei einem solchen Normalbetrieb, sind die Ausgangsspannung VPU des positiven Gruppenumsetzers SSP und die Ausgangsspannung VPU des negativen Gruppenumsetzers SSN ausgeglichen, mit dem Ergebnis, daß ein kleiner Kreisstrom IO fließt.
Die Lastströme ILV und ILW der V-Phasen- und W-Phasen-Zyklokonverter werden auf dieselbe Weise gesteuert.
Nachfolgend ist der Steuerbetrieb des Kreisstromes (zirkulierenden Stroms) IO für die U-Phase beschrieben.
Der Kreisstrom IO des Zyklokonverters wird wie folgt erfaßt. Der Kreisstrom IO wird durch Summieren einer erfaßten Größe des Ausgangsstroms IPU des positiven Gruppenumsetzers SSP und einer erfaßten Größe des Ausgangsstroms INU des negativen Umsetzers SSN, subtrahieren eines Absolutwertes einer erfaßten Größe des Laststromes ILU von dieser Summe und multiplizieren mit 0,5 bestimmt. Die Beziehung ist wie folgt:
IOU = (IPU+INU- ILU )/2
Der so erhaltene Kreisstrom IO wird mit dem Sollwert IOU* verglichen. Ein Fehler &epsi;&sub2;=IOU*-IOU wird über den Verstärker K&sub1; an die Addierer A&sub3; und A&sub4; übergeben.
Die Eingangssignal &epsi;&sub4; und &epsi;&sub5; für die Phasen-Steuerkreise PHP und PHN ergeben sich dann wie folgt:
&epsi;&sub4; = K&sub2; &epsi;&sub3; + K&sub1; &epsi;&sub2;, und
&epsi;&sub5; = -K&sub2; &epsi;&sub3; + K&sub1; &epsi;&sub2;.
Die Beziehung αNU 180º -αPU kann also nicht aufrechterhalten werden. Die Ausgangsspannung VPU des positiven Gruppenumsetzers SSP und die Ausgangsspannung VNU des negativen Gruppenumsetzers SSN sind um einen zu K&sub1; &epsi;&sub2; proportionalen Wert nicht ausgeglichen. Die Spannungsdifferenz wird an die Gleichstrom-Spulen L&sub0;&sub1; und L&sub0;&sub2; angelegt, mit dem Ergebnis, daß der Kreisstrom IOU fließt.
Wenn der Kreisstrom IOU größer wird als der Sollwert IOU*, wird der Fehler &epsi;&sub2; negativ, mit dem Ergebnis, daß die Beziehung VPU < VNU eine Abnahme bewirkt. Eine Steuerung wird bewirkt, so daß der Kreisstrom IOU schließlich gleich dem Sollwert IOU* ist.
Die Kreisströme IOV und IOW der V-Phasen- und W-Phasen-Zyklokonverter werden entsprechend gemäß ihrer Sollwerte IOV* und IOW* auf die beschriebene Art gesteuert.
Normalerweise werden die obengenannten Kreisstrom-Sollwerte IOU*, IOV* und IOW* auf dieselben Werte festgesetzt. Es wurde jedoch in der JP-OS 56-133982 ein Verfahren vorgeschlagen, solche Sollwerte abhängig von den Lastströmen in den entsprechenden Phasen zu verteilen, um eine Erhöhung der Stromkapazität des Zyklokonverters zu unterdrücken.
Der elementare Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Zyklokonverters CC&sub1; wurde beschrieben. Weitere Zyklokonverter arbeiten auf dieselbe Weise.
Im folgenden ist ein Betrieb einer Blindleistungssteuerung an der Verbraucherseite der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung des Gesamtblindleistungs-Steuerkreises TQC, der in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung vorgesehen ist. Der gezeigte Schaltkreis umfaßt einen Vergleicher C&sub1;, einen Steuer-Kompensationskreis HQ(S), Operationsverstärker G&sub1; bis Gn, Strombegrenzer LM&sub1;bis LMn und Addierer AD&sub1; bis ADn.
Zunächst wird eine Blindleistung QT an der Verbraucherseite des Gesamtsystems erfaßt. Dabei werden die Ströme und Spannungen an der Verbraucherseite durch den Dreiphasen-Stromdetektor CT bzw. den Dreiphasen-Spannungsdetektor PT erfaßt. Diese erfaßten Werte werden in den Blindleistungs-Verarbeitungskreis VAR eingegeben. Der Schaltkreis VAR führt eine Verarbeitung durch, um die erfaßten Dreiphasen-Spannungen um 90º zu verschieben, um die so verschobenen Spannungen mit Strömen entsprechender Phasen zu multiplizieren. Schließlich wird durch Summieren dieser den drei Phasen entsprechenden Werte die Größe des Momentanwertes der Blindleistung QT an der Verbraucherseite erhalten.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Schaltkreis werden der oben genannte erfaßte Wert der Blindleistung QT und sein Sollwert in den Komperator C&sub1; eingegeben, um einen Fehler (Sollwert-Abweichung) &epsi;&sub1; = QT*-QT zu erhalten. Der so erhaltene Fehler &epsi;&sub1; wird an die nächste Stufe des Steuer-Kompensationskreises HQ(S) übergeben, um eine proportionale oder eine integrale Verstärkung zu bewirken. Der Ausgang IQ* des Steuer-Kompensationskreises HQ(S) dient also als ein Kreisstrom-Sollwert. Zu diesem Zeitpunkt ist die folgende Verarbeitung zum Verteilen der Kreisströme proportional zur Ausgangskapazität jedes Zyklokonverters notwendig, um zu verhindern, daß der zirkulierende Strom unterbrochen wird.
Es wird jetzt angenommen, daß die Operationsverstärker G&sub1; bis Gn ein Vielfaches der zu den Kapazitäten aller Zyklokonverter proportionalen Verteilungsfaktoren sind und dieselbe Kapazität G&sub1; = G&sub2; = G&sub3;= ... = Gn = 1 aufweisen. Beispielsweise ist nur die Kapazität des Zyklokonverters CC&sub2; klein im Vergleich zu den anderen Zyklokonvertern, d.h., der Zyklokonverter CC&sub2; hat eine Kapazität von einem zehntel der Kapazität der anderen, G&sub2; = 0,1 und G&sub1; = G&sub3; = ... = Gn = 1.
Um den Kreisstrom-Sollwert IO1* des Zyklokonverters CC&sub1; zu erhalten, wird ein Ausgangssignal des Operationsverstärkers G&sub1; über den Begrenzerkreis LM&sub1; an den Addierer AD&sub1; übergeben.
Der Begrenzerkreis LM&sub1; hat eine in Fig. 4 gezeigte Charakteristik. Wenn nämlich ein Eingangssignal ei positiv ist, wird ein Ausgangssignal eo nicht begrenzt, mit dem Ergebnis, daß ein Ausgangssignal eo gleich dem Eingangssignal ei (d.h., eo=ei) gebildet wird. Wenn dagegen das Eingangssignal negativ ist, wird das Ausgangssignal eo auf Null begrenzt (d.h., eo=0). Der Begrenzerkreis LM&sub1; arbeitet nämlich so, daß der Kreisstrom-Sollwert IO1* immer positiv ist.
Ferner wird der Ausgang eo des Begrenzerkreises LM&sub1; zu einem vorgewählten minimalen Kreisstrom-Sollwert IO* addiert. Der Kreisstrom-Sollwert ergibt sich wie folgt:
IO1* = eo + ΔIO*
Kreisstrom-Sollwerte IOZ*, IOS*, ..., IOn* anderer Zyklokonverter werden auf dieselbe Weise bestimmt.
Wenn der erfaßte Wert (das Vorzeichen der Phasenverschiebung ist positiv) der Blindleistung an der Verbraucherseite kleiner ist als sein Sollwert QT*, wird der Fehler &epsi;&sub1; = QT*-Q* positiv, um einen Ausgang IO* des Steuer-Kompensationskreises HQ(S) zu erhöhen. Folglich steigen auch die Kreisstrom-Sollwerte IO1*, IO2*, ..., IOn*, die an die entsprechenden Zyklokonverter übergeben werden, und erhöhen so die tatsächlichen Kreisströme.
Wenn der Kreisstrom jedes Zyklokonverters wächst, wächst eine nacheilende Blindleistung QT an der Verbraucherseite. Dadurch ergibt sich schließlich die Beziehung für QT*.
Wenn dagegen QT* < QT, wird der Fehler &epsi;&sub1; negativ, um die Kreisströme aller Zyklokonverter und damit die nacheilende Blindleistung QT zu senken. Folglich wird eine Steuerung so durchgeführt, daß sich schließlich die Beziehung QT QT* ergibt.
Wenn der Fehler &epsi;&sub1; in negativer Richtung zunimmt, wird das Ausgangssignal des Steuer-Kompensationskreises HQ(S) negativ. Die Ausgangssignale eo der Begrenzerkreise LM&sub1;, LM&sub2;, ..., LMn werden jedoch nicht negativ sondern Null.
Folglich gilt die folgende Beziehung bezüglich der Kreisstrom- Sollwerte der entsprechenden Zyklokonverter: IO1* = IO2* = IO3* = ... = IOn* = IO*.
Es fließen also die minimalen Kreisströme. Es besteht also keine Möglichkeit, daß ein Abbrechen oder eine Unterbrechung des geschlossenen Stromkreises auftritt, so daß es möglich wird, den Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis zu erhalten.
Fig. 5 zeigt eine Wellenform der Ausgangsspannung eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis mit 12 Steuerphasen, wenn die Einstellung so vorgenommen wurde, daß eine Ausgangsfrequenz fo 1,2 mal größer als eine Eingangsfrequenz fi ist. In dieser Darstellung ist V&sub1; (dünne durchgezogenen Linie) eine Eingangsspannung, VP (dicke Strichpunktlinie) eine Ausgangsspannung des positiven Gruppenumsetzers, VN (dicke Strich-Zweipunkt- Linie) eine Ausgangsspannung des negativen Gruppenumsetzers, VR (dicke gestrichelte Linie) eine geforderte Ausgangsspannung und VO (dicke durchgezogene Linie) eine tatsächlich vom Zyklokonverter erzeugte Ausgangsspannung (die an die Last angelegt ist).
Die Ausgangsspannung VO wird als Mittelwert der Ausgangsspannungen VP und VN erhalten und stellt eine Treppenstufen-Wellenform dar. Die Ausgangsspannungen VP bzw. VN werden durch Verbinden von Abschnitten (Segmenten) der Eingangsspannung Vi miteinander erhalten. Wenn nur jede Spannung beachtet wird, könnte nicht vermieden werden, daß wie bei dem Zyklokonverter ohne geschlossenen Stromkreis eine unkontrollierbare Periode auftritt. Wenn jedoch die Ausgangsspannung VP in einem unkontrollierbarem Zustand ist, gleicht die Ausgangsspannung VN den Mangel der Fähigkeiten des ersteren aus. Demzufolge kann die Ausgangsspannung VO so gesteuert werden, daß sie dem Sollwert VR folgt.
Der Normalbetriebsmodus des Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis ist nämlich, sowohl den positiven Gruppenumsetzer SSP als auch den negativen Gruppenumsetzer SSN zur selben Zeit zu betreiben. Wenn folglich ein Betriebsmodus eingesetzt wird, bei dem nur einer der beiden aktiviert wird, viz., so daß der Kreisstrom Null werden kann, ergibt sich ein Nachteil derart, daß der Zyklokonverter ein Ausgangssignal mit Sägezahn-Wellenform aufgrund entweder des positiven oder des negativen Gruppenumsetzers hat, mit der Folge, daß viele Oberwellen auftreten.
Der Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis setzte also einen Betriebsmodus ein, bei dem der Kreisstrom darin ungeteilt fließt.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Betriebsmodus des in Fig. 1 gezeigten Systems. In Fig. 6a ist Qcap = konst. eine voreilende Blindleistung, die durch den Leistungsfaktor-Kompensationskondensator CAP gegeben ist, und QCCL eine Blindleistung zu dem Zeitpunkt, zu dem der minimale Kreisstrom IO in jedem Zyklokonverter fließt, gegeben durch die Gesamtheit der Zyklokonverter. Fig. 6b zeigt eine Blindleistung QT an der Verbraucherseite des Gesamtsystems, und Fig. 6c zeigt einen Kreisstrom-Sollwert IO1* des Zyklokonverters CC&sub1;.
Wenn QCCL < Qcap, kann die Blindleistung QT Null werden, indem Kreisströme durch die entsprechenden Zyklokonverter fließen.
Wenn dagegen QCCL > Qcap, d.h. einige Zyklokonverter zur selben Zeit im Überlast-Betrieb betrieben werden, wird eine Steuerung durchgeführt, so daß die Kreisströme jedes Zyklokonverters gleich dem bereits beschriebenen Minimalwert ΔIO* werden. Demzufolge eilt die Blindleistung QT an der Verbraucherseite nach, voraus sich ergibt, daß die Beziehung Leistungsfaktor gleich Eins nicht aufrechterhalten werden kann.
Wenn also der oben genannte Überlast-Betrieb oft auftritt, ist es notwendig, einen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator CAP vorzusehen, der dem Überlast-Betrieb gewachsen ist.
Im allgemeinen ist es häufig so, daß das Zyklokonverter-System über eine lange Zeitspanne bei einem Lastbetrieb unter der berechneten Last betrieben wird und ein Überlast-Betrieb benötigt wird. Insbesondere, wenn mehrere Zyklokonverter parallel betrieben werden, ist die Wahrscheinlichkeit klein, daß die Notwendigkeit des Überlastbetriebs gleichzeitig auftritt.
Wie bereits beschrieben, eilt die Blindleistung QT nach, wenn QCCL > Qcap. Aus einem praktischen Gesichtspunkt ist jedoch die Dauer des Nacheilens der Blindleistung kurz und die Häufigkeit, mit der diese Auftritt, klein, woraus sich ergibt, daß ihr Einfluß auf das Energiesystem nicht groß ist.
Sehr selten werden alle Zyklokonverter zur selben Zeit unter Überlast-Bedingungen betrieben. QCCL (max) in Fig. 6a zeigt eine nacheilende Blindleistung an, wenn alle Zyklokonverter unter Überlast-Bedingungen betrieben werden. In Übereinstimmung mit dem so betriebenen System, wird die gesamte voreilende Blindleistung Qcap des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators so bestimmt, daß sie die maximale Blindleistung QCCL (max) auslöscht. Dies erhöht folglich nicht nur die Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators, sondern auch den in dem Zyklokonverter fließenden Kreisstrom. Folglich sind eine große Kapazität der Konverter, Leistungstransformatoren und Gleichstromspulen etc. erforderlich.
Demgegenüber kann das erfindungsgemäße System die Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensator unter Berücksichtigung des Gesamtbetriebsmodus aller Zyklokonverter bestimmen. Es ist folglich ausreichend, für den Leistungsfaktor-Kompensationskondensator einen Minimalwert vorzusehen, so daß ein erheblicher Verminderungseffekt erwartet werden kann. Selbst wenn der Wert von QCCL größer ist als der Wert von QCCP, wird eine Steuerung ausgeführt, so daß ein minimaler Kreisstrom fließt, so daß ein kontinuierlicher Betrieb ohne Verlust der Eigenschaften des Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis sichergestellt ist. Dies ermöglicht folglich, eine Obergrenze einer Ausgangsfrequenz anzuheben und sinusförmige Ströme mit geringer Störung der Wellenform an die Lasten zu geben.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Betreiben mehrerer parallel geschalteter Zyklokonverter zeigt.
Die gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Stromversorgungsleitung einer Dreiphasen-Stromversorgung, einen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator CAP, Hauptschalter SWA, SWB, SWC und SWD, Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis CC-A, CC-B, CC-C und CC-D mit einem Dreiphasen/Dreiphasen-Umsetzsystem, Wechselstrommotoren MA, MB, MC und MD, einen Stromtransformator CTS, einen Transformator PTS, einen Blindleistung-Verarbeitungskreis VAR, einen Vergleicher CQ, einen Blindleistungs-Steuer-Kompensationskreis HQ, einen Verteilerkreis DST, Kreisstrom-Steuerkreise ACRA, ACRB, ACRC und ACRD, Laststrom-Steuerkreise ALRA, ALRB, ALRC und ALRD, Phasen-Steuerkreise PHC-A, PHC-B, PHC-C und PHC-D und einen Schalt-Steuerkreis C-SEL für einen Leistungsfaktor- Kompensationskondensator.
Zunächst wird der Betrieb des Zyklokonverters CC-A mit geschlossenem Stromkreis beschrieben.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Hauptkreises des Zyklokonverters CC-A mit geschlossenem Stromkreis und des Wechselstrommotors MA. Der gezeigte Schaltkreis umfaßt Leistungstransformatoren TrU, TrV und TrW, U-, V- und W-Phasen- Zyklokonverter CC-U, CC-V und CC-W, einen Anker MA des Wechselstrommotors und eine U-Phasen-Ankerwicklung U, eine V-Phasen- Ankerwicklung V und eine W-Phasen-Ankerwicklung W. Der U-Phasen- Zyklokonverter U weist einen positiven Gruppenumsetzer SSP, einen negativen Gruppenumsetzer SSN und Gleichstromspulen LO1 und LO2 auf.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Steuerkreises für Zyklokonverter. Der gezeigte Steuerkreis umfaßt einen Begrenzerkreis LIM, Addierer AD&sub1; bis AD&sub9;, Vergleicher C&sub1; bis C&sub6;, Kreisstrom-Steuer-Kompensationskreise GOU, GOV und GOW, Laststrom-Steuer-Kompensationskreis GLU, GLV und GLW, Umkehrverstärker IOA&sub1; bis IOA&sub3; und Phasen-Steuerkreise PHPU, PHNU, PHPV, PHNV, PHPW und PHNW.
Der Betrieb des Zyklokonverters CC-A ist mit Bezug auf Figuren 8 und 9 beschrieben.
Der Zyklokonverter CC-A, der eine Vorrichtung zum direkten Umsetzen eines Dreiphasen-Wechselstroms in einen Dreiphasen-Wechselstrom mit einer anderen Frequenz ist, ist in den U-Phasen- Zyklokonverter CC-U, den V-Phasen-Zyklokonverter CC-V und den W- Phasen-Zyklokonverter CC-W aufgeteilt.
Der Betrieb einer Laststromsteuerung und einer Kreisstromsteuerung in dem U-Phasen-Zyklokonverter wird zunächst beschrieben.
Eine Steuerung eines Laststromes IU wird wie folgt bewirkt. Ein Laststrom IU wird vom Stromdetektor CTU erfaßt, um den erfaßten Laststrom IU dem in Fig. 9 gezeigten Komperator C&sub1; einzugeben. Der Komperator C&sub1; vergleicht den Laststrom-Sollwert IU* mit dem oben genannten erfaßten Wert des Laststroms, um einen Fehler &epsi;U = IU*-IU auszugeben. Der Fehler &epsi;U wird in die nächste Stufe des Steuer-Kompensationskreises GLU eingegeben, und erfährt eine proportionale Verstärkung (zur Verbesserung des Regelverhaltens können differentiale oder integrale Elemente eingesetzt werden). Diese proportional Konstante ist im folgenden als KU bezeichnet. Ein Ausgangssignal KU &epsi;U des Steuer-Kompensationskreises GLU wird in den Phasen-Steuerkreis PHPU des positiven Gruppenumsetzers SSP über den Addierer AD&sub1; eingegeben. Ein Signal -KU &epsi;U wird erhalten, wenn das Ausgangssignal KU &epsi;U durch den Umkehrverstärker IOA&sub1; geht, und in den Phasen-Steuerkreis PHNU des negativen Gruppenumsetzers SSN eingegeben.
Der positive Gruppenumsetzer SSP erzeugt eine Spannung VP, die proportional zum Eingangssignal vαP = KV &epsi;U des Phasen-Steuerkreises PHPU ist, in Richtung eines in Fig. 2 gezeigten Pfeiles. Genauso erzeugt der negative Umsetzer SSN eine Spannung proportional zum Eingangssignal vαN des Phasen-Steuerkreises PHNU in einer in der Zeichung dargestellten Pfeilrichtung.
Angenommen, daß ein Ausgangssignal des Kreisstrom-Steuerkreises genügend klein ist, ergibt es sich wie folgt:
vαN = -KU &epsi;U = -vαP.
Folglich weist ein Zündphasenwinkel αNU des negativen Gruppenumsetzers SSN bezüglich eines Zündphasenwinkels αPU des positiven Gruppenumsetzers SSP die folgende Beziehung auf:
αNU = 180º - αPU.
Wenn nämlich der positive Gruppenumsetzer SSP eine positive Spannung VP in einer in Fig. 8 gezeigten Pfeilrichtung erzeugt, erzeugt der negative Gruppenumsetzer SSP eine negative Ausgangsspannung -VN. Die Spannungen am Mittelabgriff der Gleichstromspule sind ausgeglichen, wie durch die Gleichung VP = -VN gezeigt ist.
Folglich wird die unten angegebene Spannung an die Last U angelegt,
wobei KC ein Konversionsfaktor ist.
Wenn IU* > IU wird der Fehler &epsi;U positiv und wird die an die Last U angelegte Spannung VU = KC KU &epsi;U positiv, um den Laststrom IU zu erhöhen. Demzufolge stellt sich schließlich die Beziehung IU LU* ein, so daß das System ausgeglichen ist.
Durch sinusförmiges Verändern des Laststrom-Sollwertes IU* wird der tatsächliche Strom IU demgemäß geregelt, so daß es möglich wird, einen sinusförmigen Strom an die Last U abzugeben.
Im folgenden ist der Betrieb einer Kreisstrom-Steuerung des U- Phasen-Zyklokonverters beschrieben.
Zunächst wird ein Ausgangsstrom IP des positiven Gruppenumsetzers SSP und ein Ausgangs Strom IN des negativen Gruppenumsetzers SSN von den Stromdetektoren CTP und CTN erfaßt, um einen zirkulierenden Strom IOU des U-Phasen-Zyklokonverters durch die folgende Berechnung zu erhalten:
IO = (IP+IN- IU )/2,
wobei IU der Absolutwert der erfaßten Größe des Laststroms IU ist.
Der so erhaltene Kreisstrom IOU wird in den in Fig. 9 gezeigten Komparator C&sub2; eingegeben und dann mit seinem Sollwert IOU* verglichen. Ein Fehler &epsi;OU = IOU*-IOU wird an die Addierer AD&sub1; und AD&sub2; über den Steuer-Kompensationskreis GOU (ein als KOU bezeichnetes Proportional-Glied) übergeben.
Daraus ergeben sich die Eingangssignale VαP und VαN der Phasen- Steuerkreise PHPU und PHNU wie folgt:
Die Beziehung αNU = 180º-αPU kann also nicht aufrechterhalten werden. Die Ausgangsspannung VP des positiven Gruppenumsetzers SSP und die Ausgangsspannung -VN des negativen Gruppenumsetzers SSN sind um einen zu KOU &epsi;OU proportionalen Wert nicht ausgeglichen. Eine unten angegebene Spannung wird an die Gleichstrom- Spulen LO1 und LO2 angelegt, so daß ein Kreisstrom IOU fließt.
VP + VN = KC (v P+v N)
Wenn IOU* > IOU, wird der Fehler &epsi;OU positiv, um den Kreisstrom IOU zu erhöhen. Wenn dagegen IOU* < IOU, wird der Fehler &epsi;OU negativ, so daß die an die Gleichstrom-Spulen LO1 und LO2 angelegte Spannung (VP+VN) negativ werden kann, um den Kreisstrom äbzusenken. Daraus ergibt sich schließlich die Beziehung IOU* IOU und das System ist ausgeglichen.
Die Lastströme IV und IW und Kreisströme IOV und IOW der V- und W-Phasen-Zyklokonverter werden auf dieselbe Weise geregelt. Weiterhin werden auch die anderen Zyklokonverter CC-B, CC-C und CC-D auf dieselbe Weise gesteuert.
Der Betrieb einer Blindleistungs-Steuerung des in Fig. 7 gezeigten Systems sollen nun beschrieben werden.
Zunächst wird eine Blindleistung QT an der Verbraucherseite des Gesamtsystems erfaßt. Es werden also Ströme und Spannungen durch den Dreiphasen-Stromdetektor CTS bzw. den Dreiphasen-Spannungsdetektor PTS erfaßt. Diese erfaßten Werte werden in den Blindleistungs-Verarbeitungskreis VAR eingegeben. Der Schaltkreis VAR kann die erfaßten Dreiphasen-Spannungen um 90º verschieben, um sie mit den erfaßten Dreiphasen-Strömen zu multiplizieren. Durch Summieren der so erhaltenen den drei Phasen entsprechenden Werte, wird der obengenannten erfaßte Wert der Blindleistung QT (Momentanwert) an der Verbraucherseite aufgenommen.
Der erfaßte Wert der Blindleistung QT und sein Sollwert QT* werden in den Vergleicher CQ eingegeben, um einen Fehler &epsi;Q = QT*-QT zu erhalten. Der so erhaltene Fehler &epsi;Q wird an die nächste Stufe des Steuer-Kompensationskreises HQ übergeben, um eine proportionale Verstärkung oder Integralverstärkung zu bewirken. Ein Ausgangssignal IOT* des Steuer-Kompensationskreises HQ dient als ein Kreisstrom-Sollwert für alle Zyklokonverter. Kreisstrom- Sollwerte IOA*, IOB*, IOC* und IOD* werden jeweils an die Zyklokonverter über den Verteilerkreis DST ausgegeben, der später beschrieben ist. Die folgenden Ausführungen sind unter der Annahme gemacht, daß IOA* = IOB* = IOC* = IOD* = IOT*.
An den Zyklokonverter CC-A wird der Kreisstrom-Sollwert IOA* ausgegeben. Der Kreisstrom-Sollwert IOA* wird an den in Fig. 9 gezeigten Begrenzerkreis LM übergeben, durch den IOA* in einen neuen Sollwert IOA'* umgesetzt wird. Fig. 10 zeigt eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des Begrenzerkreises LIM. Wenn das Eingangssignal IOA* gleich oder kleiner Null ist, ist das Ausgangssignal IOA'* gleich Null. Wenn dagegen das Eingangssignal IOA* größer oder gleich IO (max) ist, ist das Ausgangssignal IOA'* gleich IO (max). In einem Mittelbereich, d.h. 0 < IOA* < IO (max), ist IOA'* = IOA.
Das Ausgangssignal des Begrenzerkreises LIM wird an die Addierer AD&sub3;, AD&sub6; und AD&sub9; übergeben, in denen minimale Kreisstrom-Sollwerte IOO* jeweils zu diesen addiert werden. Der Kreisstrom- Sollwert IOU* des U-Phasen-Zyklokonverters ergibt sich also wie folgt:
IOU* = IOA'* + IOO*.
An die U- und W-Phasen-Zyklokonverter werden ähnliche Kreis-Strom-Sollwerte IOV* und IOW* übergeben. Ferner werden an die anderen Zyklokonverter CC-B, CC-C und CC-D ähnliche Kreisstrom- Sollwerte IOB*, IOC* bzw. IOD* übergeben. Diese werden entsprechend durch den Begrenzerkreis in neue Sollwerte IOB'*, IOC'* bzw. IOD'* umgesetzt. Zu jedem neuen Sollwert wird ein minimaler Kreisstrom IOO* addiert. Die so erhaltenen Sollwerte dienen jeweils als Kreisstrom-Sollwerte.
Wenn der erfaßte Wert (der im Falle eines Nacheilens positiv ist) einer Blindleistung an der Verbraucherseite kleiner ist als sein Sollwert QT*, wird der Fehler &epsi;O = QT*-QT positiv, um ein Ausgangssignal des Steuer-Kompensationskreises HQ zu erhöhen. Ebenso werden auch die Kreisstrom-Sollwerte IOA*, IOB*, IOC* und IOD* erhöht, um die tatsächlich zirkulierenden Ströme zu erhöhen.
Wenn der Kreisstrom des Zyklokonverters zunimmt, nimmt die nacheilende Blindleistung QT an der Verbraucherseite zu. Dadurch stellt sich schließlich die Beziehung QT = QT* ein.
Wenn dagegen QT* < QT, wird der Fehler &epsi;Q negativ, um die nacheilende Blindleistung QT zu erhöhen. Demzufolge wird eine Steuerung so durchgeführt, daß die nacheilende Blindleistung schließlich gleich ihrem Sollwert wird.
Wenn der Fehler &epsi;Q in negativer Richtung zunimmt, wird das Ausgangssignal IOT* des Steuer-Kompensationskreises HQ negativ. Die Kreisstrom-Sollwerte IOA*, IOB*, IOC* und IOD*, die an die entsprechenden Zyklokonverter übergeben werden, werden demzufolge auch negativ.
Ein Ausgangssignal IOA'* des Begrenzerkreises LIM wird nicht negativ, sondern gleich Null. An den U-Phasen-Zyklokonverter des Zyklokonverters CC-A wird also IOU* = IOA'*+IOO* = IOO* als ein Kreisstrom-Sollwert übergeben. Es fließt also weiter ein minimaler Kreisstrom IOU IOO*. Der Betrieb der U- und W-Phasen-Zyklokonverter entspricht dem oben beschriebenen. Ferner fließen ähnliche minimale Kreisströme weiter in den anderen Zyklokonvertern CC-B, CC-C und CC-D. Es gibt also keine Möglichkeit, daß der Strom im geschlossenen Stromkreis unterbrochen würde, so daß eine geschlossene Stromkreis-Charakteristik aufrechterhalten wird.
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung des im System von Fig. 7 vorgesehenen Verteilerkreises DST.
Der Verteilerkreis DST umfaßt Absolutwertkreise ABS&sub1; bis ABS&sub4;, Operationsverstärker OA&sub1; bis OA&sub4;, Addierer/Subtrahierer-Kreise A&sub1; bis A&sub4;, Multiplizierer ML&sub1; bis ML&sub4; und Analog-Schaltkreise AS&sub1; bis AS&sub4;. Das Ausgangssignal IOT* des in Fig. 1 gezeigten Blindleistungs-Steuer-Kompensationskreises HQ und an die entsprechenden Zyklokonverter CC-A, CC-B, CC-C und CC-D übergebene Spitzenwerte ImA*, ImB*, ImC* und ImD* der Laststrom-Sollwerte werden in den Verteilerkreis DST eingegeben. U-, V- und W-Phasen-Laststrom-Sollwerte des Zyklokonverters CC-A ergeben sich wie folgt:
wobei ω eine Ausgangs-Winkelfrequenz ist.
Der an den Zyklokonverter CC-A übergebene Kreisstrom-Sollwert IOA* bestimmt sich wie folgt.
Der Spitzenwert ImA* des Laststrom-Sollwertes wird an den Absolutwertkreis ABS&sub1; übergeben. Darauf wird der so erhaltene Absolutwert ImA* /IMA an den Addierer/Subtrahierer-Kreis A&sub1; übergeben. Daraus wird 1-( ImA* /IMA) gebildet.
Das so erhaltene Ausgangssignal des Addierers/Subtrahierer-Kreises A&sub1; wird an den Multiplizierer ML&sub1; übergeben und dann mit dem Ausgangssignal IOT* des obengenannten Blindleistungs-Steuer- Kompensationskreises HQ multipliziert. Der Stromkreis-Sollwert IOA* ergibt sich also wie folgt:
IOA* = IOT* x (1- ImA* /IMA),
wobei ein Wert IMA auf den Maximalwert des Spitzenwertes ImA* des Laststrom-Sollwertes oder einen geringfügig größeren Wert als den Maximalwert gesetzt wird.
Ferner sind die Kreisstrom-Sollwerte IOB*, IOC* und IOD* der anderen Zyklokonverter CC-B, CC-C und CC-D wie folgt gegeben:
Folglich, beispielsweise wenn der Zyklokonverter CC-A im Leichtlast-Betrieb und die anderen Zyklokonverter unter starker Belastung arbeiten, wird der Absolutwert ImA* im Vergleich zum Wert IMA sehr klein. Demzufolge wird ein großer Wert des Kreisstrom-Sollwertes IOA* an den Zyklokonverter CC-A übergeben. Zu diesem Zeitpunkt ergeben sich die Spitzenwerte der Lastströme der anderen Zyklokonverter zu ImB* IMB, ImC* IMC und ImD* = IMD. Die Kreisstrom-Sollwerte IOB*, IOC* und IOD* werden also klein.
Eine Steuerung der gesamten Blindleistung QT wird insbesondere dadurch ausgeführt, daß in einem Zyklokonverter mit geringer Belastung ein großer Kreisstrom und in entsprechenden Zyklokonvertern mit großen Belastungen ein geringerer Kreisstrom fließt. Es genügt also, in dem Zyklokonverter mit starker Belastung einen kleinen Kreisstrom fließen zu lassen, um so zu verhindern, daß die Stromkapazität eines Konverters ansteigt.
Analogschalter AS&sub1; bis AS&sub4; sind vorgesehen, um die entsprechenden Kreisstrom-Sollwerte IOA*, IOB*, IOC* und IOD* auf Null zu setzen, wenn der Betrieb eines zugeordneten Zyklokonverters gestoppt wird, d.h., eine Torunterbrechnung auftritt.
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Leistungsfaktor-Kompensationskondensators CAP, der an einer Verbraucherseite angeschlossen ist, wobei der Kondensator CAP in verteilte Dreiphasen-Kondensatoren CAP&sub1;, CAP&sub2;,... aufgeteilt ist, welche einer großen Anzahl von Stufen entsprechen. Durch Betätigen der in den entsprechenden Stufen vorgesehenen Schalter MC&sub1;, MC&sub2;, ... können die mit diesen verbundenen verteilten Kondensatoren geschaltet werden.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Schalt-Steuerkreises zum Steuern der in Fig. 12 gezeigten Schalter MC&sub1;, MC&sub2;, ... Der Schalt-Steuerkreis umfaßt einen Hysterese-Kreis HYS, monostabile Multivibrator-Kreise (die im folgenden als Mono-Multi bezeichnet sind) MM&sub1; und MM&sub2;, einen Aufwärts/Abwärts- Zähler CN und einen Selektorkreis SELECT.
Das Ausgangssignal IOT* des Blindleistungs-Steuer-Kompensationskreises HQ in dem in Fig. 7 gezeigten System wird in den Hysterese-Kreise HYS eingegeben. Wenn das Ausgangssignal IOT* wächst, und eine Obergrenze a der Hysterese überschreitet, tritt ein steigender Impuls auf, um den Mono-Multi MM&sub1; zu triggern. Beim Auftreten eines Ausgangssignals des Mono-Multis MM&sub1; wird ein Zählwert des Zählers CN um Eins inkrementiert. Auf das Ausgangssignal des Zählers CN hin, erzeugt der Selektorkreis SELECT ein Ausgangssignal zum Vermindern der Anzahl der angeschlossenen verteilten Kondensatoren des Leistungs-Kompensationskondensators CAP um Eins. Wenn die Kapazität des Kondensators CAP abgesenkt ist, eilt die Blindleistung QT an der Verbraucherseite nach, um das Ausgangssignal IOT* des Blindleistungs-Steuer-Kompensationskreises HQ zu senken. Zu diesem Zeitpunkt wird die zu vermindernde Kapazität insoweit bestimmt, daß das Ausgangssignal IOT* eine Untergrenze b erreicht.
Wenn dagegen der Zyklokonverter unter starker Belastung betrieben wird, mit dem Ergebnis, daß das Ausgangssignal IOT* auf einen Wert unter den Grenzwert b der Hysterese abgesenkt wird, wird ein fallender Impuls an den Mono-Multi MM&sub2; übergeben, um diesen zu triggern und so einen Zählwert des Zählers um Eins zu senken. Auf das Ausgangssignal des Mono-Multis MM&sub2; hin, bildet der Selektorkreis SELECT ein Ausgangssignal zum Erhöhen der Anzahl der angeschlossenen verteilten Kondensatoren des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators um Eins.
Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen einem Zählwert des Zählers CN und der Anzahl der geschlossenen Schalter MC&sub1; bis MC&sub4;, wenn der Leistungsfaktor-Kompensationskondensator CAP in vier Stufen aufgeteilt ist. Durch Steuern der Anzahl der angeschlossenen verteilten Kondensatoren des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators CAP abhängig von der Größe des Kreisstrom-Sollwertes IOT* können Vorteile erwartet werden. Insbesondere macht der Einsatz einer solchen Steuerung es möglich, daß die Werte der in den entsprechenden Zyklokonvertern fließenden Kreisströme insbesondere bei leichter Belastung nicht klein sind, und daß nicht nur der Verlust in den Konvertern sondern auch der Verlust in den Leistungstransformatoren oder Gleichstromspulen vermindert wird, wodurch die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad des gesamten Systems verbessert werden.
Unnötig anzumerken, daß die vorliegende Erfindung unter Verwendung von Zyklokonvertern mit geschlossenem Stromkreis in Dreiecksschaltung umgesetzt werden kann, wie in der JP-OS 58-60328 beschrieben ist. Der gesamte in Fig. 3 gezeigte Blindleistungs- Steuerkreis TQC ist so aufgebaut, daß die Operationsverstärker G&sub1;, G&sub2;, ..., Gn für die Aufteilung an der vorhergehenden Stufe und die Begrenzerkreise LM&sub1;, LM&sub2;, ..., LMn und die Addierer AD&sub1;, AD&sub2;, ... ADn an der nachfolgenden Stufe vorgesehen sind. Anstelle dieses Aufbaus kann auch eine umgekehrte Anordnung erfolgen. D.h., die Begrenzerkreise und Addierer sind an der vorhergehenden Stufe und die Operationsverstärker für die Verteilung G&sub1;, G&sub2;, ... Gn sind an der nachfolgenden Stufe vorgesehen. In diesem Fall genügt es, einen Begrenzerkreis und einen Addierer vorzusehen.
Weiterhin muß nicht gesagt werden, daß das erfindungsgemäße Betriebssystem auf dieselbe Weise betrieben werden kann, selbst wenn ein Zyklokonverter mit nicht-geschlossenem Stromkreis unter mehreren Zyklokonvertern vorkommt.
Wie gesagt, können die folgenden Vorteile mit dem erfindungsgemäßen System erwartet werden.
(1) Es genügt, gemeinsame Kondensatoren, die den Leistungsfaktor-Kompensationskondensator an der Verbraucherseite bilden, vorzusehen, wodurch es möglich wird, die Verdrahtung und den dafür erforderlichen Bereich zu vermindern.
(2) Selbst wenn eine Torunterbrechung in einem oder einigen der Zyklokonverter aufgrund einer Störung auftritt, kann die Blindleistung an der Verbraucherseite durch andere normale Zyklokonverter auf kontinuierliche Weise gesteuert werden, und damit der Einfluß auf das gesamte System so klein wie möglich gehalten werden.
(3) Die Kapazität des angeschlossenen Leistungsfaktor-Kompensationskondensators an der Verbraucherseite kann als ein Optimalwert unter Berücksichtigung des Betriebsmodus mehrerer Zyklokonverter ausgewählt werden, wodurch die Kapazität vermindert wird.
(4) Unter keinen Umständen fließt ein unnötiger Kreisstrom, wodurch es möglich wird, die Kapazität der Leistungstransformatoren oder -umsetzer zu vermindern.
(5) Es ist möglich, mehrere Zyklokonverter mit hohem Wirkungsgrad zur selben Zeit zu betreiben.
(6) Wenn die Summe der nacheilenden Blindleistung des gesamten Zyklokonvertersystems die Kapazität des Leistungsfaktor- Kompensationskondensator aufgrund eines Überlast-Betriebs überschreitet, wird eine Steuerung durchgeführt, um die an die entsprechenden Zyklokonverter übergebenen Kreisstrom- Sollwerte auf festen Werten ungleich Null zu halten, so daß immer ein Betrieb durchgeführt wird, bei dem die Eigenschaften eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis nicht verlorengehen.
(7) Wenn die Kreisströme, die in den entsprechenden Zyklokonvertern fließen sollen, im Falle eines Schwachlast-Betriebes erhöht werden, wird eine Steuerung bewirkt, um die Anzahl der angeschlossenen verteilten Kondensatoren des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators abhängig von der Größe des Kreisstrom-Sollwertes zu vermindern, wodurch der Betriebswirkungsgrad verbessert wird.
(8) Wenn entsprechende Zyklokonverter einzeln unter einer Schwachlastbedingung oder unter starker Belastung betrieben werden, wird eine verteilte Steuerung durchgeführt, um in den Zyklokonvertern mit schwacher Belastung einen großen Kreisstrom und in den Zyklokonvertern mit starker Belastung einen geringeren Kreisstrom fließen zu lassen, so daß die Stromkapazität des Konverters nicht erhöht wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Betreiben von parallel geschalteten Zyklokonvertern, mit:

(a) einer Wechselstromversorgung,

(b) mehreren parallel an die Wechselstromversorgung angeschlossenen Zyklokonvertern mit geschlossenem Stromkreis (CC&sub1;, CC&sub2;, ... CCn; CC-A, CC-B, CC-C, CC-D),

(c) mehreren Lasten (M&sub1;, M&sub2;, ... Mn; MA, MB, MC, MD) die Leistung von entsprechenden Zyklokonvertern empfangen,

(d) Ausgangsstrom-Steuereinrichtungen (ILC&sub1;, ILC&sub2;, ... ILCn; ALRA, ALRB, ALRC, ALRD) zum Steuern der Ausgangsströme jeder der mehreren Zyklokonverter,

(e) Kreisstrom-Steuereinrichtungen (IOC&sub1;, IOC&sub2;,... IOCn; ACRA, ACRB, ACRC, ACRD) zum Steuern der Kreisströme in jedem der mehreren Zyklokonverter abhängig von Kreisstrom-Sollwerten (IO1*, IO2*, ...IOn*; IOA*, IOB*, IOC*, IOD*),

(f) einem Leistungsfaktor-Kompensationskondensator (CAP), der an einer Verbraucherseite der Wechselstromversorgung angeschlossen ist, und

(g) einer Detektorvorrichtung (CT, PT, VAR; CQ, HQ) zum Erfassen der Gesamtblindleistung (QT) an der Verbraucherseite der Wechselspannungsversorgung,

dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsfaktor-Kompensationskondensator (CAP) und die Detektorvorrichtung (CT, PT, VAR; CQ, HQ) den mehreren Zyklokonvertern gemeinsam sind, und daß ferner

(h) eine Übergabevorrichtung (TQC, DST) vorgesehen ist zum Übergeben entsprechender Kreisstrom-Sollwerte auf der Basis der von der Detektorvorrichtung erfaßten Gesamtblindleistung (QT) an die Kreisstrom-Steuereinrichtungen der entsprechenden Zyklokonverter der mehreren Zyklokonverter, wobei die Übergabevorrichtung Vorrichtungen (G&sub1;, G&sub2;, ... Gn, LM&sub1;, LM&sub2;, LM&sub3;, LM&sub4;) zum Anpassen jeder der entsprechenden Kreisstrom-Sollwerte im Verhältnis zu der gewichteten Ausgangsleistung jeder der entsprechenden Zyklokonverter aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabevorrichtung weiterhin Vorrichtungen (LM&sub1;, LM&sub2;, ... LMn, AD&sub1;, AD&sub2;, ... ADn, ABS&sub1;, ABS&sub2;, ABS&sub3;, ABS&sub4;, OA&sub1;, OA&sub2;, OA&sub3;, OA&sub4;, A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4;) aufweist, um die Kreisstrom-Sollwerte auf einem Wert, der nicht kleiner als ein vorgegebener Wert (ΔIO*,1) ist, zu halten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabevorrichtung (DST) die entsprechenden Kreisstrom-Sollwerte (IOA*, IOB*, IOC*, IOD*) abhängig von der Gesamtblindleistung (QT) und der Laststrom-Sollwerte (ImA*, ImB*, ImC*, ImD*) jedes der entsprechenden Zyklokonverter übergibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabeeinrichtung (DST) die entsprechenden Kreisstrom-Sollwerte (IOA*, IOB*, IOC*, IOD*) gemäß der folgenden Beziehungen:

übergibt, wobei IOT* abhängig von der Gesamtblindleistung (QT) ist;

ImA*, ImB*, ImC*, ImD* Spitzenwerte der entsprechenden Laststrom-Sollwerte sind, und

IMA, IMB, IMC, IMD vorgegeben entsprechende Maximallaststrom-Sollwerte sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Leistungsfaktor-Kompensationskondensator in eine Vielzahl von Stufenkondensatoren (CAP&sub1;, CAP&sub2;, ... CAPn) aufgeteilt ist, die über Schalter (MC&sub1;, MC&sub2;, ... MCn) parallel zur Verbraucherseite der Wechselstromversorgung geschaltet sind, wobei die Schalter abhängig von den Kreisstrom-Sollwerten betätigbar sind, um die Anzahl der an die Wechselstromversorgung angeschlossenen Stufenkondensatoren zu steuern.