DE3586534T2

DE3586534T2 - Steuerungsverfahren fuer einen zyklokonverter und einrichtung dafuer.

Info

Publication number: DE3586534T2
Application number: DE8585309478T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Tanaka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2005-12-25
Also published as: KR890004591B1; EP0186513B1; KR860005473A; CA1257326A; EP0186513A3; US4670826A; DE3586534D1; EP0186513A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Zyklokonverter-System mit geschlossenen Stromkreis, das einen Wechselstrom mit variabler Frequenz an eine ein- oder mehrphasige Last abgibt.
Ein Zyklokonverter ist eine Vorrichtung zum direkten Umsetzen eines Wechselstromes mit einer konstanten Frequenz in einen Wechselstrom mit einer anderen Frequenz. Der Nachteil von Zyklokonvertern ist, daß es notwendig ist, den Zyklokonverter bildende Thyristoren durch eine Versorgungsspannung umzupolen, mit der Folge, daß von einer Leistungsquelle eine große Blindleistung erzeugt wird. Die Blindleistung ändert sich ferner immer synchron mit einer Frequenz auf der Lastseite. Daher muß nicht nur die Kapazität des gesamten Systems oder Netzes erhöht werden, sondern entstehen auch verschiedene nachteilige Einflüsse auf mit diesem System verbundene elektrische Einrichtungen.
Zur Überwindung dieser Nachteile wurde eine Blindleistung kompensierende Vorrichtung an einer Verbraucherseite eines Zyklokonverters eingerichtet. Diese Maßnahme erfordert jedoch eine umfangreiche Apparatur, einen größeren Bereich hierfür und hohe Kosten.
Zur Lösung der genannten Nachteile wurde ein Blindleistung kompensierender Zyklokonverter vorgeschlagen, wie er in der JP-OS 56-44382 beschrieben ist. Dabei wird ein Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis eingesetzt, um einen Leistungsfaktor- Kompensationskondensator mit einer Verbraucherseite des Zyklokonverters zu verbinden und so einen im geschlossenen Stromkreis fließenden Strom (Kreisstrom) des Zyklokonverters zu steuern, so daß sich eine voreilende Blindleistung des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators und eine nacheilende Blindleistung des Zyklokonverters gegenseitig aufheben. Die Funktion einer Blindleistung kompensierenden Vorrichtung, die nach dem Stand der Technik benötigt wurde, wurde in dem Zyklokonverter selbst einrichtet. Die herkömmliche Blindleistung kompensierende Einrichtung wurde folglich überflüssig. Daher konnte der Zyklokonverter verkleinert und leichter gemacht werden und senken sich seine Kosten.
Im oben genannten Blindleistung kompensierenden Zyklokonvertersystem wird die Kapazität eines Leistungsfaktor-Kompensationskondensators an der Verbraucherseite als ein Bezugswert oder Standard bestimmt, wenn der Zyklokonverter einen berechneten oder Nennbetrieb bewirkt. Wenn ein Überlastbetrieb erwartet wird, ist es notwendig im voraus einen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator vorzusehen, der eine Kapazität aufweist, die dem gewachsen ist.
Das heißt, wenn versucht wird, eine Steuerung derart zu bewirken, daß ein Eingangs-Leistungsfaktor an einer Verbraucherseite immer auf Eins gehalten wird, wird eine Ausgangskapazität des Zyklokonverters durch die Kapazität des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators bestimmt, woraus sich ergibt, daß ein Überlastbetrieb, der eine Kapazität über der des Lastkondensators erfordert, unmöglich ist.
Wenn ferner in Erwartung eines Überlastbetriebes ein Leistungsfaktor-Kompensationskondensator mit einer höheren Kapazität im voraus angeschlossen ist, erhöht sich ein Kreisstrom, der in einem Zyklokonverter bei Betrieb mit einer Nennlast oder einer geringen Belastung fließen würde. Dies führt zu einer Erhöhung der Kapazität eines Konverters oder Leistungstransformators oder ergibt ein System mit geringem Wirkungsgrad aufgrund einer Erhöhung des Verlustes.
In der US 4,418,380 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Stroms im geschlossenen Stromkreis (Kreisstrom) des Zyklokonverters angegeben, bei dem die Kreisströme des Zyklokonverters in den entsprechenden Phasen derart verteilt sind, daß der Kreisstrom klein ist, wenn der Absolutwert des Laststromes groß ist, und umgekehrt. Die maximale von dem Zyklokonverter ausgegebene Leistung ist jedoch durch die Kapazität des Phasenschieber-Kondensators begrenzt, und es ist keine Lösung angegeben, um diese Grenze zu überschreiten. Der Fall, daß der Zyklokonverter im Überlastbetrieb arbeiten muß, ist also nicht vorgesehen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerverfahren für einen Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis und eine Steuervorrichtung dafür zu schaffen, mit denen es möglich ist, einen stabilisierten Überlastbetrieb zu bewirken, ohne die Kapazität eines Leistungsfaktor-Kompensationskondensators zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird durch Ausnutzen des Vorteils (hohe Obergrenze für eine Ausgangsfrequenz) eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis ein Überlastbetrieb mit einer Blindleistungs-Steuerung durchgeführt, so daß ein Eingangs-Leistungsfaktor auf Eins gehalten wird, bis eine Nennlast erreicht ist. Es ist daher ausreichend, einen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator vorzusehen, dessen Kapazität ausreicht, eine durch den Zyklokonverter zum Zeitpunkt des Nennbetriebes gegebene nacheilende Blindleistung auszugleichen.
Beim Überlastbetrieb unterbricht die Blindleistungs-Steuerung an einer Verbraucherseite die Steuerung, so daß weiterhin ein minimaler Kreisstrom im Zyklokonverter fließt. Es besteht also keine Möglichkeit, daß ein Abreißen oder eine Unterbrechung eines Kreisstromes auftritt, wodurch ein stabilisierter Überlastbetrieb möglich wird.
Die Erfindung sieht daher eine Zyklokonverter-Vorrichtung vor, mit einem Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis zur Verbindung an eine ein- oder mehrphasige Last, wobei der Zyklokonverter zum Empfangen von Leistung von einer Wechselstromversorgung eingerichtet ist, mit einem an einer Verbraucherseite des Zyklokonverters angeschlossenen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator, einer Einrichtung zum Bestimmen einer Blindleistung der Zyklokonverter-Vorrichtung, einem Sollwert-Erzeuger, der mit der Vorrichtung zum Bestimmen der Blindleistung verbunden ist und auf die bestimmte Blindleistung anspricht, um einen Sollwert zu erzeugen, einem mit dem Sollwert-Erzeuger verbundenen Vergleicher zum Vergleichen des im Zyklokonverter fließenden Kreisstroms mit dem erzeugten Sollwert und einer mit dem Vergleicher verbundenen Steuereinrichtung zum Steuern des im Zyklokonverter fließenden Kreisstroms abhängig vom Ergebnis des Vergleiches durch den Vergleicher, gekennzeichnet durch eine mit dem Sollwert-Erzeuger verbundene Sollwert-Einstellvorrichtung zum Verändern des vom Sollwert-Erzeuger gebildeten Sollwertes, wenn ein Ausgangsstrom des Zyklokonverters größer als ein berechneter oder Nennwert ist, so daß der Sollwert auf einen im wesentlichen konstanten Wert gesetzt wird und konstant bleibt, unabhängig von Veränderungen des Ausgangsstromes größer als der Nennwert, wobei der im Zyklokonverter fließende Kreisstrom im wesentlichen konstant bleibt.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist ein Steuerverfahren für einen Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis vorgesehen, mit den folgenden Verfahrensschritten: Erzeugen eines Kreistrom-Sollwerts abhängig von einer Blindleistung an einer Verbraucherseite des Zyklokonverters, Vergleichen eines Kreisstromes mit einem Kreisstrom-Sollwert und Steuern des Kreisstromes abhängig von Ergebnis des Vergleichs, wobei sich eine nacheilende Blindleistung des Zyklokonverters und eine voreilende Blindleistung des Leistungsfaktor-Kompensationskondensators, der an einer Verbraucherseite des Zyklokonverters angeschlossen ist, gegenseitig aufheben, wenn ein Ausgangsstrom des Zyklokonverters kleiner als ein Nennwert ist, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Ausgangsstrom größer als der Nennwert ist, der Kreisstrom-Sollwert durch eine Sollwert-Einstellvorrichtung auf einen im wesentlichen konstanten Wert gesetzt wird und auf diesem konstanten Wert bleibt, unabhängig von Veränderungen des Ausgangsstromes größer als der Nennwert, wodurch der Kreisstrom im wesentlichen konstant bleibt.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zyklokonverter-Systems,
Fig. 2 die Beziehung zwischen Spannung- und Stromvektoren zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 1 gezeigten Systems,
Fig. 3 die Beziehung eines Laststromes IL zu einem Kreisstron IO und einen Leistungsfaktor an einer Verbraucherseite zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 1 gezeigten Systems,
Fig. 4 die Wellenform einer Ausgangsspannung eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis,
Fig. 5 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zyklokonverter-Systems,
Fig. 6 einen Schaltplan für ein Beispiel eines Blindleistungs-Sollwert-Schaltkreises, der im in Fig. 5 gezeigten System vorgesehen ist, und
Fig. 7 die Beziehung einer Laststromamplitude Im zu einem Blindleistungs-Sollwert Qs* und einem Kreisstron Io zur Erklärung des Betriebs des in Fig. 5 gezeigten Systems.
Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zyklokonverter-Systems.
Das Zyklokonverter-System weist eine Stromversorgungsleitung BUS einer Drei-Phasen-Stromversorgung, eine Leistungsfaktor-Kompensationskondensator-Anordnung CAP mit Kondensatoren in Dreiecks- oder Sternschaltung, einen Leistungstransformator TR, einen Zyklokonverter CC mit geschlossenem Stromkreis und eine Last LOAD auf.
Der Zyklokonverter CC umfaßt einen positiven Gruppenumsetzer SSP, einen negativen Gruppenumsetzer SSN und Gleichstromspulen L&sub0;&sub1; und L&sub0;&sub2; mit Mittelabgriffen.
Ein Steuerkreis für den Zyklokonverter CC umfaßt einen Laststromdetektor CTL, einen Ausgangsstromdetektor CTP des positiven Gruppenumsetzers, einen Ausgangsstromdetektor CTN des negativen Gruppenumsetzers, einen Transformator PTS zum Erfassen einer Dreiphasen-Wechselspannung an einer Verbraucherseite, einen Stromtransformator CTS zum Erfassen eines Dreiphasen-Wechselstroms, einen Blindleistungs-Rechenkreis VAR, Komparatoren C&sub1;, C&sub2; und C&sub3;, Addierer A&sub1;, A&sub2; und A&sub3;, Steuer-Kompensationskreise HQ(S), GO(S) und GL(S), einen Begrenzerkreis LIM, einen Kreisstrom-Steller VRO, einen Operationsverstärker K&sub1; und Phasensteuerkreise PHP und PHN.
Zunächst ist der Betrieb einer Laststrom-Steuerung beschrieben.
Ein Laststrom-Sollwert IL* und ein erfaßter Wert eines in der Last fließenden Stromes IL werden in den Vergleicher C&sub3; eingegeben, um einen Fehler oder eine Abweichung &epsi;&sub3; = IL* - IL zu erhalten. Die Abweichung &epsi;&sub3; wird in den Laststrom-Steuer-Kompensationskreis GL(S) eingegeben, um eine proportionale oder integrale Verstärkung durchzuführen. Bei diesem Beispiel hat der Laststrom-Steuer-Kompenstationskreis GL(S) der Einfachheit halber lediglich ein Proportionalelement (Verstärkung KL). Es wird jetzt angenommen, daß ein Ausgangssignal des Kreisstrom-Steuerkreises GO(S) genügend klein ist. Wenn das Ausgangssignal vernachlässigbar ist, ist ein Eingangssignal des Phasensteuerkreises PHP für den positiven Gruppenumsetzer SSP gegeben durch VαP = KL &epsi;&sub3; und dessen Ausgangsspannung ergibt sich zu:
VP = KV VS cosαP VαP.
Zu diesem Zeitpunkt wird vom Phasensteuerkreis PHN für den negativen Gruppenumsetzer SSN ein Signal VαN = -KL &epsi;&sub3; erhalten, indem ein Ausgangssignal KL &epsi;&sub3; vom Steuerkompensationskreis GL(S) durch den invertierenden Operationsverstärker K&sub1; geführt wird. Eine Ausgangsspannung VN des negativen Gruppenumsetzers SSN ergibt sich also zu:
VN = -KV VS cosαN - VαN = VP,
wobei KV eine Konversionskonstante, VS eine Versorgungsspannung und αP und αN Zündphasenwinkel sind.
Es wird also ein Normalbetrieb durchgeführt, bei dem sich die Ausgangsspannung VP des positiven Gruppenumsetzers SSP und die Ausgangsspannung VN des negativen Gruppenumsetzers SSN am Lastanschluß gegenseitig ausgleichen. Zu diesem Zeitpunkt gilt die Beziehung αN = 180º - αP bezüglich der Zündphasenwinkel der beiden Umsetzer. An die Last LOAD wird die Spannung VL = (VP + VN)/2 angelegt, die ein Mittelwert der Ausgangsspannungen der beiden Umsetzer ist.
Wenn IL* > IL ist, wird die Abweichung &epsi;&sub3; positiv, um die Ausgangsspannung VP und VN in Richtung des Pfeiles in der Zeichnung zu erhöhen. Die Spannung VL am Lastanschluß erhöht sich demzufolge, um den Laststrom IL zu erhöhen. Wenn dagegen IL* < IL ist, wird die Abweichung &epsi;&sub3; negativ, um die Ausgangsspannungen VP und VN in einer zur Pfeilrichtung in der Zeichnung entgegengesetzten Richtung zu erzeugen. Die Spannung VL am Lastanschluß wird demzufolge negativ, um den Laststrom IL zu senken. Dadurch stellt sich schließlich die Beziehung IL* IL ein, und das Steuersystem wird so in einen ausgeglichenen Zustand gebracht.
Wenn ein Betrieb mit sinusförmiger Veränderung des Strom-Sollwertes IL* durchgeführt wird, ändert sich die Abweichung &epsi;&sub3; entsprechend. Die oben genannten Zündphasenwinkel αP und αN werden demzufolge so gesteuert, daß in der Last ein sinusförmiger Strom IL fließt. Bei einem solchen Normalbetrieb sind die Spannungen VP und VN des positiven Gruppenumsetzers SSP und des negativen Gruppenumsetzers SSN zueinander ausgeglichen, so daß nur ein geringer Kreisstrom IO fließt.
Im folgenden ist der Steuerbetrieb des Kreisstromes IO beschrieben.
Der Kreisstrom IO des Zyklokonverters wird wie folgt erfaßt. Der Kreisstrom IO wird durch Bilden dar Summe eines erfaßten Wertes des Ausgangsstroms IP des positiven Gruppenumsetzers SSP mit einem erfaßten Wert des Ausgangsstromes IN des negativen Gruppenumsetzers SSN, Subtrahieren eines Absolutwertes eines erfaßten Wertes des Laststromes IL von dieser Summe und Multiplizieren des Ergebnisses mit einhalb bestimmt. Die Beziehung ist gegeben durch
IO = (IP + IN - IL )/2.
Der so erhaltene Kreisstrom IO wird mit den Sollwert IO* verglichen. Eine Abweichung &epsi;&sub2; =IO* - IO wird an die nächste Stufe des Kreisstrom-Steuer-Kompensationskreises GO(S) übergegeben. Die Abweichung &epsi;&sub2; wird proportional oder integral verstärkt. Der Einfachheit halber wird bei diesem Beispiel angenommen, daß GO(S) = kO, d.h., daß der Kreisstrom-Steuer-Kompensationskreis GO(S) lediglich ein Proportionalglied aufweist. Ein Ausgangs signal des Kreisstrom-Steuer-Kompensationskreises GO(S) wird an die Addierer A&sub2; und A&sub3; übergeben.
Die Eingangsspannungen VP und VN der Phasensteuerkreise PHP und PHN ergeben sich wie folgt:
VP = KL &epsi;&sub3; + KO &epsi;&sub2; und
VN = -KL &epsi;&sub3; + KO &epsi;&sub2;.
Die Beziehung αN 180º - αP kann also nicht aufrechterhalten werden. Die Ausgangsspannung VP des positiven Gruppenumsetzers SSP und die Ausgangsspannung VN des negativen Gruppenumsetzers SSN sind um einen zu KO &epsi;&sub2; proportionalen Wert nicht ausgeglichen. Die Spannungsdifferenz (VP - VN) wird an die Gleichstromspulen L&sub0;&sub1; und L&sub0;&sub2; angelegt, so daß der Kreisstrom IO fließt.
Wenn IO* > IO ist, nimmt die Abweichung &epsi;&sub3; einen positiven Wert an. Dies erhöht die Ausgangsspannung VP und senkt die Ausgangsspannung VN. Die Spannungsdifferenz (VP - VN) nimmt also einen positiven Wert an, um den Kreisstrom IO zu erhöhen. Wenn dagegen IO* < IO ist, wird die Abweichung &epsi;&sub2; negativ. Dies senkt die Ausgangsspannung VP und erhöht die Ausgangsspannung VN. Der Spannungsunterschied (VP - VN) nimmt also einen negativen Wert an, um den Kreisstrom IO zu senken. Schließlich wird sich die Beziehung IO* IO einstellen, so daß das Steuersystem in einen ausgeglichenen Zustand kommt.
Bei einer solchen Kreisstrom-Steuerung variieren die Spannungen VP und VN des positiven und des negativen Gruppenumsetzers. Da jedoch die Spannung VL am Lastanschluß als ein Mittelwert der Ausgangsspannungen VP und VN erhalten wird, beeinflußt eine solche Veränderung die Laststrom-Steuerung nicht.
Demgegenüber wird die Blindleistungs-Steuerung wie folgt durchgeführt.
An der Verbraucherseite sind der Dreiphasen-Stromdetektor CTS und der Dreiphasen-Spannungsdetektor PTS vorgesehen. Die Blindleistung Q wird von dem Blindleistungs-Rechenkreis VAR berechnet. Der Sollwert Q* für die Blindleistungs-Steuerung wird im allgemeinen auf Null gesetzt. Der Vergleicher C&sub1; erzeugt eine Abweichung &epsi;&sub1; = Q* - Q. Der Blindleistungs-Steuer-Kompensationskreis HQ(S) arbeitet normalerweise als Integralelement, so daß die stationäre Abweichung oder bleibende Regelabweichung &epsi;&sub1; Null werden kann. Der genannte Kreisstrom-Sollwert IO* wird erhalten, indem ein Ausgangssignal des Steuer-Kompensationskreises HQ(S) durch den Addierer A&sub1; geführt wird.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen den Spannungs- und Stromvektoren an der Verbraucherseite, wobei die Vektorbeziehung eine einzelne Phase der Dreiphasen-Stromversorgung darstellt. In der Zeichnung ist VS eine Versorgungsspannung, Icap ein voreilender Strom, der in dem Leistungsfaktor- Kompensationskondensator fließt, ICC ein Eingangsstrom des Zyklokonverters, IS ein Wirkanteil des Eingangsstromes und IREACT ein Blindanteil des Eingangsstromes. ISSP und ISSN stellen Eingangsströme des positiven bzw. des negativen Gruppenumsetzers dar. Wenn ein Strom-Konversionsfaktor des Konverters mit K&sub1; bezeichnet ist, ergeben sich die oben genannten Eingangsströme ISSP und ISSN zu:
ISSP = K&sub1; IP und
ISSN = K&sub1; IN.
Diese Vektordarstellung zeigt die Bedingung an, bei der der Laststrom IL vom positiven Gruppenumsetzer SSP abgegeben wird. Der Ausgangsstrom IP des positiven Gruppenumsetzers ist gegeben durch IP = IL + IO und der Ausgangsstrom IN des negativen Gruppenumsetzers ist gegeben durch IN = IO.
Der Eingangsstrom ICC des Zyklokonverters wird als Vektorsumme der Eingangsströme ISSN und ISSP erhalten. Der Wirkwert IS und der Blindwert IREACT des Eingangsstromes ICC sind gegeben durch:
IS = ISSP cosαP + ISSN cosαN
= K&sub1; (IL + IO) cosαP + K&sub1;IOcosαN
K&sub1;IL cosαP
IREACT = ISSP sinαP + ISSN sinαN
= K&sub1; (IL + IO) sinαP + K&sub1;IO sinαN
K&sub1; (IL + 2IO) sinαP,
wobei die Beziehungn αN 180º - αP in die obige Abweichung eingesetzt wird. Der im Zyklokonverter fließende Kreisstrom IO beeinflußt also den Wirkwert IS an der Eingangsseite nicht, beeinflußt aber den Blindwert IREACT. Durch eine Steuerung des Kreisstromes IO derart, daß der betroffene Blindstrom IREACT immer gleich dem voreilenden Strom ICAP des Leistungsfaktor- Kompensationskondensators ist, wird der von der Stromversorgung abgegebene Strom IS immer gleich dem Wirkanteil und kann der Grundwellen-Leistungsfaktor auf Eins gehalten werden.
Betrachtet man nun wieder Fig. 1, so wird die Abweichung &epsi;&sub1; = Q* - Q positiv, wenn Q* > Q (die Nacheilung wird positiv), um den Kreisstrom-Sollwert IO* durch den Steuer-Kompensationskreis HQ(S) zu erhöhen. Der tatsächliche Wert IO IO* des Kreisstromes wird also erhöht, um so den nacheilenden Blindstromwert IREACT des im Zyklokonverter fließenden Eingangsstromes ICC zu erhöhen. Demzufolge wird die nacheilende Blindleistung Q an der Leistungs-Verbraucherseite erhöht, und eine Steuerung bewirkt, mit der Q Q* erhalten wird. Wenn dagegen Q* < Q ist, wird der Kreisstrom IO vermindert, so daß auch die verzögerte Blindleistung Q abnimmt. Auf diese Weise wird der Zyklokonverter in einen ausgeglichenen Zustand gebracht, bei dem Q Q*.
Fig. 3 zeigt die Beziehung des Laststromes IL zum Kreisstrom IO und den Leistungsfaktor P.F.
Wenn der Laststrom IL Null ist, fließt nur der Kreisstrom IO im Zyklokonverter CC um die Beziehung ICAP = IREACT aufrechtzuerhalten. Der Wert des Kreisstroms wird also groß.
Wenn der Wert des Laststroms IL zunimmt, nimmt der Wert des Kreisstroms IO ab, so daß der Eingangs-Leistungsfaktor Eins bleibt. Wenn der Laststrom einen berechneten oder Nennstrom durch eine weitere Erhöhung des Laststromes IL überschreitet, kann die durch den Leistungsfaktor-Kompensationskondensator CAP gegebene voreilende Blindleistung die durch den Zyklokonverter gegebene nacheilende Blindleistung nicht mehr ausgleichen, wodurch sich der nacheilende Leistungsfaktor an der Verbraucherseite ergibt. Der Wert der Abweichung &epsi;&sub1; = Q* - Q bei der Blindleistungs-Regelung wird negativ und auch das Ausgangssignal des Steuer-Kompensationskreises HQ(S) wird negativ. Wenn jedoch der Ausgang von HQ(S) einen negativen Wert an den Begrenzerkreis LIM übergibt, wird das Ausgangssignal I*QQ des Begrenzerkreises LIM Null.
Andererseits ist durch einen Kreisstrom-Steller VRO ein weiterer Kreisstrom-Sollwert ΔIO* gegeben. Der Strom-Sollwert ΔIO* wird auf einen Wert eingestellt, bei dem der Kreisstrom des Zyklokonverters CC nicht unterbrochen wird.
Das Ausgangssignal IO* = I*QQ + ΔIO* des Addierers stellt also den tatsächlichen Kreisstrom-Sollwert dar. Ein tatsächlicher Kreisstrom (Iststrom) IO wird bezüglich des Ausgangssignales des Addierers geregelt.
Demnach wird selbst dann, wenn der Laststron IL zunimmt und einen Nennwert überschreitet, eine Steuerung bewirkt, bei der der Kreisstrom IO des Zyklokonverters CC nicht unterbrochen wird.
In diesem Fall ist der Leistungsfaktor an der Verbraucherseite nicht Eins. Wenn also der Laststrom IL zunimmt, tritt ein Zustand auf, bei dem der Leistungsfaktor nacheilt. In einem System, in dem der Überlastbetrieb selten auftritt, bereitet dies keine Schwierigkeiten.
Fig. 4 zeigt eine Ausgangsspannungs-Wellenform eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis mit zwölf Steuerphase, der so eingestellt ist, daß eine Ausgangsfrequenz f&sub0; 1,2 mal größer als eine Eingangsfrequenz f&sub1; ist. In dieser Darstellung ist Vi (dünne durchgezogene 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 (Soll-Spannung) und VO (dicke durchgezogene Linie) eine tatsächlich vom Zyklokonverter erzeugte Ausgangsspannung (Ist-Spannung) (die an die Last angelegt ist).
Die Ausgangsspannung VO wird als ein Mittelwert der Ausgangsspannungen VP und VN erhalten und stellt eine Treppenstufen-Wellenform dar. Die Ausgangsspannungen VP und VN werden durch Verbinden von Abschnitten (Segmenten) der Eingangsspannung Vi miteinander erhalten. Wenn nur jede Spannung einzeln betrachtet wird, tritt eine unkontrollierbare Periode, so wie bei einem Zyklokonverter mit nicht-geschlossenem Stromkreis, auf. Wenn jedoch die Ausgangsspannung VP in einem nicht steuerbaren Zustand ist, kompensiert die Ausgangsspannung VN diesen Mangel der Fähigkeit der ersteren. Wenn andererseits die Ausgangsspannung VN in einem nicht steuerbaren Zustand ist, kompensiert die Ausgangsspannung VP diesen Mangel der ersteren. Demzufolge kann die Ausgangsspannung VO so gesteuert werden, daß sie dem Sollwert VR folgt.
Im Normalbetriebsmodus des Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis betreibt dieser nämlich gleichzeitig sowohl den positiven Gruppenumsetzer SSP als auch den negativen Gruppenumsetzer SSN. Wenn folglich ein Betriebsmodus eingesetzt ist, bei dem nur einer der beiden aktiviert wird, viz., so daß der Kreisstrom Null werden kann, weist der Zyklokonverter ein Ausgangssignal mit Sägezahn-Wellenform aufgrund des Betriebes entweder des positiven oder des negativen Gruppenumsetzers auf, mit der Folge, daß viele Oberwellen auftreten.
Der Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis setzt also einen Betriebsmodus ein, bei dem der Kreisstrom ungeteilt fließt.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zyklokonverter-Systems.
Das Zyklokonverter-System dieser Ausgestaltung weist eine Versorgungsleitung BUS einer Dreiphasen-Stromversorgung, eine Leistungsfaktor-Kompensationskondensator-Anordnung CAP mit Kondensatoren in Dreieck- oder Sternschaltung, einen Leistungstransformator TR, einen Zyklokonverter CC mit geschlossenem Stromkreis und eine Last LOAD auf.
Der Zyklokonverter CC umfaßt einen positiven Gruppenumsetzer SSP, einen negativen Gruppenumsetzer SSN und Gleichstromspulen L&sub0;&sub1; und L&sub0;&sub2; mit Mittelabgriffen.
Ein Steuerkreis für den Zyklokonverter CC weist einen Laststrom-Detektor CTL, einen Ausgangsstrom-Detektor CTP des positiven Gruppenumsetzers einen Ausgangsstrom-Detektor CTN des negativen Gruppenumsetzers, einen Transformator PTS zum Erfassen einer Dreiphasen-Wechselspannung an einer Verbraucherseite, einen Stromtransformator CTS zum Erfassen eines Dreiphasen-Wechselstromes, einen Blindleistungs-Rechenkreis VAR, Vergleicher C&sub1;, C&sub2;, C&sub3; und C&sub4;, Addierer A&sub1; und A&sub2;, einen Multiplizierer ML, Steuer-Kompensationskreise GN(S), HQ(S), GO(S) und GL(S), einen Absolutwertkreis ABS, einen Blindleistungs-Sollwert-Kreis FQ, einen Operationsverstärker K&sub1; und Phasensteuerkreise PHP und PHN auf.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen Zyklokonverter, der für ein Geschwindigkeitssteuersystem für einen elektrischen Motor eingesetzt ist. Das Ausgangssignal Im des Steuer-Kompensationskreises GN(S), das erzeugt wird, wenn eine Abweichung &epsi;&sub4; zwischen der Bezugsgeschwindigkeit N* und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit N in den Steuer-Kompensationskreis GN(S) eingegeben wird, entspricht einer Amplitude des Motorstromes.
Das Ausgangssignal Im wird in den Multiplizierer ML eingegeben und dort mit einem Sinuskurven-Signal sinωt multipliziert, das synchron mit einer auf die Geschwindigkeit bezogenen elektromotorischen Kraft des Motors ist. Der Laststrom-Sollwert IL* wird also als ein Ausgangssignal des Multiplizierers ML erzeugt.
Zunächst ist die Arbeitsweise einer Laststrom-Steuerung beschrieben.
Ein Laststrom-Sollwert IL* und ein erfaßter Momentanwert eines in der Last fließenden Stromes IL werden an den Vergleicher C&sub3; übergeben, um eine Abweichung &epsi;&sub3; = IL* - IL zu erhalten. Die Abweichung &epsi;&sub3; wird an den Laststrom-Steuer-Kompensationskreis GL(S) übergeben und dort proportional oder integral verstärkt. In diesem Beispiel weist der Laststrom-Steuer-Kompensationskreis GL(S) der Einfachheit halber lediglich ein Proportionalelement (Verstärkung KL) auf. Es wird jetzt angenommen, daß das Ausgangssignal des Kreisstrom-Steuerkreises GO(S) genügend klein ist. Wenn das Ausgangssignal vernachlässigbar ist, ergibt sich ein Eingangssignal des Phasensteuerkreises PHP für den positiven Gruppenumsetzer zu VαP = KL &epsi;&sub3; und dessen Ausgangsspannung ergibt sich zu:
VP = KV VS cosαP VαN.
Zu diesem Zeitpunkt wird in den Phasensteuerkreis PHN für den negativen Gruppenumsetzer SSN ein Signal VαN = -KL &epsi;&sub3; eingegeben, das erhalten wurde, indem ein Ausgangssignal KL &epsi;&sub3; des Steuer-Kompensationskreises GL(S) durch den invertierenden Operationsverstärker K&sub1; gegangen ist. Eine Ausgangsspannung des negativen Gruppenumsetzers SSN ergibt sich also zu:
VN = -KV VS cosαN -VαN = VP,
wobei KV eine Konversionskonstante, VS eine Versorgungsspannung und αP und αN Zündphasenwinkel sind.
Bei einem solchen Normalbetrieb sind die Ausgangsspannung VP des positiven Gruppenumsetzers SSP und die Ausgangsspannung VN des negativen Gruppenumsetzers SSN am Lastanschluß zueinander ausgeglichen. Dabei ist die Beziehung αN = 180º -αP bezüglich der Zündphasenwinkel der beiden Umsetzer erfüllt. An die Last L0AD wird die Spannung VL = (Vp + VN)/2 angelegt, die einen Mittelwert der Ausgangsspannungen der beiden Unsetzer ist.
Wenn IL* > IL ist, wird die Abweichung &epsi;&sub3; positiv, um die Ausgangsspannungen VP und VN in eine durch den Pfeil in der Zeichung angegebene Richtung zu erhöhen. Die Spannung VL am Lastanschluß nimmt also zu, um den Laststrom IL zu erhöhen. Wenn dagegen IL* < IL ist, wird die Abweichung &epsi;&sub3; negativ, um die Ausgangsspannungen VP und VN in einer der Pfeilrichtung entgegengesetzten Richtung zu bilden. Daraus folgt, daß die Spannung VL am Lastanschluß negativ wird, um den Laststrom IL zu senken. Dadurch stellt sich schließlich die Beziehung IL* IL ein, und ist das Regelsystem in einem ausgeglichenen Zustand.
Bei einer Betriebsweise, bei der sich der Strom-Sollwert IL* sinusförmig ändert, ändert sich die Abweichung &epsi;&sub3; entsprechend. Die erwähnten Zündphasenwinkel αP und αN werden dann so gesteuert, daß ein sinusförmiger Strom IL in der Last fließt. Bei einem solchen Normalbetrieb sind die Spannungen des positiven Gruppenumsetzers SSP und des negativen Gruppenumsetzers SSN zu einander ausgeglichen, mit der Folge, daß ein kleiner Kreisstrom IO fließt.
Im folgenden ist die Steuerung des Kreisstromes IO beschrieben.
Der Kreisstrom IO des Zyklokonverters wird wie folgt erfaßt. Der Kreisstrom IO wird durch Bilden der Summe eines erfaßten Wertes (Istwert) des Ausgangsstromes IP des positiven Gruppenumsetzers und eines Istwertes des Ausgangsstromes IN des negativen Gruppenumsetzers SSN, Subtrahieren eines Absolutwertes eines Istwertes des Laststromes IL von dieser Summe und Multiplizieren des Ergebnisses mit einhalb erhalten. Die Beziehung ergibt sich zu:
IO = (IP + IN - IL )/2.
Der so erhaltene Kreisstrom IO wird mit seinem Sollwert IO * verglichen. Eine Abweichung &epsi;&sub2; = IO* - IO wird an die nächste Stufe des Kreisstrom-Steuer-Kompensationskreises GO(S) übergeben. Die Abweichung &epsi;&sub2; wird proportional oder integral verstärkt. In diesem Beispiel wird der Einfachheit halber angenommen, daß GO(S) = KO &epsi;&sub2;, d.h., daß der Kreisstrom-Steuer-Kompensationskreis GO(S) lediglich ein Proportionalelement aufweist. Ein Ausgangssignal des Kreisstrom-Steuer-Kompensationskreises GO(S) = KO wird an die Addierer A&sub1; und A&sub2; übergeben.
Die Eingangsspannungen VP und VN für die Phasensteuerkreise PHP und PHN ergeben sich zu:
VP = KL &epsi;&sub3; + KO &epsi;&sub2; und
VN = -KL &epsi;&sub3; + KO &epsi;&sub2;.
Die Beziehung αN 180º -αP kann also nicht aufrechterhalten werden. Die Ausgangsspannung VP des positiven Gruppenumsetzers SSP und die Ausgangsspannung VN des negativen Gruppenumsetzers SSN sind um einen zu KO &epsi;&sub2; proportionalen Wert nicht ausgeglichen. Ihre Spannungsdifferenz (VP - VN) wird an die Gleichstromspulen L&sub0;&sub1; und L&sub0;&sub2; angelegt, so daß der Kreisstrom IO fließt.
Wenn IO* > IO ist, wird die Abweichung &epsi;&sub2; positiv. Dadurch erhöht sich die Ausgangsspannung VP und nimmt die Ausgangsspannung VN ab. Die Spannungsdifferenz (VP - VN) wird positiv, um den Kreisstrom IO zu erhöhen. Wenn dagegen IO* < IO ist, wird die Abweichung &epsi;&sub2; negativ. Dadurch nimmt die Ausgangsspannung Vp ab und die Ausgangsspannung VN zu. Die Spannungsdifferenz (VP - VN) wird also negativ, um den Kreisstrom IO zu senken. Schließlich stellt sich die Beziehung IO* IO ein, wodurch das Regelsystem in einen ausgeglichenen Zustand kommt.
Bei einer derartigen Kreisstrom-Steuerung variieren die Ausgangsspannungen VP und VN des positiven und des negativen Gruppenumsetzers. Wenn jedoch die Spannung VL am Lastanschluß als ein Mittelwert der Ausgangsspannung VP und VN erhalten wird, beeinflussen solche Veränderungen die Laststrom-Steuerung nicht.
Die Blindleistungs-Steuerung wird wie folgt durchgeführt.
An der Verbraucherseite, sind der Dreiphasen-Stromdetektor CTS und der Dreiphasen-Spannungsdetektor PTS vorgesehen. Die Blindleistung QS wird vom Blindleistungs-Rechenkreis VAR berechnet. Der Sollwert Q* der Blindleistung ist normalerweise Null. Der Vergleicher C&sub1; erzeugt eine Abweichung &epsi;&sub1; = QS* - QS. Der Blindleistungs-Steuer-Kompensationskreis HQ(S) setzt normalerweise ein integrales Element ein, um die bleibende Regelabweichung &epsi;&sub1; Null zu machen. Das Ausgangssignal des Blindleistungs-Kompensations-Steuerkreises HQ(S) ist der obengenannte Kreisstrom-Sollwert IO*.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen Spannungs- und Stromvektoren an der Verbraucherseite, wobei die Vektorbeziehung für eine einzelne Phase der Dreiphasen-Stromversorgung gezeigt ist. In dieser Zeichnung ist Icap ein im Leistungsfaktor-Kompensationskondensator fließender, voreilender Strom, ICC ein Eingangsstrom des Zyklokonverters, IS ein Wirkanteil des Eingangsstromes und IREACT ein Blindanteil des Eingangsstromes. Ferner sind ISSP und ISSN Eingangsströme des positiven bzw. des negativen Gruppenumsetzers. Wenn ein Strom-Konversionsfaktor des Umsetzers K&sub1; ist, ergeben sich die Eingangsströme ISSP und ISSN zu:
ISSP = K&sub1; IP und
ISSN = K&sub1; IN.
Diese Vektordarstellung zeigt den Zustand, bei dem der Laststrom IL vom positiven Gruppenumsetzer SSP abgegeben wird. Der Ausgangsstrom IP des positiven Gruppenumsetzers ist gegeben durch IP = IL + IO, der Ausgangsstrom IN des negativen Gruppenumsetzers ist gegeben durch IN = IO.
Der Eingangsstrom ICC des Zyklokonverters wird als Vektorsumme der Eingangsströme ISSN und ISSP erhalten. Der Wirkanteil IS und der Blindanteil IREACT des Eingangsstromes ICC sind gegeben durch:
IS = ISSP cosαP + ISSN cosαN
= K&sub1; (IL + IO) cosαP + K&sub1;IO cosαN
= K&sub1;IL cosαP
IREACT = ISSP sinαP + ISSN sinαN
= K&sub1; (IL + IO) sinαP + K&sub1;IO sinαN
K&sub1; (IL + 2IO) sinαP,
wobei die Beziehung αN 180º - αP in die obige Ableitung eingesetzt wird. Der im Zyklokonverter fließende Kreisstrom IO beeinflußt die Wirkkomponente IL an der Eingangsseite nicht, sondern nur die Blindkomponente IREACT. Durch Bewirken einer Regelung des Kreisstromes IO, so daß der betroffenen Blindstrom IREACT immer gleich dem voreilenden Strom ICAP des Phasenschieber-Kondensators ist und der von der Stromversorgung abgegebene Strom IS immer zum Wirkanteil wird, kann der Grundwellen-Leistungsfaktor auf Eins gehalten werden.
Wenn QS* > QS (die Nacheilung hat einen positiven Wert), wird auch bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 die Abweichung &epsi;&sub1; = QS* - QS positiv, um den Kreisstrom-Sollwert IO* durch den Steuer-Kompensationskreis HQ(S) zu erhöhen. Dadurch wird der tatsächliche Wert IO IO* des Kreisstroms erhöht, um so den verzögerten Blindstrom-Anteil IREACT des im Zyklokonverter fließenden Eingangsstromes ICC zu erhöhen. Demzufolge erhöht sich die verzögerte Blindleistung Q an der Verbraucherseite und bewirkt eine Steuerung, bei der Q Q* erreicht wird. Wenn dagegen Q* < Q ist, fällt der Kreisstrom IO ab und nimmt demzufolge auch die verzögerte Blindleistung Q ab. Auf diese Weise kommt der Zyklokonverter in einen ausgeglichenen Zustand, bei dem QS QS* erreicht wird.
Unter der Annahme, daß als Last ein elektrischer Motor eingesetzt ist, ist im folgenden der Betrieb der Drehzahl-Regelung des Motors beschrieben.
Wenn ein Gleichstrommotor als Last eingesetzt wird, kann gesagt werden, daß die Last LOAD von Fig. 1 einer Ankerwicklung des Gleichstrommotors entspricht. Wenn weiterhin ein Wechselstrommotor als Last eingesetzt ist, kann gesagt werden, daß die Last LOAD von Fig. 1 einer Phase einer Ankerwicklung des Wechselstrommotors entspricht. Bei diesem Beispiel beziehen sich die Erläuterungen auf den Wechselstrommotor (Synchronmotor).
Eine Drehgeschwindigkeit N des Motors wird von einem Tachosignalgeber oder einem drehbarem Impulsgeber oder ähnlichem erfaßt. Eine Abweichung &epsi;&sub4; = N* - N wird durch Vergleichen des Geschwindigkeits-Sollwertes N* mit dem erfaßten Geschwindigkeitswert N im Vergleicher C&sub4; erhalten. Die Abweichung &epsi;&sub4; wird an den Geschwindigkeits-Steuer-Kompensationskreis GN(S) übergeben, um eine proportionale oder integrale Verstärkung durchzuführen. Auf diese Weise wird der Amplituden-Sollwert Im des Laststromes IL bestimmt, der an die Motorwicklung abgegeben werden soll.
Der Multiplizierer ML multipliziert den Amplituden-Sollwert Im mit einer Einheits-Sinuswelle (eine Phase) sinωt, die synchron mit einer Drehlage des Motors ist. Das Ausgangssignal IL* = Im sinωt dient als Strom-Sollwert, der an die Ankerwicklung (eine Phase) des Motors übergeben wird.
Wenn ein Dreiphasen-Motor als Last eingesetzt ist, ergeben sich Strom-Sollwerte für die jeweiligen Phasen zu:
I*LU = Im sinωt
I*LV = Im sin (ωt - π/3)
I*LW = Im sin (ωt - 2π/3)
wobei ω eine Drehwinkelfrequenz des Motors ist.
Wenn N* > N ist, wird die Abweichung &epsi;&sub4; positiv und nimmt der Amplituden-Sollwert Im zu, um einen Laststrom (Ankerstrom) zu erhöhen, so daß ein gebildetes Drehmoment zunehmen kann. Der Motor wird also beschleunigt, mit der Folge, daß sich schließlich die Beziehung N* = N einstellt und das System in einen ausgeglichenen Zustand kommt.
Wenn dagegen N* < N ist, wird die Abweichung &epsi;&sub4; negativ, so daß der Amplituden-Sollwert Im abfallen oder negativ werden kann, und ein gebildetes Drehmoment abnimmt oder eine Strombremsung an den Motor angelegt wird. Der Motor wird also abgebremst, wodurch sich schließlich die Beziehung N* = N einstellt und das System in einen ausgeglichenen Zustand kommt.
Wenn der erfindungsgemäße Zyklokonverter unter Bedingungen arbeitet, bei denen ein Laststrom unter dem Nennwert ist, bewirkt er eine Steuerung, bei der die Blindleistung an der Verbraucherseite Null wird. Wenn der Zyklokonverter jedoch im Überlastbetrieb arbeitet, bewirkt eine Steuerung, bei der der Sollwert Q&sub3;* für die Blindleistungs-Regelung an der Verbraucherseite Abhängigkeit von der Größe (Amplitude Im) des Laststromes verändert wird.
Gemäß Fig. 5 wird der Stromamplituden-Sollwert Im über den Absolutwert-Kreis ABS in den Blindleistungs-Sollwert-Kreis FQ eingegeben, und so der Blindleistungs-Sollwert QS* an der Verbraucherseite erhalten.
Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels des Blindleistungs- Sollwert-Kreises FQ, wobei OA&sub1; und OA&sub2; invertierende Operationsverstärker, R&sub1; bis R&sub5; Widerstände, D eine Diode und VR ein Pegeleinsteller sind.
Mit dem Pegeleinsteller VR wird ein berechneter oder Nennwert Imo des Laststromes festgesetzt. Unter Annahme, daß die Widerstandswerte der Widerstände R&sub1; bis R&sub3; für den invertierenden Operationsverstärker OA&sub1; gleich groß sind, kann (Imo - Im ) als dessen Ausgabe bestimmt werden. Wenn Imo - Im, d.h. wenn ein Laststrom geringer als der Nennwert ist, wird der Wert (Imo - Im ) positiv. Das Ausgangssignal des invertierenden Operationsverstärkers OA&sub1; wird jedoch zwangsweise durch die Wirking der Diode auf Null gezogen. Dagegen wird der Wert (Imo - Im ) vom invertierenden Operationsverstärker OA&sub1; ausgegeben.
Der invertierende Operationsverstärker OA&sub2; andererseits weist einen Verstärkungsfaktor von KQ = (R&sub5;/R&sub4;) auf. Wenn also Im ≤ Imo ist, wird der Blindleistungs-Sollwert Qs* Null. Wenn dagegen Im > Imo ist, ergibt der Blindleistungs-Sollwert QS* zu: QS* = KQ ( Im - Imo).
Fig. 7 zeigt die oben genannte Beziehung zwischen IO* und QS*, wobei die Laststrom-Amplitude Im des Blindleistungs-Sollwertes QS* immer auf Null gesetzt wird, bis sie den Nennwert Imo erreicht, und im Überlastbetrieb proportional zur Amplitude Im zunimmt, wenn ein Laststrom über dem Nennwert Imo liegt. Dabei ist eine Proportionalkonstante KQ im wesentlichen konstant, so daß der Kreisstrom IO des Zyklokonverters nicht unterbrochen wird.
Der Kreisstrom IO des Zyklokonverters nimmt also umgekehrt proportional zum Absolutwert Im der Amplitude des Laststromes IL ab, so daß die Blindleistung QS Null wird, bis der Absolutwert Im gleich dem Nennwert ist. Wenn dagegen der Zyklokonverter unter Bedingungen betrieben wird, bei denen der Absolutwert Im den Nennwert überschreitet, wird die Blindleistung QS an der Verbraucherseite nicht Null, worauf zu einer Steuerung umgeschaltet wird, bei der der Kreisstrom IO nicht in Übereinstimmung mit der nacheilenden Blindleistung unterbrochen wird.
Es sei bemerkt, daß keine Steuerung durchgeführt wird, bei der der Kreisstrom IO im Überlastbetrieb vollständig konstant gehalten wird, sondern eine Regelung, bei der die Blindleistung an der Verbraucherseite ihren Sollwert QS* annimmt. Ganz genau gesehen, ändert sich also der Kreisstrom ständig, wodurch die Blindleistung QS konstant gehalten wird.
Eine derartige Regelung liefert gute Ergebnisse bezüglich Oberwellen eines Eingangsstroms des Zyklokonverters. Wenn nämlich eine Wechselstromlast angeschlossen ist, treten Oberwellen im Eingangsstrom des Zyklokonverters relative zu einer Frequenz auf der Lastseite auf. Es wird angenommen, daß das Auftreten dieser Oberwellen durch Veränderungen einer Wirkleistung an der Verbraucherseite des Zyklokonverters bewirkt wird und eine Blindleistung an der Verbraucherseite des Zyklokonverters verändert. Bei einer symmetrischen Belastung der drei Phasen wird die Wirkleistung konstant, so daß keine dadurch verursachten Oberwellen eines Eingangsstromes auftreten. Abhängig von der Phasenregelung ändert sich jedoch die Blindleistung an der Verbraucherseite ständig. Es besteht also selbst bei einer symmetrischen Belastung der drei Phasen die Möglichkeit, daß Oberwellen in einem Strom an der Eingangsseite auftreten.
Indem die Blindleistung an der Verbraucherseite des Zyklokonverters konstant gehalten wird, ist es möglich, die Oberwellen an der Eingangsseite zu vermindern (insbesondere, die mit einer Grundwelle gekoppelten Seitenbandwellen).
Das erfindungsgemäße Zyklokonverter-System bewirkt eine Steuerung oder Regelung, bei der die Blindleistung konstant gehalten wird, d.h. QX = 0, bis der Ausgang die Nennlast erreicht, so daß es aus oben genannten Gründen möglich wird, die Oberwellen auf der Eingangsseite zu vermindern. Ferner bewirkt der Zyklokonverter nach der Erfindung eine Steuerung oder Regelung, bei der bei einem Betrieb über der Nennlast die Blindleistung konstant gehalten wird, d.h. QS = QS* in mikroskopischer Hinsicht, wodurch es möglich sind, Oberwellen in einem Strom an der Eingangsseite zu vermindern.
Für die beschriebenen Ausgestaltungen galt, daß eine Einphasen- Last eingesetzt ist. Die Erfindung kann jedoch auf dieselbe Weise in Verbindung mit einer Zweiphasen-Last oder Mehrphasen-Last umgesetzt werden.
Die Erfindung ist weiterhin auf einen Zyklokonverter in Dreiecksschaltung anwendbar. Wenn ferner ein Zyklokonverter mit Mehrphasen-Ausgang eingesetzt ist, ist die Verteilung der Kreisströme auf die entsprechenden Phasen möglich. Es muß also nicht gesagt werden, daß verschiedene Anwendungen möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verändern.
Wie gesagt, können durch die Erfindung die vorteilhaften Merkmale eines Zyklokonverters mit geschlossenem Stromkreis (geringe Verzerrung im Ausgangsstrom und hohe Obergrenze der Ausgangsfrequenz) selbst im Überlastbetrieb erhalten werden, wodurch eine stabilisierte Arbeitsweise sichergestellt ist. Die Erfindung macht es ferner möglich, den Leistungsfaktor an der Verbraucherseite immer auf Eins zu halten, bis der Ausgang den Nennlastbetrieb erreicht, ohne daß es nötig wäre, die Kapazität des an der Verbraucherseite des Zyklokonverters angeschlossenen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator wesentlich zu erhöhen. Die für einen Überlastbetrieb erforderliche Zunahme der Kapazität eines Leistungstransformators oder -umsetzers ist also relativ gering, wodurch ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad möglich wird.
Selbst bei einem Überlastbetrieb ändert sich nur der Blindleistungs-Sollwert QS* an der Verbraucherseite, und wird die Blindleistungs-Steuerung noch fortgesetzt. Aus einer mikroskopischen Sicht wird eine Steuerung aufrechterhalten, bei der die Blindleistung konstant ist. Dies macht es möglich, Oberwellen (insbesondere mit der Grundwelle gekoppelte Seitenbandwellen) auf der Eingangsseite zu vermindern, die aufgrund der Veränderungen der Blindleistung auftreten würden.

Claims

1. Zyklokonverter-Vorrichtung mit

einem Zyklokonverter (CC) mit geschlossenem Stromkreis zur Verbindung an eine ein- oder mehrphasige Last, wobei der Zyklokonverter (CC) dazu eingerichtet ist, von einer Wechselstromversorgung Leistung zu empfangen, mit

einem Leistungsfaktor-Kompensationskondensator (CAP), der mit einer Verbraucherseite des Zyklokonverters (CC) verbunden ist,

einer Einrichtung (CTS, PTS, VAR) zum Bestimmen einer Blindeleistung (Q, QS) der Zyklokonverter-Vorrichtung,

einem Sollwert-Erzeuger (C&sub1;, HQ (S); C&sub4;, GN (S), ABS), der mit der Einrichtung zum Bestimmen der Blindleistung verbunden ist und auf die Blindleistung (Q, QS) anspricht, um einen Sollwert (Io*) zu erzeugen,

einem Vergleicher C&sub2;, der mit dem Sollwert-Erzeuger verbunden ist, um den im Zyklokonverter (CC) im geschlossenen Stromkreis fließenden Strom (Kreisstrom) (Io) mit dem erzeugten Sollwert (Io*) zu vergleichen, und

einer mit dem Vergleicher (C&sub2;) verbundenen Steuereinrichtung (Go (S), A&sub2;, A&sub3;, PHN, PHP, A&sub1;) zum Steuern des im Zyklokonverter (CC) fließenden Kriesstromes (Io) abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs durch den Vergleicher (C&sub2;), gekennzeichnet durch

eine mit dem Sollwert-Erzeuger verbundene Sollwert-Einstelleinrichtung (LIM, A&sub1;, VRo; VQ) zum Verändern des von dem Sollwert-Erzeuger gebildeten Sollwertes (Io*), wenn ein Ausgangsstrom (IL) des Zyklokonverters (CC) größer ist als ein berechneter Wert, so daß der Sollwert (Io*) festgelegt wird und Ausgangsstromes (IL), die größer als der berechnete Wert sind, wobei der in dem Zyklokonverter (CC) fließende Kreisstrom (Io) im wesentlichen konstant bleibt.

2. Zyklokonverter-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert-Erzeuger (C&sub1;, HQ(S)) auch auf einen Blind-Sollwert (QS*) anspricht und die Sollwert-Einstelleinrichtung (FQ) einen Blind-Sollwert (QS*) von Null ausgibt, wenn der Ausgangsstrom (IL) kleiner ist als der berechnete Wert und einen Blind-Sollwert (QS*) ausgibt, der proportional zur Größe des Ausgangsstroms (IL) zunimmt, wenn der Ausgangsstrom (IL) größer als der berechnete Wert ist.

3. Steuerverfahren für einen Zyklokonverter mit geschlossenem Stromkreis nach Anspruch 1, mit folgenden Verfahrensschritten:

Erzeugen eines Kreisstrom-Sollwertes (Io*) abhängig von einer Blindleistung (Q, QS) an einer Verbraucherseite des Zyklokonverters (CC), Vergleichen eines Kreisstroms (Io) mit einem Kreisstrom-Sollwert (Io*) und Steuern des Kreisstoms (Io) abhängig von dem Vergleichsergebnis, wobei eine nacheilende Blindleistung des Zyklokonverters (CC) und eine voreilende Blindleistung des Leistungsfaktor-Komponsationskondensators (CAP), der an einer Verbraucherseite des Zyklokonverters (CC) angeschlossen ist, sich gegenseitig aufheben, wenn ein Ausgangsstrom (IL) des Zyklokonverters (CC) kleiner als ein berechneter Wert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

dann, wenn der Ausgangsstrom (IL) größer als der berechnete Wert ist, der Kreisstrom-Sollwert (Io*) durch die Sollwert-Einstelleinrichtung (LIM, A&sub1;, VRo; FQ) auf einen im wesentlichen konstanten Wert eingestellt wird und im wesentlichen konstant bleibt, unabhängig von Änderungen des Ausgangsstroms (IL), die größer als der berechnete Wert sind, wobei der Kreisstrom (Io) im wesentlichen konstant bleibt.