DE3625011C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung
der Wirkleistung in einem als Schwingkreis ausgebildeten
Lastkreis eines Umrichters nach dem Oberbegriff des Patent
anspruches 1.
Die Erfindung bezieht sich auf Umrichter dieser Art, bei denen der
Lastkreis von einem Parallelschwingkreis gebildet wird
und/oder die Gleichrichter von einem Strom- und
Spannungsregler gesteuert werden und/oder im Zwischenkreis
eine Glättungsdrossel angeordnet ist und/oder die
elektronischen Schalter Thyristoren sind. Der Patentanspruch 1 geht
in seinem Oberbegriff von einem St. d. T. aus, wie er aus der
DE-PS 32 37 716 bekannt ist.
Daraus ist ein Umrichter dieser Art bekannt. Um bei solchen Umrichtern
die Wirkleistung im Lastkreis zu messen, ist es üblich, ein
Kreuzspulmeßgerät einzusetzen, dem ein dem vom
Wechselrichter an den Lastkreis gelieferten Strom
proportionales Signal sowie ein der Spannung am Lastkreis
proportionales Signal zugeleitet werden. Solche
Kreuzspulmeßgeräte sind teuer und lassen sich bei niedrigen
Frequenzen unter 50 Hz grundsätzlich nicht und bei hohen
Frequenzen oberhalb 20 kHz wegen des bei den geforderten
hohen Lastströmen erforderlichen Stromwandlers nicht
einsetzen. Aber auch im mittleren Frequenzbereich ist der
Einsatz von Stromwandlern problematisch, da Stromwandler,
die bei den geforderten großen Lastströmen ein dem Laststrom
proportionales Meßsignal liefern, teuer sind. Schließlich
ist oft aus Raumgründen die Unterbringung eines solchen
Stromwandlers am Wechselrichterausgang kaum oder nur unter
großem Aufwand möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen
statischen elektrischen Umrichter eine Einrichtung zur
Messung der Wirkleistung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei noch
vergleichsweise geringem Aufwand einen größeren
Frequenzbereich bei der Messung erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Anspruches 1 dazu angegebenen Merkmale gelöst.
Dabei wird die Wirkleistung durch
arithmetische Mittelwertbildung der Produkte aus den
Augenblickswerten des Eingangsstromes des Gleichrichters
(1) und der Spannung am Lastkreis (5), unter
Berücksichtigung der Polarität des Laststromes, ermittelt.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist im
Unteranspruch angegeben.
Bei der Erfindung werden drei Signale miteinander verknüpft
und daraus ein Signal gewonnen, das in einem einfachen
Anzeigegerät, z. B. einem Drehspulmeßgerät, die Wirkleistung
anzeigt. Zum Unterschied zu den beim Einsatz eines
Kreuzspulmeßgerätes angewandten Meßverfahren werden nicht
die Absolutwerte der Lastkreisspannung und des dem
Lastkreis zugeführten Stroms unter Berücksichtigung der
Polaritäten von Spannung und Strom miteinander verknüpft,
sondern die Lastkreisspannung mit ihrem absoluten Wert und
ihrer Polarität und der Absolutwert des dem Gleichrichter
zugeführten Stroms unter Berücksichtigung der Polarität
des dem Lastkreis zugeführten Stroms. Daß bei dieser
Meßmethode der Absolutwert des dem Lastkreis zugeführten
Stroms nicht berücksichtigt zu werden braucht, sondern
statt dessen der Absolutwert des Eingangsstroms des
Gleichrichters, beruht darauf, daß diese beiden Ströme über
einen Formfaktor miteinander verknüpft sind. Die vom
Eingangsstrom des Gleichrichters nicht ableitbare, aber
für die Wirkleistungserfassung bzw. für die
Berücksichtigung der Blindleistung notwendige Information
über die Phasenlagen von Lastkreisspannung und von dem dem
Lastkreis zugeführten Strom wird durch die Erfassung der
Polarität des dem Lastkreis zugeführten Stroms gewonnen.
Dafür braucht lediglich der Null-Durchgang des Stroms exakt
erfaßt zu werden. Das bedeutet, daß nicht länger aufwendige
Stromwandler benötigt werden, die den dem Lastkreis
zugeführten Strom proportional abbilden. Da demnach für die
Erfassung des Eingangsstroms des Gleichrichters, der
Lastkreisspannung und des Null-Durchgangs des dem Lastkreis
zugeführten Stroms die ohnehin für den Stromspannungsregler
des Gleichrichters und der Löschzeit-Regeleinrichtung
vorgesehenen Signalgeber benutzt werden können, ist der für
die erfindungsgemäße Einrichtung zur Wirkleistungsmessung
erforderliche zusätzliche Aufwand gering.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines
Parallelschwingkreisumrichters mit einer
Einrichtung zur Wirkleistungsmessung,
Fig. 2 ein Diagramm für den Strom und die Spannung
eines Thyristors während des
Umrichterbetriebes,
Fig. 3 ein Diagramm für den Strom und die Spannung
in einer Diagonalen des Wechselrichters bzw.
im Lastkreis und
Fig. 4 ein Spannungsdiagramm für den Integrator.
Ein Parallelschwingkreisumrichter besteht aus einem von
einem Drehstromnetz gespeisten Gleichrichter 1, dem ein
Strom- und Spannungsregler 2 zugeordnet ist, einer
Glättungsdrossel 3 und einem Wechselrichter 4. Sowohl der
Gleichrichter 1 als auch der Wechselrichter 4 sind
thyristorisiert.
Ein als Parallelschwingkreis 5 ausgebildeter Lastkreis ist
an dem in Brückenschaltung ausgeführten Wechselrichter 4
derart angeschlossen, daß er wechselweise von den Diagonalen
des Wechselrichters 4 mit Strom I w versorgt wird. Die den
Zündelektroden der Thyristoren des Wechselrichters 4
zugeführten, die Umkommutierung einleitenden Zündimpulse
werden von einem Zündimpulsgenerator 6 geliefert, der von
einer Löschzeit-Regeleinrichtung 7 eingestellt wird.
Der trapezförmige Strom I w zum Lastkreis 5 wird über einen
Stromwandler 8 einem einen Diskriminator umfassenden
Signalgeber 9 zugeführt, an dessen Ausgang ein Steuersignal
i st mit einem konstanten Absolutwert ansteht, dessen
Polarität beim Null-Durchgang des Stromes I w wechselt. Ein
Spannungssignalgeber 10, der am Lastkreis 5 angeschlossen
ist, liefert ein der Lastkreisspannung U w proportionales
Signal u w . Aus diesem Signal u w entwickelt ein
Diskriminator 11 einen Steuerimpuls, der einem Integrator 12
zugeführt wird. Der Integrator 12 erhält darüber hinaus das
Steuersignal i st des Steuersignalgebers 9 und einen von
den an die Thyristoren des Wechselrichters 4 gelieferten
Zündimpulsen abgeleiteter Steuerimpuls. Der Integrator 11
liefert in Abhängigkeit von diesen Signalen das
Ist-Wert-Signal für die Löschzeit an die
Löschzeit-Regeleinrichtung 7, die außerdem ein
Soll-Wert-Signal erhält.
In Fig. 2 ist der Strom- und Spannungsverlauf für einen
Thyristor dargestellt. In der Zeit bis t 1 führt der
Thyristor Strom. Die Spannung U Th am Thyristor ist in
dieser Zeit Null. Zum Zeitpunkt t 1 wird an die Thyristoren
der Gegendiagonalen vom Zündimpulsgenerator 6 ein Zündimpuls
geliefert, wodurch die Umkommutierung des Wechselrichters 4
eingeleitet wird. Der Strom I Th im Thyristor fällt bis zur
Zeit t 3 auf Null und weiter bis zur Zeit t 4 auf
einen negativen Wert ab, um dann allmählich wieder Null zu
werden. Die Spannung U Th am Thyristor ist bis zum
Zeitpunkt t 4 Null. Zum Zeitpunkt t 4 springt sie auf
einen maximalen negativen Wert, um dann sinusförmig bis in
den positiven Bereich anzusteigen. Der Null-Durchgang der
Spannung U Th liegt bei t 5.
In Fig. 3 ist der Strom I Th eines Thyristors und die
zugehörige Spannung U Th gestrichelt bzw. strichpunktiert
noch einmal dargestellt, um den zeitlichen Zusammenhang
mit dem zu messenden Strom I w und der zu messenden
Spannung U w im Lastkreis zu verdeutlichen. Der Strom I w
zum und die Spannung U w am Lastkreis sind in ausgezogenen
Linien dargestellt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, läßt sich der Null-Durchgang
des Stromes I Th zum Zeitpunkt t 3, der für die Löschzeit
t 3 bis t 5 maßgebend ist, nicht unmittelbar durch
Messung des Wechselrichterstromes I w und/oder der
Wechselrichterspannung U w erfassen, weil weder dieser
Strom I w noch diese Spannung U w zu diesem Zeitpunkt
markante Änderungen, wie einen Null-Durchgang, im Strom-
und Spannungsverlauf haben. Dennoch läßt sich nach einer
besonderen Methode der Zeitpunkt t 3 ermitteln. Dieser
Methode liegt der Gedanke zugrunde, daß die Ströme I Th
und I w in einem Thyristor einer Diagonalen und im
Lastkreis 5 einen linearen Verlauf haben, die Steilheit des
Verlaufs des Stromes I w im Lastkreis aber doppelt so groß
ist wie die Steilheit des Verlaufs des Thyristorstroms I Th
und schließlich der Zeitpunkt t 3 für den Null-Durchgang
des Thyristorstroms I Th mit dem Ende der Umkommutierung
des Stroms I w im Lastkreis zusammenfällt. Das bedeutet,
daß der Zeitpunkt t 3 für den Null-Durchgang des
Thyristorstroms I Th und damit auch für das Ende der
Umkommutierung doppelt so weit vom Zeitpunkt t₁ des
Beginns der durch den Zündimpuls eingeleiteten
Umkommutierung entfernt ist, wie der Zeitpunkt t 2 des
meßtechnisch leicht erfaßbaren Null-Durchgangs des Stroms
I w im Lastkreis 5.
In Anwendung dieses erkannten Zusammenhangs geschieht die
Erfassung der Löschzeit t 3 bis t 5 in der Weise, daß
dem Integrator 12 als Startsignal ein von einem Zündimpuls
des Zündimpulsgenerators 6 abgeleiteten Impuls für eine
Integration in Richtung negativer Spannung geliefert wird.
Diese Integration erfolgt mit konstantem Integranden.
Sobald der Steuersignalgeber 9 zum Zeitpunkt t 2 den
Null-Durchgang des Stroms I w im Lastkreis feststellt und
sein im Absolutwert konstantes Ausgangssignal damit die
Polarität wechselt, wird der Integrator 12 zur Umkehrung
der Integration in positiver Spannungsrichtung veranlaßt.
Der Absolutwert des Integranden wird dabei beibehalten.
Diese Integration wird mittels eines vom Diskriminator 11
gelieferten Impulses zum Zeitpunkt t 5 gestoppt, wenn der
Diskriminator 11 den Null-Durchgang der Spannung U w am
Lastkreis feststellt. Der Null-Durchgang der Spannung des
Integrators 12 zum Zeitpunkt t 3 entspricht wegen der
linearen Ab- und Aufwärtsintegration exakt dem
Null-Durchgang des Stromes I Th im Thyristor, so daß der
vom Null-Durchgang t 3 bis zum Zeitpunkt t 5 der
Integration angewachsene Spannungswert exakt der
tatsächlichen Löschzeit des Thyristors entspricht. Dieses
Spannungssignal gelangt als Ist-Wert-Signal auf die
Löschzeit-Regeleinrichtung 7.
Diese Art der Erfassung der Löschzeit in einer Diagonalen
wird entweder von Halbperiode zu Halbperiode oder über
mehrere Halbperioden durchgeführt, wobei dann der Mittelwert
der ermittelten, einzelnen Ist-Werte gebildet wird, um
danach zum Erhalt der als Soll-Wert vorgegebenen Löschzeit
eine Änderung der Zündimpuls-Folgefrequenz durchzuführen.
Der soweit beschriebene Umrichter, insbesondere die
Steuerung dieses Umrichters, ist aus der DE-PS 32 37 716
bekannt.
Um bei einem solchen Umrichter die Wirkleistung zu
erfassen, ist eine Multiplizier- und Mittelwertbildungsschaltung 15 vorge
sehen, der unter Berücksichtigung der bei t 2 wechselnden Polarität des
dem Lastkreis 5 zugeführten Stroms I w die
Augenblickswerte des dem Gleichrichter 1 zugeführten Stroms
und der Spannung U w am Lastkreis 5 multipliziert und aus
den so gebildeten Produkten über die Zeit den
arithmetischen Mittelwert bildet, der das an ein
Anzeigegerät (Drehspulmeßgerät) gelieferte Signal für
die Wirkleistung repräsentiert. Zu diesem Zweck sind die
beiden Eingänge für das Spannungssignal U w und das
Stromsignal u IG mit dem Spannungssignalgeber 10 und einem eine
Strommeßeinrichtung umfassenden Stromsignalgeber 13 am Eingang
des Gleichrichters 1 verbunden. Der Signalgeber 13 liefert
ein Gleichspannungssignal u IG , das über einen Formfaktor
mit dem dem Lastkreis 5 zugeführten Strom I w verknüpft
ist. Zur Berücksichtigung des Formfaktors liegt in der zum
Multiplizierer 15 führenden Signalleitung ein Gerät 14 zur
Einstellung des Formfaktors. Die für den Formfaktor
maßgeblichen, bekannten Werte lassen sich auf das Gerät 14
aufschalten. Neben dem dem Eingangsstrom des
Gleichrichters 1 proportionalen Signal u IG und dem der
Lastkreisspannung proportionalen Signal U w erhält der
Multiplizierer 15 das in der Polarität phasengleich mit dem
dem Lastkreis zugeführten Strom I w wechselnde Steuersignal
i s .
Der Multiplizierer 15 multipliziert die Augenblickswerte der
von den Signalgebern 10, 13 gelieferten spannungs- und
stromabhängigen Signale U w , u IG , wobei die
Phasenverschiebung zwischen der Lastkreisspannung U w und
dem dem Lastkreis zugeführten Strom I w dadurch
berücksichtigt wird, daß der Multiplizierer 15 auch das vom
Steuersignalgeber 9 gelieferte, vom Null-Durchgang des dem
Lastkreis 5 zugeführten Stroms abhängige Signal i s
auswertet. Da der Multiplizierer 15 somit nicht nur
unmittelbar über den Null-Durchgang der
Wechselrichterspannung U w , sondern auch über den
Null-Durchgang des Wechselrichterstroms I w informiert ist,
stehen ihm alle Informationen für die Bildung eines der
Wirkleistung entsprechenden Signals, das er an ein
Anzeigegerät (Drehspulmeßgerät) liefert, zur Verfügung.
Im einzelnen geschieht die Bildung des Ausgangssignals für
das Anzeigegerät in der Weise, daß das in seinem
Absolutwert konstante, in der Polarität aber wechselnde
Signal i s mit dem vom Stromsignalgeber 13 gelieferten
Stromsignal u IG multipliziert wird. Das derart
modifizierte in seiner Polarität sich mit dem dem Lastkreis
zugeführten Strom I w synchron ändernde Signal wird
anschließend mit dem der Lastkreisspannung U w
proportionalen Signal multipliziert. Diese Multiplikationen
führen dazu, daß bis zum Zeitpunkt t 2, dem Null-Durchgang
des dem Wechselrichter zugeführten Stroms die miteinander zu
multiplizierenden Signale die gleiche Polarität haben,
während in der Zeitphase von t 2 bis t 5 die miteinander
zu multiplizierenden Signale polaritätsungleich sind,
während zum Zeitpunkt t 5 die Signale wieder die gleiche
Polarität haben. Durch arithmetische Mittelbildung der
positiven und negativen Produkte aus den Augenblickswerten
der Lastkreisspannung und des durch die Polarität des
Eingangsstroms des Lastkreises modifizierten Eingangsstroms
des Gleichrichters 1 wird ein Meßwert erhalten, der ein
Maß für die Wirkleistung ist und als Ausgangssignal an das
Anzeigegerät geliefert wird.
Claims (2)
1. Einrichtung zur Messung der Wirkleistung in einem als
Schwingkreis (5) ausgebildeten Lastkreis eines
Umrichters, der aus einem gesteuerten Gleichrichter (1)
und einem darin angeschlossenen Wechselrichter (4) mit in
Brückenschaltung angeordneten, von einer
Löschzeit-Regeleinrichtung (7) gesteuerten elektronischen
Schaltern besteht, wobei ein Spannungssignalgeber (10)
für die Spannung am Lastkreis und ein einen Diskriminator
enthaltender Signalgeber (9) für die Polarität des dem
Lastkreis zugeführten Stromes vorgesehen sind, deren
Ausgangssignale die Löschzeitregeleinrichtung (7)
ansteuern, dadurch gekennzeichnet,
daß eine ausgangsseitig mit einem Anzeigegerät für die
Wirkleistung verbundene Multiplizier- und
Mittelwertbildungsschaltung (15) vorgesehen ist, deren
Eingangssignale vom Spannungssignalgeber (10) für die
Spannung am Lastkreis (u w ), vom Signalgeber (9) für
die Polarität des Laststromes (i w ) und von einem
Stromsignalgeber (13) für ein dem Eingangsstrom des
Gleichrichters (1) proportionales Signal (u ig )
geliefert sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Signalleitung
vom Stromsignalgeber (13) zur Multiplizier- und
Mittelwertbildungsschaltung (15) ein Gerät (14) zur
Einstellung des Formfaktors zwischen dem Eingangsstrom
des Gleichrichters (1) und des dem Lastkreis (5)
zugeführten Stromes (i w ) liegt.
Priority Applications (1)
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DE19863625011 DE3625011A1 (de) | 1985-11-08 | 1986-07-24 | Einrichtung zur messung der wirkleistung in einem als schwingkreis ausgebildeten lastkreis eines statischen elektrischen umrichters |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19863625011 DE3625011A1 (de) | 1985-11-08 | 1986-07-24 | Einrichtung zur messung der wirkleistung in einem als schwingkreis ausgebildeten lastkreis eines statischen elektrischen umrichters |
Publications (2)
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DE3625011C2 true DE3625011C2 (de) | 1989-05-11 |
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ID=25837660
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19863625011 Granted DE3625011A1 (de) | 1985-11-08 | 1986-07-24 | Einrichtung zur messung der wirkleistung in einem als schwingkreis ausgebildeten lastkreis eines statischen elektrischen umrichters |
Country Status (1)
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-
1986
- 1986-07-24 DE DE19863625011 patent/DE3625011A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3625011A1 (de) | 1987-05-21 |
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Legal Events
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