HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Aktivfilteran-Ordnung, die aus einem PBM(Pulsbreitenmodulations)-
Wechselrichter besteht.
Beschreibung des Standes der Technik
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Figur 1 zeigt ein Schaltbild einer Aktivfilteranordnung
im Stand der Technik, welche beispielsweise in dem im
April 1984 veröffentlichten "Study report of the
institutes of electrical and information engineers of Japan
in 1984" beschrieben ist (freistehender, selbstkühlender
aktiver Spannungsfilter).
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In Figur 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1a bis 1c eine
Dreiphasenwechselspannungsguelle, die Bezugs Zeichen 2a
bis 2c Drosselspulen, die Bezugszeichen 3a bis 3c
Transistorschalter, das Bezugszeichen 4 einen Kondensator
und das Bezugszeichen 5 einen Aktivfilter, der aus den
Transistorschaltern 3a bis 3f und dem Kondensator 4
gebildet ist. Der Aktivfilter 5 ist über die Drosselspulen
2a bis 2c an die Dreiphasenwechselspannungsquelle 1a bis
1c angeschlossen.
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Die Bezugszeichen 6a bis 6c bezeichnen Stromwandler zur
Erfassung der Eingangsströme des Aktivfilters 5, das
Bezugszeichen 7 bezeichnet eine einen Oberwellenstrom
erzeugende Last, und die Bezugszeichen 8a bis 8c
bezeichnen Stromwandler, die die in der einen
Oberwellenstrom erzeugenden Last 7 fließenden Ströme erfassen.
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Die Bezugszeichen 9a bis 9c bezeichnen
Grundwellenbeseitigungsschaltungen, die Bezugszeichen 10a bis 10c
Arithmetikschaltungen und die Bezugszeichen 11a bis 11c
Verstärkerschaltungen, die die Ausgangssignale der
Arithmetikschaltungen 10a bis 10c um ein Vielfaches von K
verstärken.
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Die Bezugszeichen 12a bis 12c bezeichnen
Arithmetikschaltungen, und das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine
PBM-Wellenerzeugungsschaltung. Die Stromwandler 6a bis
6c zur Erfassung der Eingangsströme, die einen
Oberwellenstrom erzeugende Last 7, die Stromwandler 8a bis 8c,
die Grundwellenbeseitigungsschaltungen 9a bis 9c, die
Arithmetikschaltung 10a bis 10c, die
Verstärkerschaltungen 11a bis 11c, die Arithmetikschaltungen 12a
bis 12c und die PBM-Wellenerzeugungsschaltung 13 bilden
eine Regelschaltung. Jedes Ausgangssignal der
PBM-Wellenerzeugungsschaltung 13 wird an eine Basis der
Transistorschalter 3a bis 3f übermittelt und schaltet die
Transistorschalter 3a bis 3f ein oder aus.
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Als nächstes wird der Betrieb beschrieben.
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Die Ströme ILa bis ILc, die in der einen Oberwellenstrom
erzeugenden Last 7 fließen, werden als Ströme ILa* bis
ILc* durch die Stromwandler 8a bis 8c erfaßt und in die
Grundwellenbeseitigungsschaltungen 9a bis 9c gegeben.
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Die Grundwellenbeseitigungsschaltungen 9a bis 9c
bestehen aus Hochpaßfiltern und beseitigen die
Grundkomponenten, die in den Strömen ILa* bis ILc* enthalten sind, und
ziehen nur die Oberwellenströme IRa* bis IRc* heraus. Die
Oberwellenströme IRa* bis IRc* dienen als Referenzsignal
für das Aktivfilter 5, und die vom Aktivfilter
ausgegebenen Ströme Ica* bis Icc*, die durch die Stromwandler 6a
bis 6c zur Erfassung von Eingangsströmen erfaßt worden
sind, werden als Rückkopplungsstrom und
Subtraktionskomponente der Arithmetikschaltungen 10a bis 10c ausgegeben
und zu den Oberwellenströmen IRa* bis IRc* addiert, die
als Additionskomponenten ausgegeben werden, wodurch man
Regelabweichungen ΔIa* bis ΔIc* erhält.
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Die Regelabweichungen ΔIa* bis ΔIc* werden mit K von den
Verstärkerschaltungen 11a bis 11c im nächsten Schritt
multipliziert und als Additionskomponente der
Arithmetikschaltungen 12a bis 12c im nächsten Schritt
ausgegeben und zu den Spannungsquellenspannungen Ea bis Ec
hinzuaddiert, die als Subtraktionskomponenten ausgegeben
werden, und das Additionsergebnis wird als Steuersignale
Na bis Mc an die PBM-Wellenerzeugungsschaltung 13
ausgegeben.
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Deshalb werden in der PBM-Wellenerzeugungsschaltung 13
die Steuersignale Ma bis Mc mit einem dreiecksförmigen
Trägersignal (nicht dargestellt) verglichen, und ein
Befehl für den EIN/AUS-Betrieb einer Basis der
Transistorschalter 3a bis 3f wird ausgegeben. Dementsprechend
laden die Transistorschalter 3a bis 3f den Kondensator
4, und die geladene Spannung E1 wird der PBM-Modulation
unterworfen, wodurch die
Wechselrichterausgangsspannungen EFa bis EFc erzeugt werden und Kompensationsströme
Ica bis Icc an der Spannungsquellenseite fließen.
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Falls die Verstärkung K der Verstärkerschaltungen 11a
bis 11c ausreichend groß gemacht wird, werden
dementsprechend die Kompensationsströme Ica bis Icc und die
Oberwellenströme IRa* bis IRc* nahezu gleich groß, und der
in der einen Oberwellenstrom erzeugenden Last 7
fließende Oberwellenstrom kann von den
Kompensationsströmen Ica bis Icc kompensiert werden.
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Da die Aktivfilteranordnung im Stand der Technik gemäß
der zuvor erfolgten Beschreibung aufgebaut ist, wird
wegen einer Überhangzeit durch eine im oberen und
unteren Arm einen Kurzschluß verhindernde Totzeit der PBM-
Wellenerzeugungsschaltung 13 hauptsächlich, einer
Überhangzeit durch die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit
der Transistorschalter 3a bis 3f und einer
Zeitverzögerung durch das zeitlich versetzte Arbeiten von
Schaltungen wie der Verstärkerschaltungen 11a bis 11c oder der
Arithmetikschaltungen 12a bis 12c der folgende der
Aktivf ilterausgangsströme Ica* bis Icc*, die das
Rückkopplungssignal sind, gegenüber den Oberwellenströmen ΔIRa*
bis ΔIRc*, die das Stromreferenzsignal sind, verzögert,
wodurch die Oberwellenkompensationskapazität der
Aktivfilteranordnung, insbesondere Kompensationskapazität
eines Stromes mit höherer Oberwelle reduziert werden
kann.
ABRISS DER ERFINDUNG
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Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, ist es eine
Aufgabe der Erfindung, eine Aktivfilteranordnung zu
schaffen, bei welcher ein rückgekoppelter Strom dem
Strombefehlswert ohne Verzögerung folgen kann, wodurch
man die Kompensationskapazität eines Stromes von höheren
Oberwellen erhält.
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Eine erfindungsgemäße Aktivfilteranordnung umfaßt eine
Arithmetikschaltung, die ein Abweichungssignal zwischen
dem Strombefehlswert und dem Rückkopplungssignal
berechnet, eine lernende Regelschaltung, die das
Abweichungssignal erhält und ein Korrektursignal ausgibt, und eine
Arithmetikschaltung, die das Korrektursignal zum
Steuerbefehlswert hinzuaddiert und einen
Stromkorrekturbefehlswert erzeugt.
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Die zuvor erwähnten und weitere Aufgaben und Vorteile
der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figur 1 ist ein Schaltplan einer Aktivfilteranordnung im
Stand der Technik;
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Figur 2 ist ein Schaltplan einer Aktivfilteranordnung
gemäß einer Ausführung der Erfindung;
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Figur 3 ist ein Schaltbild, das Einzelheiten einer in
Figur 2 gezeigten lernenden Regelschaltung zeigt; und
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Figur 4 ist ein Wellenverlaufsdiagramm, das den Betrieb
einer Aktivfilteranordnung der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Eine Ausführung der Erfindung wird anhand der Figuren 2
und 3 beschrieben. In Figur 2 sind die mit den
Bezugszeichen 1 bis 13 bezeichneten Teile ähnlich denen, die
mit denselben Bezugszeichen in dem in Figur 1 gezeigten
Stand der Technik bezeichnet sind.
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In Figur 2 bezeichnen die Bezugszeichen 14a bis 14c
Arithmetikschaltungen, die Bezugszeichen 15a bis 15c
lernende Regelschaltungen und die Bezugszeichen 16a bis
16c Arithmetikschaltungen.
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Gemäß Figur 3 bestehen die lernenden Regelschaltungen
15a bis 15c aus Verstärkerschaltungen 17a bis 17c,
ersten Speicherschaltungen 18a bis 18c,
Arithmetikschaltungen 19a bis 19c, Verstärkerschaltungen 20a bis 20c
und zweiten Speicherschaltungen 21a bis 21c.
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Gemäß Figur 2 werden die Lastströme ILa, ILb, ILc durch
Stromwandler 8a, 8b, 8c erfaßt, und die in ILa bis ILc
enthaltenen Oberwellenströme IRa*, IRb*, IRc* werden in den
Grundwellenbeseitigungsschaltungen 9a bis 9c
herausgezogen und als Stromreferenzsignale verwendet, um den
Oberwellenstrom zu regeln.
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Andererseits werden die im Aktivfilter 5 fließenden
Ströme Ica, Icb, Icc von den Stromwandlern 6a bis 6c
erfaßt, und die erfaßten Signale werden zu Ica*, Icb*,
Icc* gemacht und jeweils in Arithmetikschaltungen 14a bis
14c gegeben. In den Arithmetikschaltungen 14a bis 14c
werden Abweichungen ΔIea*, ΔIeb*, ΔIec* zwischen den
Oberwellenstromreferenzsignalen IRa* bis IRc* und den
Aktivfilterströmen Ica bis Icc berechnet, und anschließend
werden die Ergebnisse an die lernenden Regelschaltungen
15a bis 15c im nächsten Schritt übermittelt.
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In den lernenden Regelschaltungen 15a bis 15c, die in
Figur 3 dargestellt sind, werden die Abweichungssignale
ΔIea*, ΔIeb*, ΔIec* von den Verstärkern 17a bis 17c durch
Multiplikation mit der Verstärkung K1a bis K1c verstärkt
und außerdem in den ersten Speicherschaltungen 18a bis
18c gespeichert und nach einer Verzögerung um eine Zeit
(N-L) Ts ausgelesen, wobei Ts eine Abtastperiode der
ersten Speicherschaltungen 18a bis 18c ist. N ist die
Zahl zur Unterteilung in gleiche Abstände, so daß eine
Periode des Strombefehlswertes zu Tf gemacht und in N
gleiche Abstände unterteilt wird, wie in Figur 4 gezeigt
ist, und es folgt, daß Ts = Tf/N ist. Ebenso ist L das
einstellende Element der Verzögerungszeit beim
Auslesezustand.
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Demnach kann die Verzögerungszeit TA beim Auslesezustand
in der ersten Speicherschaltung wie folgt ausgedrückt
werden:
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TA = (N-L) Ts = N-Ts - L Ts = Tf - L Ts
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D.h., die Regelabweichungen ΔIea*, ΔIeb*, ΔIec* werden um
(Tf - L Ts) in der ersten Speicherschaltung verzögert.
In diesem Fall wird L Ts etwa gleich der
Wirkverzögerungszeit TD des Aktivfilters gewählt.
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Die Ausgangssignale der ersten Speicherschaltungen 18a
bis 18c werden an die Arithmetikschaltungen 19a bis 19c
im nächsten Schritt übermittelt und zu den
Ausgangssignalen der zweiten Speicherschaltungen 21a bis 21c
hinzuaddiert, wodurch IHa* bis IHC* jeweils ausgegeben
werden. In den zweiten Speicherschaltungen 21a bis 2lc
werden die Ausgangssignale IHa* bis IHc* um eine Periode
zuvor mit einer Verstärkung K2a bis K2c in den
Verstärkerschaltungen 20a bis 20c jeweils verstärkt und
anschließend abgespeichert.
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Die Regelwirkung der zuvor erwähnten lernenden
Regelschaltungen kann durch folgende Gleichung ausgedrückt
werden.
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IHa* (τ)n = K2a IHa* (τ)n-1 + Kla ΔIea* (τ+L)
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IHb* (τ)n = K2b IHb* (τ)n-1 + Klb ΔIeb* (τ+L) (2)
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IHc* (τ)n = K2c IHc* (τ)n-1 + Klc ΔIec* (τ+L)
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Dabei ist der Buchstabe T die Schrittanzahl, die eine
Phase 2π(τ/N) durch Unterteilung der Grundperiode Ts der
Spannung von der Spannungsquelle in N gleiche Abschnitte
repräsentiert, und N ist eine ganze Zahl von 0 bis
(N-1). Das Suffix an der unteren rechten Seite, wie z.B. n,
(n-1), repräsentiert die Reihenfolge der Periode des
Strombefehlswertes, und die (n-1)-te Periode liegt um
eine Periode vor der n-ten Periode.
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Die Ausgangssignale IHa* bis IHc* der lernenden
Regelschaltungen 15a bis 15c werden zu den
Oberwellenstromreferenzsignalen IRa* bis IRc* in den Arithmetikschaltungen
16a bis 16c hinzuaddiert und als neue
Oberwellenstromreferenzsignale IR2a * bis IR2c* an die Arithmetikschaltungen
10a bis 10c übermittelt, wodurch Abweichungen ΔIa* bis
ΔIc* zu den Ausgangsstromsignalen Ica* bis Icc* des
Aktivfilters berechnet werden. Der nachfolgende
Stromregelbetrieb ist ähnlich dem in Figur 1 gezeigten Stand der
Technik, und die Beschreibung soll weggelassen werden.
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Da die Regelschaltung des Aktivfilters der Erfindung
gemäß der zuvor erfolgten Beschreibung geregelt wird,
kann die Wirkverzögerung des Aktivfilters durch die
lernenden Regelschaltungen 15a bis 15c kompensiert werden.
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Die Kompensierung wird anhand der Wellenverläufe von
Figur 4 beschrieben.
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Figur 4 (a) zeigt das Oberwellenstromreferenzsignal IRa*
des Ausgangssignals der Grundwellenbeseitigungsschaltung
9a. Es wird nun angenommen, daß das
Oberwellenstromreferenzsignal IRa* von dem in Figur 4 (a) gezeigten
Zeitpunkt t&sub0; abgegeben wird. Da das Ausgangssignal der ersten
Speicherschaltung 18a in der lernenden Regelschaltung
15a nach Verstreichen von (Tf - L Ts) von t&sub0; bis zum
Zeitpunkt t&sub1; 0 wird, wird 0 bis zum Zeitpunkt t&sub1;
gehalten, wie in Figur 4 (e) gezeigt ist. Demnach ist während
der Zeitdauer von t&sub0; bis t&sub1; der zweite
Oberwellenstromreferenzwert IR2a* gleich dem ersten
Oberwellstromreferenzwert IRa*.
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Falls die Wirkverzögerungszeit des Aktivfilters zu Td
wird, wird der Ausgangsstrom Ica* des Aktivfilters um Td
gegenüber dem zweiten Oberwellenstromreferenzsignal IR2a*
verzögert und ausgegeben, wie in Figur 4 (c) gezeigt
ist. Als Folge wird die Abweichung ΔIea* zwischen dem
Oberwellenstrom IRa* der Last und dem Kompensationsstrom
Ica* durch den Aktivfilter erzeugt, wie in Figur 4 (d)
gezeigt ist. Das Abweichungssignal wird um (Tf - L Ts)
verzögert und als IHa* nach dem Zeitpunkt t&sub1; ausgegeben,
wie in Figur 4 (e) gezeigt ist.
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IHa* wird zu IRa* hinzuaddiert und bewirkt ein Vorschieben
der Phase von IRa*, wie in Figur 4 (b) gezeigt ist.
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Demnach wird das Abweichungssignal ΔIea* nach dem
Zeitpunkt t&sub1; klein, wie in Figur 4 gezeigt ist. Da ΔIea* nach
dem Zeitpunkt t&sub1; zu IHa* um eine Periode vor diesem
Zeitpunkt hinzuaddiert wird, wie durch Gleichung (2) gezeigt
ist, wird ΔIea* im stabilen Zustand 0, und die Abweichung
aufgrund der Regelverzögerung des Aktivf ilters kann
vollständig kompensiert werden.
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Falls sogar in Figur 4 die Reihenfolge der
Verstärkerschaltungen 17a bis 17c und der ersten Speicherschaltung
18a bis 18c oder die Reihenfolge der Verstärkerschaltung
20a bis 20c und der zweiten Speicherschaltungen 21a bis
21c geändert wird oder falls in Figur 1 die Reihenfolge
der Verstärkerschaltungen 24a bis 24c und der ersten
Speicherschaltungen oder die Reihenfolge der
Verstärkerschaltungen 26a bis 26c und der zweiten
Speicherschaltungen 27a bis 27c geändert wird, ist die Wirkung der
lernenden Regelschaltung ähnlich wie die der Ausführung.
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Da gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung der
Ausgangsstrom des Aktivfilters, der der Regelverzögerung
gegenüber dem Stromkorrekturbefehlswert unterworfen ist, mit
dem Strombefehlswert im stabilen Zustand zusammenfällt,
kann die Oberwellenkompensationseigenschaft des
Aktivfilters verbessert werden.