DE3900796A1 - Anordnung zur vermeidung der transformatorsaettigung bei betrieb an einem u-umrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ver­ meidung der Transformatorsättigung bei Betrieb an einem U-Umrichter, der über einen Spannungszwischenkreis ge­ speist wird, und wobei der Transformator direkt an den Ausgang des U-Umrichters angeschaltet ist.

Bei einem U-Umrichter mit Trafolast besteht das Problem, daß durch eine Unsymmetrie in der Steuerelektronik die positive und negative Ausgangsspannung des Umrichters unsymmetrisch werden kann, d.h., der Umrichter weist eine unterschiedliche Taktung auf. Das führt zu einer unsymmetrischen Magnetisierung des Trafokerns. Die be­ stehende Aufmagnetisierungsdifferenz addiert sich von Periode zu Periode bis die Sättigung des Trafokerns er­ reicht wird. Der fließende Strom wird in einer Richtung immer größer, bis mit Erreichung der Sättigung ein "Kurzschluß" besteht und Schutzeinrichtungen ansprechen.

Selbst geringste Unsymmetrien führen nach mehreren Pe­ rioden im Endeffekt zum Kurzschluß.

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wird in Reihe zu dem Transformator ein Kondensator geschaltet. (Litera­ tur: "A starting inverter for a voltage source series inverter with a tranformer coupled high-Q induction hea­ ting load" von Praveen Jain und S.B. Devan, Konferenz­ band 1987 IEEE Industry Applications Society Annual Mee­ ting Part I). Dieser Kondensator wird durch den Gleichanteil des Wechselstromes auf eine gewisse Gleich­ spannung aufgeladen, so daß durch diese zusätzliche Spannung der Strom korrigiert wird. Naturgemäß muß dieser Kondensator eine hohe Kapazität aufweisen, damit der Wechselspannungsabfall in geringen Grenzen gehalten wird. Damit wird bei Leistungsanwendungen dieser Kondensator groß und teuer.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den Kondensator als Sättigungsschutz für einen Transformator einzusparen und eine Schaltungsanordnung aufzuzeigen, die eine un­ symmetrische Magnetisierung des Transformatorkerns ver­ meidet.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patent­ anspruches 1 erreicht. Ausgestaltungen sind aus den Un­ teransprüchen ersichtlich.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erkennt, wann Unsymmetrieen auftreten und eine Transformatorkernsätti­ gung einsetzt. Rechtzeitig kann so gegengesteuert wer­ den. Als Kriterium wird nur der Transformatorstrom her­ angezogen und über eine übliche Wandlereinrichtung auf die erfindungsgemäße Anordnung geführt. Die Schaltungs­ anordnung greift in Form eines Korrektursignals in den Umrichtersteuersatz ein, so daß die beginnende Sättigung des Trafokernes wieder abgebaut wird.

Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Transforma­ torsättigung besteht aus einem Integrator 1, dem zwei parallelgeschaltete Analogspeicher 2, 3 nachgeschaltet sind. Die Ausgänge der beiden Analogspeicher 2, 3 sind auf einen Summierer 4 geführt. Diesem Summierer 4 ist ein weiterer Analogspeicher 5 nachgeschaltet. Das Aus­ gangssignal dieses Analogspeichers 5 dient als Korrek­ tursignal für die Steuerelektronik des Umrichters. Für die Feststellung des Stromnulldurchganges des Transfor­ matorstromes ist eine Steuerwerk 6 vorgesehen, das die Betriebsart der Analogspeicher 2, 3 und 5 bestimmt. Der Übersicht halber wurde in der Zeichnung der Umrichter mit seiner Steuerelektronik nicht dargestellt.

Diese Anordnung arbeitet wie folgt:

Der meist sinusförmige Strom eines nicht dargestellten Transformators wird über eine handelsübliche, ebenfalls nicht dargestellte Wandlereinrichtung gemessen und dem Integrator 1 zugeführt. Am Integratorausgang erscheint ein Signal, welches der Stromzeitfläche entspricht. Je­ weils im Stromnulldurchgang erreicht dieses Signal ein Maximum. Dem Integratorausgang sind die beiden steuerba­ ren Analogspeicher 2, 3 nachgeschaltet, die z.B. als "sample-hold" Verstärker ausgeführt sein können. Der Analogspeicher 2 speichert das positive Maximum der Stromzeitfläche einer Periode des Transformatorstromes, und der Analogspeicher 3 speichert das negative Maximum der Stromzeitfläche der gleichen Periode. Die Summe der beiden Maxima wird in dem Summierer 4 gebildet. Die Sum­ me entspricht der aufgetretenen Unsymmetrie in der vor­ angegangen Periode. Um diesen Wert für die weitere Aus­ wertung bereitzuhalten, ist ein weiterer Analogspeicher 5 dem Summierer 4 nachgeschaltet.

Jeweils nach einem Nulldurchgang des Stromes am Eingang des Integrators 1 wird der Inhalt des Analogspeichers 6 aktualisiert. Im Anschluß daran werden die Analogspei­ cher 2 und 3 durch das Steuerwerk 6 in den "sample"-Be­ trieb geschaltet.

Das Ausgangssignal am Analogspeicher 5 wird zur Korrek­ tur der Ausgangsspannung des U-Umrichters verwendet. Dies erfolgt beispielsweise durch Verschieben der Zünd­ zeiten der eingesetzten Thyristoren.

Claims (3)

1. Anordnung zur Vermeidung der Transformatorsätti­ gung bei Betrieb an einem U-Umrichter, der über einen Spannungszwischenkreis gespeist wird, und wobei der Transformator direkt an den Ausgang des U-Umrichters angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Transformatorstrom proportionales Signal auf einen In­ tegrator (1) geführt ist, dem zwei parallele Analogspei­ cher (2, 3) nachgeschaltet sind,
daß die Ausgänge der beiden Analogspeicher (2,3) auf einen gemeinsamen Summierer (4) zurückgeführt sind,
daß ein nachgeschalteter weiterer Analogspeicher (5) die im Summierer gebildete Summe zwischenspeichert und sein Ausgangssignal als Korrekturwert für den U-Umrichter verwendet wird, und
daß ein vom Transformatorstrom angesteuertes Steuerwerk (6) die zeitliche Umschaltung der Analogspeicher (2, 3, 5) vornimmt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das am Eingang des Integrators (1) angelegte dem Transformatorstrom proportionale Signal nach Integration und Bildung seiner positiven und negativen Maximalwerte in den beiden Analogspeichern (2, 3) zum Zeitpunkt des Stromnulldurchganges als Summe für jeweils eine Halbwelle des Transformatorstromes in dem Analogspeicher (5) gespeichert vorliegt, wobei die Steu­ ersignale für die Analogspeicher im Steuerwerk (6) in Abhängigkeit vom Stromnulldurchgang gebildet werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die steuerbaren Analogspeicher (2, 3, 5) als "sample-hold" Verstärker ausgeführt sind.