DE69414197T2

DE69414197T2 - Regelungssystem für einen Leistungswandler

Info

Publication number: DE69414197T2
Application number: DE69414197T
Authority: DE
Inventors: Noriko C/O Intellectual Property Div. Minato-Ku Tokyo Kawakmi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2014-07-14
Also published as: DE69414197D1; EP0634833B1; US5450310A; JPH0728534A; CA2127834A1; EP0634833A1; CA2127834C

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für einen Umrichter. Sie betrifft insbesondere ein Regelsystem für einen Umrichter, der aus selbstlöschenden Vorrichtungen aufgebaut ist, z. B. aus Gate-Turn-Off-Thyristoren (im weiteren mit GTO bezeichnet), der über Transformatoren mit einem Netz oder einer Last verbunden ist, und der eine Gleichanteil- Magnetisierung des Transformators verhindern kann.
Fig. 7 zeigt eine Skizze eines herkömmlichen Regelsystems für einen Umrichter, der aus GTOs aufgebaut ist (im weiteren als selbstgeführter Umrichter bezeichnet) und in einem Gleichstrom-Übertragungssystem oder einem statischen Blindleistungskompensator usw. verwendet wird.
In Fig. 7 bedeuten:
1 ein Netz;
2 einen Transformator zum Verbinden eines selbstgeführten Umrichters 3, der aus GTOs aufgebaut ist, mit dem Netz 1; 4 eine Gleichspannungsquelle, beispielsweise Kondensatoren usw.;
5 einen Stromerfasser, der den Ausgangsstrom des selbstgeführten Umrichters 3 mißt;
6 einen Spannungswandler, der die Spannung des Netzes 1 mißt;
7 eine Regelschaltung, die die Systemspannung gemäß eines Systemspannungsbezugs 51 regelt;
8 eine Gleichanteil-Erfassungsvorrichtung, die den Gleichanteil erfaßt, der im Ausgangsstrom des selbstgeführten Umrichters 3 enthalten ist, den der Stromerfasser 5 mißt;
9 einen Addierer, der das Ausgangssignal der Regelschaltung 7, das ein Anweisungswert für die Ausgangsspannung des selbstgeführten Umrichters 3 ist, und das Ausgangssignal der Gleichanteil-Erfassungsvorrichtung 8 addiert;
10 eine Pulsbreitenmodulations(PwM)-Regelschaltung (PWM = ulse- ith odulation), die die Ausgangsspannung des selbstgeführten Umrichters 3 dadurch einstellt, daß sie die Zündzeitpunkte der GTOs abhängig vom Ausgangssignal des Addierers 9 festlegt; und
11 einen Gateimpulsverstärker zum Erzeugen von Gateimpulsen für die GTOs im selbstgeführten Umrichter 3.
In Fig. 7 bestimmt die PWM-Regelschaltung 10 das Zündmuster der GTOs derart, daß kein Gleichanteil in der Ausgangsspannung des selbstgeführten Umrichters 3 enthalten ist. Die tatsächliche Ausgangsspannung nimmt jedoch eine Kurvenform an, die einen Gleichanteil enthält, und zwar durch Änderungen in den Eigenschaften der GTOs und Änderungen in der Gatesignal-Übertragungszeit.
Enthält die Ausgangsspannung des selbstgeführten Umrichters 3 einen Gleichanteil, so wird der Kern des Transformators 2 unsymmetrisch magnetisiert, da das je Periode an den Transformator 2 angelegte Spannungs-Zeit-Produkt nicht den Wert "0" annimmt. Damit nimmt der Magnetisierungsstrom zu und der Ausgangsstrom des selbstgeführten Umrichters 3 wird unerlaubt groß. Der selbstgeführte Umrichter 3 wird dann zu seinem eigenen Schutz angehalten. Im ungünstigsten Fall führt dies manchmal zur Zerstörung der Bauteile des selbstgeführten Umrichters 3. In der herkömmlichen Schaltung nach Fig. 7 führt man zum Verhindern der Gleichanteil- Magnetisierung die folgende Regelung aus. Der Stromerfasser 5 erfaßt den Ausgangsstrom des selbstgeführten Umrichters 3. Die Gleichanteil-Erfassungsvorrichtung 8 erkennt den Gleichanteil, der im Verlauf der Gleichanteil-Magnetisierung erzeugt wird. Die PWM-Regelung erfolgt dann durch das Addieren des erfaßten Gleichanteils und des Anweisungswerts aus der Regelschaltung 7. Damit wird die Ausgangsspannung des selbstgeführten Umrichters 3 so eingestellt, daß die Gleichanteil-Magnetisierung verschwindet.
Die Spannung des Netzes 1 ist normalerweise eine Wechselspannung. In der Spannung des Netzes 1 können jedoch transiente Gleichanteile enthalten sein, beispielsweise dann, wenn der Leistungskondensator oder der Transformator mit dem Netz 1 verbunden wird. Mit der herkömmlichen Technologie ist es zwar möglich, den Gleichanteil zu korrigieren, den der selbstgeführte Umrichter 3 ausgibt. Die Gleichanteil- Magnetisierung durch den Gleichanteil, den das Netz 1 erzeugt, kann man jedoch nicht unterdrücken, da auf der Seite des Netzes 1 keine Korrektur für den Gleichanteil vorgenommen wird. Entsteht im Netz 1 ein transienter Gleichanteil, so wird der Transformator 2 unsymmetrisch magnetisiert, wodurch ein Überstrom entsteht.
DE-A-40 13 171 offenbart eine Vorrichtung zum Entfernen von Gleichanteilen aus dem Ausgangssignal eines mehrphasigen Wechselrichters, der eine Gleichstromquelle, eine Schalteranordnung, ein Filter und einen Transformator umfaßt. Die Spannung in jeder Phase auf der Sekundärseite des Transformators wird erfaßt und mit einem Bezugssignal verglichen, um Signale zum Steuern der Schalter in der Schalteranordnung zu erzeugen. Die Schaltsignale von zwei der drei Phasen werden auch abhängig vom Ausgangssignal einer jeweiligen Gleichanteil- Erfassungsvorrichtung eingestellt, die zwischen diese Phase und die dritte Phase geschaltet sind.
EP-A-0361389 offenbart eine weitere Vorrichtung zum Entfernen von Gleichanteilen aus dem Ausgangssignal eines mehrphasigen Wechselrichters, der eine Gleichstromquelle, einen Invertor und einen Transformator umfaßt. Das in die Primärseite des Transformators eingegebene Signal wird erfaßt, und ein Gleichanteil dieses Signals wird erkannt. Der Betrieb des Invertors wird abhängig von dem erfaßten Gleichanteil geregelt.
Erfindungsgemäß wird ein Regelsystem für einen Umrichter bereitgestellt, der eine Anzahl Schalteinrichtungen enthält und über einem Transformator, der einen Kern aufweist, mit einem äußeren System verbunden ist, wobei das Regelsystem umfaßt:
eine Erzeugungsvorrichtung für einen Ausgangsspannungs- Anweisungswert, die einen Anweisungswert für eine Ausgangsspannung des Umrichters erzeugt;
Korrekturvorrichtungen zum Korrigieren des Anweisungswerts und zum Erzeugen eines korrigierten Anweisungswerts für die Ausgangsspannung des Umrichters; und
Signalerzeugungsvorrichtungen zum Erzeugen eines Signals abhängig von dem korrigierten Anweisungswert, wobei das Signal an die Schalteinrichtungen des Umrichters angelegt wird, um die Ausgangsspannung des Umrichters zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrekturvorrichtung einen korrigierten Anweisungswert erzeugt, und zwar abhängig von einem Wert, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes im Kern des Transformators darstellt.
Das äußere System kann ein Netz oder eine Last enthalten. Das erfindungsgemäße System ermöglicht das Unterdrücken einer Gleichanteil-Magnetisierung des Transformators auch für die Gleichanteile, die die Netzseite (das äußere System) erzeugt.
Man versteht die Erfindung und viele ihrer Vorteile besser, wenn man auf die folgende ausführliche Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt.
Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für einen Umrichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 1A ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für einen Umrichter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 1B ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für einen Umrichter gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Transformators 2 in Fig. 1;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für einen Umrichter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen dem magnetischen Fluß und dem Magnetisierungsstrom, wenn eine regelwidrige Gleichspannung angelegt wird;
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm eines Regelsystems für einen Umrichter gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen dem Magnetisierungsstrom und dem magnetischen Fluß im Transformatorkern; und
Fig. 7 eine Skizze eines herkömmlichen Regelsystems für einen Umrichter.
Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen. In den einzelnen Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder entsprechende Teile. Es werden nun die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Regelsystems für einen Umrichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet 5B einen Stromerfasser, der den Strom auf der Primärwicklungsseite des Transformators 2 erfaßt. 12 bezeichnet einen Subtrahierer zum Bestimmen der Differenz zwischen dem Sekundärwicklungsstrom des Transformators, den ein Stromerfasser 5A erfaßt, und dem Primärwicklungsstrom des Transformators, den der Stromerfasser 5B erfaßt.
Fig. 2 zeigt eine allgemeine Ersatzschaltung für den Transformator 2. In Fig. 2 sind X1 und X2 die Streuinduktivitäten des Transformators 2. R1 und R2 sind die Kupferverluste des Transformators 2. X0 ist die Hauptinduktivität des Transformators 2. i1, i2 und 10 sind jeweils der Primärstrom, der Sekundärstrom und der Magnetisierungsstrom, der im Transformator 2 fließt. Nimmt man zur Vereinfachung das Windungszahlenverhältnis des Transformators 2 zu 1 an, so kann man der Ersatzschaltung in Fig. 2 entnehmen, daß der Magnetisierungsstrom i0 des Transformators 2 gleich der Differenz zwischen dem Primärstrom i1 und dem Sekundärstrom i2 ist. Der Magnetisierungsstrom i0 entspricht nahezu dem magnetischen Fluß im Kern des Transformators 2. Wird ein Gleichanteil im Magnetisierungsstrom i0 erfaßt, so kann man den Wert der Gleichanteil-Magnetisierung abschätzen. Daher berechnet in der Ausführungsform nach Fig. 1 ein Subtrahierer i2 die Differenz zwischen dem Primärwicklungsstrom und dem Sekundärwicklungsstrom des Transformators 2. Die Gleichanteil- Erfassungsvorrichtung 8 erkennt einen Gleichanteil in der Stromdifferenz. Nun wird der Ausgangsspannungs-Anweisungswert aus der Regelschaltung 7 um den so erfaßten Gleichanteil korrigiert, so daß die Gleichanteil-Magnetisierung verschwindet. Damit kann man die Gleichanteil-Magnetisierung des Transformators 2 unterdrücken. Da die Korrektur bezüglich des Magnetisierungsstroms erfolgt, können beide Gleichanteil- Magnetisierungen korrigiert werden, nämlich der im Ausgangssignal des selbstgeführten Umrichters 3 enthaltene Gleichanteil, und der transiente Gleichanteil, der im Netz 1 enthalten ist.
Die restlichen Schaltungsanteile in Fig. 1 funktionieren genauso wie in der bisher verwendeten Schaltung nach Fig. 7, die bereits erklärt wurde.
Fig. 1 zeigt die Ausführungsform, bei der das Windungszahlenverhältnis des Transformators 2 zu 1 angenommen wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Fig. 1A zeigt ein Regelsystem für einen Umrichter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei das Windungszahlenverhältnis des Transformators 2 den Wert 1 : n hat. In Fig. 1A bezeichnet 17 einen Multiplizierer, der den Sekundärwicklungsstrom des Transformators 2, den der Stromerfasser 5A erfaßt, mit n multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 17 wird an den Subtrahierer 12 angelegt, der die Differenz zwischen dem Transformator primärstrom und dem Ausgangssignal des Multiplizierers 17 bestimmt. Die folgende Regelung erfolgt in der gleichen Weise wie in der Ausführungsform nach Fig. 1.
Ist das Windungszahlenverhältnis des Transformators 2 1 : n, so beträgt die Höhe des Sekundärwicklungsstroms des Transformators 2 das 1/n-fache des Primärwicklungsstroms des Transformators 2. Um den Magnetisierungsstrom abhängig vom Primärstrom und vom Sekundärstrom des Transformators 2 zu berechnen, muß man also den Sekundärwicklungsstrom mit n multiplizieren. Der Multiplizierer 17 dient diesem Zweck. Anstatt in Fig. 1A einen Multiplizierer 17 bereitzustellen, kann man einen Teiler zwischen dem Stromerfasser 5B und dem Subtrahierer 12 einsetzen, der den im Stromerfasser 5B bestimmten Primärwicklungsstrom des Transformators 2 durch n teilt.
Fig. 1B zeigt ein Regelsystem für einen Umrichter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei der Umrichter. 3 ein dreiphasiger Umrichter ist. Der Transformator 2 wird in diesem Fall in Stern-Dreieck-Schaltung betrieben. In Fig. 1B sind 5A1, 5A2 und 5A3 Stromerfasser zum Erfassen der Ströme in den jeweiligen Sekundärwicklungen des Transformators 2. 5B1, 5B2 und 5B3 sind Stromerfasser zum Erfassen der Ströme in den jeweiligen Primärwicklungen des Transformators 2. Da sich beim Transformator 2 die Primärwicklungsschaltung von der Sekundärwicklungsschaltung unterscheidet, unterscheiden sich auch die Phasen der Primärwicklungsströme von den Phasen der Sekundärwicklungsströme, so daß man die Phasen der erfaßten Ströme umsetzen muß. Dafür ist eine Stern-Dreieck-Umsetzschaltung 18 bereitgestellt. Die mit den Stromwandlern 5B1, 5B2 und 5B3 erfaßten Primärwicklungsströme werden an die Stern-Dreieck-Umsetzschaltung 18 angelegt. 121, 122 und 123 bezeichnen Subtrahierer zum Ermitteln der Differenzen zwischen den drei Ausgangssignalen der Stern-Dreieck-Umsetzschaltung 18 und den Sekundär wicklungsströmen, die jeweils die Stromwandler 5A1, 5A2 und 5A3 erfassen. Die Gleichanteil-Erfassungsvorrichtung 8 erfaßt die Gleichanteile, die in den Ausgangssignalen der Subtrahierer 121, 122 und 123 enthalten sind, und legt sie jeweils an die Addierer 91, 92 und 93 an. Die Addierer 91, 92 und 93 addieren jeweils die drei Phasenkomponenten des Ausgangssignals der Regelschaltung 7 und die drei Ausgangssignale der Gleichanteil- Erfassungsvorrichtung 8 und legen die jeweiligen Summen an die PWM-Regelschaltung 10 an.
Anstatt auf der Primärseite eine Stern-Dreieck- Umsetzschaltung 18 bereitzustellen, siehe Fig. 1B, kann man auch eine Dreieck-Stern-Umsetzschaltung zwischen den Stromwandlern 5A1, 5A2 und 5A3 auf der Sekundärseite und den Subtrahierern 121, 122 und 123 bereitstellen.
In diesen Ausführungsformen sind die Schaltelemente, beispielsweise der Multiplizierer 17 und die Stern-Dreieck- Umsetzschaltung 18, den Fachleuten bekannt. Daher ist es unnötig, den Schaltungsaufbau dieser Schaltelemente ausführlich zu beschreiben.
Gemäß diesen Ausführungsformen ist wie beschrieben in einem Umrichter, der aus selbstlöschenden Vorrichtungen aufgebaut und über einen Transformator mit einem äußeren System verbunden ist, beispielsweise einem Netz oder einer Last, sowohl die Gleichanteil-Magnetisierung durch die Gleichanteile, die im Ausgangssignal des Umrichters enthalten sind, als auch die Gleichanteil-Magnetisierung, die durch transiente Gleichanteile des äußeren Systems entsteht, korrigierbar durch:
Ermitteln der Differenz zwischen dem Primärwicklungsstrom und dem Sekundärwicklungsstrom des Transformators;
Ermitteln des Gleichanteils, der in dieser Differenz enthalten ist; und
Korrigieren des Ausgangsspannungs-Anweisungswerts des Umrichters abhängig von diesem Gleichanteil als einem der Werte, die mit dem magnetischen Fluß des Transformators 2 zusammenhängen.
Es wird zudem der Fall betrachtet, in dem ein Strom, der einen Gleichanteil besitzt, vom Netz 1 zum selbstgeführten Umrichter 3 fließt. In diesem Fall ist der Gleichanteil des Primärwicklungsstroms, den der Stromerfasser 5B erfaßt, gleich dem Sekundärwicklungsstrom, den der Stromerfasser 5A in Fig. 1 erfaßt, und es tritt keine Gleichanteil-Magnetisierung des Transformators 2 auf. Damit ist das Ausgangssignal der Gleichanteil-Erfassungsvorrichtung 8 null, so daß keine Korrektur der Anweisungswerte erfolgt, die die Regelschaltung 7 ausgibt.
In dem herkömmlichen Regelsystem nach Fig. 7 erfaßt der Stromwandler 5 jedoch nur den Sekundärwicklungsstrom des Transformators 2. Da der Gleichanteil im erfaßten Strom enthalten ist, wird durch den Gleichanteil aus der Gleichanteil-Erfassungsvorrichtung 8 fälschlicherweise der Anweisungswert aus der Regelschaltung 7 korrigiert, obwohl der Gleichanteil des Magnetisierungsstroms null ist und keine Gleichanteil-Magnetisierung des Transformators 2 auftritt. In einen derartigen Fall hat diese Ausführungsform den Vorzug, daß eine fehlerhafte Korrektur vermeidbar ist.
Die folgende Beschreibung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf die Darstellung in Fig. 3.
In Fig. 3 bezeichnet 19 eine Phasenerfassungsschaltung, beispielsweise eine Phase-Locked-Loop-Schaltung, die bei jeder Grundschwingung des Netzes 1 ein Signal ausgibt. Dieses Signal wird in eine Maximalwert-Erfassungsvorrichtung 13 und eine Minimalwert-Erfassungsvorrichtung 14 eingegeben. Die Stromdifferenz zwischen dem Primärstrom und dem Sekundärstrom des Transformators, die der Subtrahierer 12 berechnet, wird ebenfalls in die Maximalwert-Erfassungsvorrichtung 13 und die Minimalwert-Erfassungsvorrichtung 14 eingegeben. Die Maximalwert-Erfassungsvorrichtung 13 und die Minimalwert- Erfassungsvorrichtung 14 berechnen den Maximalwert bzw. den Minimalwert der Stromdifferenz in jeder Grundschwingung des Netzes 1. 15 bezeichnet eine Rechenschaltung, die den Mittelwert der Stromdifferenz in jeder Grundschwingung des Netzes 1 aus dem Maximalwert und dem Minimalwert berechnet. Der Mittelwert wird an den Addierer 9 angelegt.
Ist die Ausführungsform in dieser Weise aufgebaut, siehe Fig. 4 (a), so kann die Gleichanteil-Magnetisierung durch Erfassen des Mittelwerts des magnetischen Flußes als repräsentativer magnetischer Fluß genauer bestimmt werden, und zwar auch dann, wenn eine Periode auftritt, in der sich konstante Werte für den magnetischen Fluß und den Magnetisierungsstrom durch das Anlegen einer regelwidrigen Gleichspannung fortsetzen. Man kann auch die Wirkung erhalten, daß sowohl die Gleichanteil-Magnetisierung durch den Gleichanteil, der im Ausgangssignal des selbstgeführten Umrichters 3 enthalten ist, als auch die Gleichanteil- Magnetisierung durch den transienten Gleichanteil, der im Netz 1 enthalten ist, korrigierbar ist.
Es folgt eine Beschreibung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Darstellung in Fig. 5. In Fig. 5 bezeichnet 16 eine magnetische Erfassungsvorrichtung, beispielsweise ein Hallelement zum Erfassen des magnetischen Flußes im Kern des Transformators 2.
In Fig. 5 wird die abgegebene Spannungsanweisung der Regelschaltung 7 mit Hilfe des Werts für den magnetischen Fluß im Kern des Transformators 2 korrigiert, und nicht mit der Stromdifferenz zwischen dem Primärwicklungsstrom und dem Sekundärwicklungsstrom des Transformators in Fig. 3. Die folgende Regelung erfolgt genauso wie in der Ausführungsform nach Fig. 3. Fig. 6 zeigt, daß der Zusammenhang zwischen dem Magnetisierungsstrom und dem magnetischen Fluß im Transformator 2 nichtlinear ist. Der Magnetisierungsstrom nimmt nur allmählich zu, bis der Kern des Transformators 2 die Sättigung erreicht. Erreicht der Kern jedoch die Sättigung, so nimmt der Magnetisierungsstrom sehr rasch zu. Um eine Gleichanteil- Magnetisierung durch eine Korrektur vor dem Erreichen der Sättigung zu unterdrücken, muß ein Gleichanteil eines kleinen Magnetisierungsstroms oder eine kleine Veränderung des Magnetisierungsstroms erfaßt werden. Um solch eine kleine Änderung zu erfassen, muß man den Magnetisierungsstrom sehr genau bestimmen. Die Stärke des Magnetisierungsstroms beträgt jedoch üblicherweise weniger als 10% des Nennstroms eines Transformators. Erfaßt man den Magnetisierungsstrom durch die Differenz zwischen dem Primärwicklungsstrom und dem Sekundärwicklungsstrom, so ist ein Stromerfasser mit einer Genauigkeit von 0,1% des Nennstroms erforderlich, wenn man einen Magnetisierungsstrom, dessen Stärke 10% des Nennstroms beträgt, mit einer Genauigkeit von 1% erfassen will.
Korrigiert man den Ausgangsspannungs-Anweisungswert durch das Erfassen des magnetischen Flußes im Transformatorkern, siehe Fig. 5, so kann man wirkungsvoller regeln als dann, wenn die Korrektur durch das Erfassen des Magnetisierungsstroms erfolgt.
Verwendet man diese Ausführungsform, so kann man sowohl die Gleichanteil-Magnetisierung aufgrund des Gleichanteils im Ausgangssignal des selbstgeführten Umrichters 3 als auch die Gleichanteil-Magnetisierung aufgrund des transienten Gleichanteils im Netz 1 wirkungsvoll korrigieren.
In den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 5 erfassen eine Maximalwert-Erfassungsvorrichtung 13 und eine Minimalwert- Erfassungsvorrichtung 14 den Maximalwert und den Minimalwert der eingegebenen Werte in jeder Grundschwingung des Netzes 1. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Der Maximalwert und der Minimalwert können aus den Eingabewerten für eine Anzahl Grundschwingungen des Netzes 1 bestimmt werden.
Zudem wird in der Rechenschaltung 15 ein Mittelwert berechnet, und die Korrektur des Anweisungswerts der Regelschaltung 7 erfolgt mit dem Mittelwert. Anstelle eines strengen Mittelwerts kann man einen geeigneten Wert, der den magnetischen Fluß darstellt, aus dem magnetischen Fluß oder dem Magnetisierungsstrom im Transformator 2 mit einem anderen Verfahren berechnen. Diesen Wert kann man dann dazu verwenden, den Anweisungswert aus der Regelschaltung zu korrigieren, wenn man die Gleichanteil-Magnetisierung des Transformators 2 anhand eines solchen mit dem magnetischen Fluß zusammenhängenden Werts beurteilen kann.
In einem Umrichter, der aus selbstlöschenden Vorrichtungen aufgebaut und über einen Transformator mit einem äußeren System verbunden ist, beispielsweise einem Netz oder eine Last, können erfindungsgemäß sowohl die Gleichanteil-Magnetisierung aufgrund des Gleichanteils, der im Umrichter enthalten ist, als auch die Gleichanteil-Magnetisierung durch den transienten Gleichanteil, der im äußeren System enthalten ist, dadurch korrigiert werden, daß man einen Wert ermittelt, der den magnetischen Fluß im Kern des Transformators darstellt, beispielsweise die Differenz zwischen dem Primärwicklungs- Gleichstrom und dem Sekundärwicklungs-Gleichstrom des Transformators, oder einen magnetischen Fluß selbst, und den Ausgangsspannungs-Anweisungswert des Umrichtersabhängig von dem Wert korrigiert, der den magnetischen Fluß darstellt.

Claims

1. Regelsystem für einen Umrichter (3), der eine Anzahl Schalteinrichtungen enthält und über einem Transformator (2), der einen Kern aufweist, mit einem äußeren System (1) verbunden ist, wobei das Regelsystem umfaßt:

eine Erzeugungsvorrichtung (7) für einen Ausgangsspannungs-Anweisungswert, die einen Anweisungswert für eine Ausgangsspannung des Umrichters (3) erzeugt;

Korrekturvorrichtungen (5, 8, 9) zum Korrigieren des Anweisungswerts und zum Erzeugen eines korrigierten Anweisungswerts für die Ausgangsspannung des Umrichters (3); und

Signalerzeugungsvorrichtungen (10, 11) zum Erzeugen eines Signals abhängig von dem korrigierten Anweisungswert, wobei das Signal an die Schalteinrichtungen des Umrichters (3) angelegt wird, um die Ausgangsspannung des Umrichters (3) zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung (5A, 5B, 8, 9, 12; 5A, 5B, 9, 12, 13, 14, 15; 9, 13, 14, 15, 16) einen korrigierten Anweisungswert erzeugt, und zwar abhängig von einem Wert, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes im Kern des Transformators (2) darstellt.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, worin die Korrekturvorrichtung enthält: eine Erfassungsvorrichtung (16) für den magnetischen Fluß, die den magnetischen Fluß im Kern des Transformators (2) erfaßt;

eine Maximalwert-Erfassungsvorrichtung (13), die so geschaltet ist, daß sie den magnetischen Fluß empfängt und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne einen Maximalwert des magnetischen Flußes erfaßt;

eine Minimalwert-Erfassungsvorrichtung (14), die so geschaltet ist, daß sie den magnetischen Fluß empfängt und innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne einen Minimalwert des magnetischen Flußes erfaßt;

eine Mittelwert-Berechnungsvorrichtung (15) zum Berechnen eines Mittelwerts aus dem Maximalwert und dem Minimalwert innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne, wobei der Mittelwert der Wert ist, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt; und

eine Erzeugungsvorrichtung (9) für korrigierte Anweisungswerte, die so geschaltet ist, daß sie den Anweisungswert und den Wert empfängt, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt, und den korrigierten Anweisungswert für die Ausgangsspannung des Umrichters (3) erzeugt.

3. Regelsystem für einen Umrichter nach Anspruch 2, wobei die Korrekturvorrichtung zudem einen Phasendetektor (19) zum Erfassen einer Grundschwingungsdauer des äußeren Systems (I) enthält, und für die Korrekturvorrichtung gilt:

die Erfassungsvorrichtung (16) für den magnetischen Fluß enthält ein Hallelement, das in dem Transformator (2) bereitgestellt ist und den magnetischen Fluß im Kern des Transformators (2) erfaßt;

die Maximalwert-Erfassungsvorrichtung (13) enthält eine Maximalwert-Erfassungsschaltung, die so geschaltet ist, daß sie den magnetischen Fluß und die Grundschwingungsdauer als die vorbestimmte Zeitspanne empfängt und den Maximalwert des magnetischen Flußes innerhalb der Grundschwingungsdauer erfaßt;

die Minimalwert-Erfassungsvorrichtung (14) enthält eine Minimalwert-Erfassungsschaltung, die so geschaltet ist, daß sie den magnetischen Fluß und die Grundschwingungsdauer als die vorbestimmte Zeitspanne empfängt und den Minimalwert des magnetischen Flußes innerhalb der Grundschwingungsdauer erfaßt;

die Mittelwert-Berechnungsvorrichtung (15) enthälteine Arithmetikschaltung, die während der Grundschwingungsdauer aus dem Maximalwert und dem Minimalwert den Mittelwert berechnet, wobei der Mittelwert der Wert ist, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt; und

die Erzeugungsvorrichtung (9) für korrigierte Anweisungswerte enthält einen Addierer, der den Anweisungswert und den Wert addiert, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt, um den korrigierten Anweisungswert zu erzeugen.

4. Regelsystem nach Anspruch 1, worin die Korrekturvorrichtung enthält:

eine Stromdifferenz-Erfassungsvorrichtung (5A, 5B, 12) zum Erfassen einer Stromdifferenz zwischen einem Primärwicklungsstrom (11) und einem Sekundärwicklungsstrom (12) des Transformators (2);

eine Maximalwert-Erfassungsvorrichtung (13), die so geschaltet ist, daß sie die Stromdifferenz empfängt und einen Maximalwert der Stromdifferenz innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne erfaßt;

eine Minimalwert-Erfassungsvorrichtung (14) die so geschaltet ist, daß sie die Stromdifferenz empfängt und einen Minimalwert der Stromdifferenz innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne erfaßt;

eine Erzeugungsvorrichtung (9) für korrigierte Anweisungswerte, die so geschaltet ist, daß sie den Anweisungswert und den Wert empfängt, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt und den korrigierten Anweisungswert für, die Ausgangsspannung des Umrichters erzeugt.

5. Regelsystem für einen Umrichter nach Anspruch 4,

wobei die Korrekturvorrichtung zudem einen Phasendetektor (19) zum Erfassen einer Grundschwingungsdauer des äußeren Systems (1) enthält, und für die Korrekturvorrichtung gilt:

die Stromdifferenz-Erfassungsvorrichtung umfaßt

einen Primärstromdetektor (5B) zum Erfassen des Primärwicklungsstroms des Transformators,

einen Sekundärstromdetektor (5A) zum Erfassen des Sekundärwicklungsstroms des Transformators,

einen Subtrahierer (12) zum Berechnen der Differenz zwischen dem Primärwicklungsstrom und dem Sekundärwicklungsstrom;

die Maximalwert-Erfassungsvorrichtung (13) enthälteine Maximalwert-Erfassungsschaltung, die so geschaltet ist, daß sie die Stromdifferenz und die Grundschwingungsdauer als die vorbestimmte Zeitspanne empfängt und den Maximalwert der Stromdifferenz während der Grundschwingungsdauer erfaßt;

die Minimalwert-Erfassungsvorrichtung (14) enthält eine Minimalwert-Erfassungsschaltung, die so geschaltet ist, daß sie die Stromdifferenz und die Grundschwingungsdauer als die vorbestimmte Zeitspanne empfängt und den Minimalwert der Stromdifferenz während der Grundschwingungsdauer erfaßt;

die Erzeugungsvorrichtung für korrigierte Anweisungswerte enthält einen Addierer (9), der den Anweisungswert und den Wert addiert, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt, um den korrigierten Anweisungswert zu erzeugen.

6. Regelsystem nach Anspruch 1, worin die Korrekturvorrichtung enthält:

Stromdifferenz-Erfassungsvorrichtungen (5A, 5B) zum Erfassen einer Stromdifferenz zwischen einem Primärwicklungsstrom und einem Sekundärwicklungsstrom des Transformators;

eine Gleichanteil-Erfassungsvorrichtung (8) zum Erfassen des Gleichanteils, der in der Stromdifferenz enthalten ist, wobei der Gleichanteil der Wert ist, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt; und

eine Erzeugungsvorrichtung (9) für korrigierte Anweisungswerte, die so geschaltet ist, daß sie den Anweisungswert und den Wert empfängt, der den Gleichanteil des magnetischen Flußes darstellt, und den korrigierten Anweisungswert für die Ausgangsspannung des Umrichters erzeugt.

7. Regelsystem für einen Umrichter nach Anspruch 6, worin die Stromdifferenz-Erfassungsvorrichtung enthält:

einen Subtrahierer (12) zum Berechnen der Stromdifferenz zwischen dem Primärwicklungsstrom und dem Sekundärwicklungsstrom.

8. Regelsystem für einen Umrichter nach Anspruch 6,

wobei das Windungszahlenverhältnis des Transformators den Wert 1 : n hat und

die Stromdifferenz-Erfassungsvorrichtung enthält:

einen Multiplizierer (17), der den Sekundärwicklungsstrom mit n multipliziert und einen multiplizierten Sekundärwicklungsstrom erzeugt; und

einen Subtrahierer (12) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Primärwicklungsstrom und dem multiplizierten Sekundärwicklungsstrom und zum Ausgeben der Differenz als Stromdifferenz.

9. Regelsystem für einen Umrichter nach Anspruch 6,

wobei der Umrichter (3) ein dreiphasiger Umrichter ist und der Transformator (2) in Stern-Dreieck-Schaltung aufgebaut ist,

und die Stromdifferenz-Erfassungsvorrichtung enthält: Primärstrom-Erfassungsvorrichtungen (5B1, 5B2, 5B3) zum Erfassen des Primärwicklungsstroms des Transformators;

Sekundärstrom-Erfassungsvorrichtungen (5A1, 5A2, 5A3) zum Erfassen des Sekundärwicklungsstroms des Transformators;

eine Stern-Dreieck-Umsetzvorrichtung (18) zum Umsetzen des Primärwicklungsstroms in einen umgesetzten Primärwicklungsstrom; und

Subtrahiervorrichtungen (121, 122, 123) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem umgesetzten Primärwicklungsstrom und dem Sekundärwicklungsstrom, wobei die Differenz die Stromdifferenz ist.

10. Regelsystem für einen Umrichter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das äußere System entweder ein Netz oder eine Last enthält.