NL7907347A - Adaptieve stroomregelaar voor een statische omzetter. - Google Patents

Description

*- ·»3*

Licentia Patent-Vervaltungs-G.m.b.H., Frankfurt am Main, Bondsrepubliek Duitsland

Adaptieve stroomregelaar voor een statische omzetter.

De uitvinding heeft betrekking op een adaptieve stroomregelaar voor een statische omzetter, voorzien van een omschakel-inrichting voor het besturen van de parameters van de regelaar afhankelijk van de stroomregelgrootheid en van een aanspreekdrempel, waarbij 5 het door een eerste versterker gevormde verschil tussen een stroomrefe- rentiegrootheid en een stroomregelgrootheid wordt toegevoerd aan een tweede versterker.

Wanneer hoge eisen worden gesteld aan de regeldyna-miek van statische omzetters wordt voor de stroomregeling zowel bij een 10 met één stroomrichting werkende omzetterschakeling als bij een van kringstromen vrije met twee stroomrichtingen werkende omzetterschakeling gebruik gemaakt van een adaptieve ankerstroomregelaar.

In het Duitse octrooischrift 1.957.599 wordt het probleem van de met onderbrekingen lopende stroom uiteengezet en wordt 15 als oplossing een regelaar voor de stroomregeling van een omzetter bij zowel met onderbrekingen lopende stroom als bij een zonder onderbrekingen lopende stroom beschreven waarvan het gedrag in de tijd bij het overschrijden van de onderbrekingsgrenzen kan worden gewijzigd door middel van een inrichting die de terugkoppeling in de regelaar omschakelt, waar-20 bij de regelaar bij een stroom zonder onderbrekingen een zogenaamd PI- gedrag vertoont en de omschakelinrichting de regelaar afhankelijk van de feitelijke waarde van de stroomsterkte bij een stroom met een sterkte boven een instelbare waarde (aanspreekgrens) omschakelt naar het Pï-gedrag en bij een stroomsterkte beneden deze waarde op het zogenaamde I-gedrag.

25 Als uitvoeringsvoorbeeld zal een regelaar worden beschreven die is opge bouwd uit een serieschakeling van twee operationele versterkers waarvan de eerste versterker is voorzien van twee terugkoppellussen die respectievelijk het P-gedrag en het PD-gedrag van de versterker bepalen, en waarbij het omschakelen van het PI-gedrag naar het I-gedrag plaatsvindt 790 7 3 47 \ 2 door kortsluiting van do condensator die, opgenomen in een terugkoppellus, het PD-gedrag van de eerste operationele versterker bepaalt. Daarbij is de tweede operationele versterker uitgevoerd door middel van een terugkoppeling als een integrator en bestaat de omschakelinrichting uit een 5 vergelijkingsorgaan of een als vergelijkingsorgaan geschakelde versterker waaraan een met behulp van een potentiometer instelbare en met de vooraf bepaalde aanspreekgrens van de stroomsterkte overeenkomende spanning wordt toegevoerd samen met een spanning die overeenkomt met de feitelijke waarde van de stroomsterkte, en wel zodanig dat bij het overschrijden en 10 onderschrijden van de aanspreekgrens door de feitelijke waarde van de stroomsterkte telkens een verandering plaatsvindt van het uitgangssignaal van het vergelijkingsorgaan, respectievelijk van de versterker die deze functie heeft, welk uitgangssignaal een elektronische schakelaar bestuurt, plaatsvindt.

15 Het Duitse Auslegeschrift 2.017.791 behandelt de problemen van de van kringstromen vrije voor twee stroomrichtingen ingerichte omzetterschakeling en geeft voor de oplossing daarvan een regel-inrichting voor een omzetter in een van kringstromen vrije anti-parallel-schakeling, voorzien van een stroomregelaar die tenminste een I-element 20 vertoont, en wel voor de omzettergroepen van de beide draaimomentrichtin- gen, waarbij de stroomregelaar ter verkorting van de inschakeltijd na de omschakeling van de ene omzettergroep naar de andere zodanig is beïnvloed dat de regelaar bij een feitelijke waarde van de stroomsterkte beneden een instelbare waarde (stroomsterkte-aanspreekgrens) een belangrijk 25 kortere integratietijd heeft als het geval is bij een feitelijke waarde van de stroomsterkte boven deze waarde. Hierbij is aan de stroomregelaar een omschakelinrichting toegevoegd die de integratieconstante van het I-element wijzigt afhankelijk van het overschrijden of het onderschrijden van de aanspreekgrens van de stroomsterkte door de feitelijke waarde van 30 de stroomsterkte.

Aan de bekende regelaars kleven nadelen. De regel-schakelingen zijn weliswaar betrekkelijk eenvoudig samengesteld, maar kunnen in vele toepassingen onoverzichtelijk worden bij het in aanmerking nemen van hun functie en van het berekenen en de instelling van de 35 parameters. Voorts doen zich moeilijkheden voor wanneer de beide problemen 79073 47 3 namelijk het probleem van de onderbrekingen en het probleem van de verbetering van de regeldynamiek van de van kringstromen vrije schakeling, moeten worden opgelost door middel van één enkele regelaar met een bepaalde regelinstelling. Bijvoorbeeld kan het hier komen tot een ongewilde 5 opslingering bij het omkeren van de stroomrichting wanneer de parameters op een juiste waarde zijn ingesteld voor het probleem met de onderbrekingen.

Het doel van de uitvinding is een adaptieve stroomre-gelaar voor een statische omzetter te verschaffen die een overzichtelijke 10 opbouw van de schakeling vertoont waarbij de afzonderlijke regelparameters eenvoudig kunnen worden berekend en onafhankelijk van elkaar kunnen worden ingesteld, die verder een goed dynamisch gedrag van de stroomsterkte-regeling mogelijk maakt bij zowel een stroom met als zonder onderbrekingen en bij de stroomomkering in de van kringstromen vrije schakeling, die 15 voorts zo is opgebouwd dat een ongewilde opslingering bij het opvoeren van de referent!espanning van de stroomsterkte nul naar de stroomsterkte-grens wordt verhinderd, en waarbij tenslotte statische fouten als gevolg van de aanpassing van parameters in verregaande mate worden vermeden.

Een stroomregelaar van de in de aanhef omschreven 20 soort is daartoe volgens de uitvinding hierin gekenmerkt dat het door de eerste versterker gevormde verschil rechtstreeks of via een spannings-deler wordt toegevoerd aam de niet-omkerende ingang van de tweede versterker en via een derde omkerend werkende versterker aan de omkerende ingang van de tweede versterker, dat de tweede versterker voor het aam de 25 niet-omkerende ingang aangelegde signaal het Pï-gedrag vertoont, dat de omschakelinrichting de signaalweg via de omkerende ingang van de tweede versterker alleen vrijgeeft bij stroomsterkten beneden de aanspreekdrem-pel, en dat middelen aanwezig zijn voor het af vlakken van althans de sterkte van de te regelen stroom.

30 Bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding vertonen zekere voordelen. Deze zullen worden toegelicht in de hierna volgende beschrijving van twee uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding, welke beschrijving verwijst naar een tekening.

Fig. 1 toont een schakeling van een adaptieve stroom-35 regelaar volgens de uitvinding in zijn grondvorm.

790 73 47 ϊ· 4

Fig. 2 toont een voordelige uitvoeringsvorm van de schakeling volgens fig. 1.

In fig. 1 omvat de adaptieve stroomregelaar een eerste versterker 1 waaraan via een instelweerstand Rj de referentiewaarde Ij 5 wordt toegevoerd. De te regelen grootheid 1^ wordt via twee weerstanden R, . en R, , toegevoerd aan de versterker 1, waarbij de waarden van de twee weerstanden bij voorkeur telkens de helft is van de waarde van de weerstand Rj. De weerstanden R^ ^ en R^ 2 vormen samen met een condensator Cj een vertragingslid van de eerste orde dat dient voor het afvlakken 10 van de te regelen grootheid I . Zonder afvlakking van de te regelen

A

grootheid 1^ zou bij het werken met een stroom met onderbrekingen in deze stroomonderbrekingen door de versterker 3 alleen de referentiegrootheid I worden versterkt en er zouden dan regelfouten optreden.

Het uitgangssignaal van de versterker 1 wordt toege-15 voerd aan de niet-omkerende ingang (+) van een tweede versterker 2.

Wanneer de veldeffecttransistor 5 geblokkeerd is, bestaat de terugkoppeling van de versterker 2 uit de condensator en de weerstand R^. De aldus teruggekoppelde versterker 2 is een PI-element met de versterkings-factor K2 = 1 en de tijdconstante T2 = R^.C^. De regelaar volgens de 20 uitvinding werkt wanneer de veldeffecttransistor 5 geblokkeerd is, als PI-regelaar met de frequentiekarakteristiek

r v ltgTR

R " - PTR

waarin voor de regelparameters geldt: 25 R3 k = k = ~-R 1 Rj TR = T2 “ R7*C1

Het uitgangssignaal van de versterker wordt gelijk-30 tijdig via een instelweerstand R4 aangeboden aan een derde versterker 3 met de versterkingsfactor k^ = R^/R^. Wanneer de veldeffect-transistor 5 geleidend is, bereikt de met behulp van de versterker 3 versterkte en omgekeerde regelafwijking via de instelweerstand R. de omkerende ingang b van de versterker 2. Voor ingangssignalen aan deze ingang werkt de ver-35 sterker 3 als integrator. Bij berekening blijkt de frequentieresponsie 79073 47 * 5 in dit geval te zijn r „ »♦*»

“ " m ' pV

Voor de regelparameters geldt: R6 · R7_ RL Rg + R? (1 + kj) C1

Wordt k3 ^1 gekozen dan wordt <£tr. De regelaar 10 volgens de uitvinding werkt bij het geleidend zijn van de veldeffecttran- sistor 5 als een PI-regelaar met dezelfde P-versterkingsfactor, doch met een kleinere tijdconstante»

De parameters van de regelaar kunnen door de wijziging van de volgende weerstanden worden ingesteld: kR met TR met R^ 15 en met Rg.

De besturing van de veldeffecttransistor 5 van de geblokkeerde naar de geleidende toestand en omgekeerd komt tot stand door middel van een als vergelijkingsorgaan werkende versterker 4 die samen met de veldeffecttransistor 5 een omschakelinrichting vormt. Met een 20 potentiometer R_ wordt een aanspreekdrempel ingesteld voor de te regelen

O

grootheid I . De aan de potentiometer R_ ontleende waarde wordt via een A o weerstand Rg vergeleken met de via een weerstand RjQ toegevoerde regel-grootheid I& door middel van een tegengesteld gerichte instelling. De veldeffecttransistor 5 is geleidend bij een positieve spanning tussen de 25 stuurelektrode (G) en het toevoergebied (S)/ respectievelijk afvoergebied (D) en is geblokkeerd bij een negatieve spanning tussen stuurelektrode en toevoergebied, respectievelijk afvoergebied. De te regelen grootheid vertoont bijvoorbeeld het positieve teken. Het vergelijkingsorgaan stuurt dan de veldeffecttransistor 5 zodanig dat bij een stroomsterkte nul en 30 bij stroomsterkten beneden een met de potentiometer Rg ingestelde aan spreekdrempel de veldeffecttransistor 5 geleidend is en de regelaar de geringe tijdconstante vertoont, en dat bij stroomsterkten boven de aanspreekdrempel de veldeffecttransistor 5 wordt geblokkeerd en de regelaar de bij een zonder onderbrekingen lopende stroom nodige tijdconstante 35 TR vertoont. Door middel van de Zenerdiodes nl en n2 wordt de versterker 3 790 7 3 47

w** -I

6 wat betreft zijn maximale uitgangsspanning begrensd. Daarmee kan onafhankelijk van de versterkingsfactor k^ de door het uitgangssignaal van de versterker 3 teweeg gebrachte maximale instelsnelheid van de uitgangsspan-ning u van de regelaar worden begrensd. Hiermee wordt de maximale instel-

XV

5 snelheid van de stuurpulsen van de statische omzetter, bijvoorbeeld bij het overgaan van de situatie voor twee stroomrichtingen naar die voor één enkele stroomrichting, begrensd. Een ontoelaatbare opslingering bij de verandering van de stroomsterkte van de waarde nul naar een stroom-sterkte van een stroom zonder onderbrekingen wordt aldus voorkomen.

10 In fig. 2 zijn onderdelen van de schakeling die met onderdelen in fig. 1 overeenstemmen, steeds met dezelfde referentietekens voorzien. Bij het in fig. 2 getoonde uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding zijn om de regelparameters gemakkelijker te kunnen instellen de potentiometers RJ7, en R^ j in-de schakeling opgenomen. De instelling 15 van kR vindt plaats met R^, van TR met j en van met R1Q. Voor een ruwe aanpassing van de versterkingsfactor kR kan met behulp van Rj5 en R. - een spanningsdeler aanwezig zijn. De begrenzing van de maximale lo uitgangsspanning van de versterker 3 kan plaatsvinden via de potentiometer R . Deze werkt via de diode n3 op de begrenzingsingang van de 19 20 versterker 3.

Bij het werken met een stroom die onderbrekingen vertoont, wordt in een stroomonderbreking de versterkte uitgangsspanning van de versterker 1 via de versterker 3 en de veldeffecttransistor 5 aangeboden aan de versterker 2. Zoals reeds in verband met fig. 1 is uiteenge-25 zet zou zonder afvlakking van de te regelen grootheid alleen de referen- tiegrootheid worden versterkt en er zouden regelfouten optreden. In het hier nu besproken uitvoeringsvoorbeeld wordt dit door een faseverschuiving van de regelgrootheid tegengewerkt. Opdat geen ontoelaatbare verslechtering van de regeldynamiek optreedt wordt de faseverschuiving via tenminste 30 twee en bij voorkeur via drie vertragingselementen van de eerste orde met ongeveer even grote tijdconstanten TQ verwezenlijkt.

Nu moet gelden (met R3 i = R2 2 611 R4 1 = R4 2^: R2 1 R4 1 TG1 = 1 * C2%TG2 = R;3 ’ C3^sTG3 = “4 * C5 35 790 73 47 7

Ingeval dit nodig is kan net zoals de te regelen grootheid wordt afgevlakt ook de referentiegrootheid worden afgevlakt door de weerstand R^ te splitsen en nog een condensator aan te brengen,

In fig. 2 is de versterker 3 uitgevoerd met twee 5 terugkoppellussen. De in fig. 1 getekende weerstand Rg is nu verdeeld over de weerstanden R. , en R. . en de tweede terugkoppellus is uitgevoerd 5»1 met de weerstand R^. Via de weerstanden RJ2 en Rjg, de diode n4 en de condensator wordt uit het uitgangssignaal van de versterker 4 zodanig een signaal gevormd dat bij geringe stroomsterkten waar met onderbrekingen 10 van de stroom wordt gewerkt/ de veldeffecttransistor 6 geleidend wordt.

Hiermee is de terugkoppeling via Rg ^ en Rg 2 kortgesloten. Met R^ j + Rg 2 wordt nu een hogere versterkingsfactor verkregen.

15 790 7 3 47

Claims (9)

1. Adaptieve stroomregelaar voor een statische omzetter met een omschakelinrichting ter besturing van de regelparameters afhankelijk van de te regelen stroomsterkte en van een aanspreekdrempel, 5 waarbij het door een eerste versterker gevormde verschil tussen de refe rentiewaarde en de feitelijke waarde van de stroomsterkte wordt toegevoerd aan een tweede versterker, met het kenmerk, dat het door de eerste versterker (1) gevormde verschil rechtstreeks of via een spanningsdeler (R4_, R,.) wordt toegevoerd aan de niet-omkerende ingang (+) van de 15 lo 10 tweede versterker (2), en via een derde omkerend werkzame versterker (3) aan de omkerende ingang (-) van de tweede versterker (2), dat de tweede versterker (2) voor het aan de niet-omkerende ingang (+) aangelegde signaal een PI-gedrag vertoont, dat de omschakelinrichting (4, 5) de signaalweg via de omkerende ingang (-) van de tweede versterker (2) alleen 15 vrijgeeft bij een stroomsterkte beneden de aanspreekdrempel, en dat midde len (R , R_ , C_) aanwezig zijn voor het afvlakken van althans de te Δ · 1 a « « « regelen stroom (I ),

2. Stroomregelaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vrijgeven van de signaalweg via de omkerende ingang (-) van de 20 tweede versterker (2) plaatsvindt met een in serie met een instelweer- stand (Rg) gemonteerde elektronische schakelaar.

3. Stroomregelaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de elektronische schakelaar een veldeffecttransistor (5) is.

4. Stroomregelaar volgens conclusie 1,2 of 3, met 25 het kenmerk, dat de omkerend werkzame derde versterker (3) is teruggekop peld als een proportionele versterker, en dat de versterkingsfactor via deze signaalweg tenminste tien maal groter is dan de versterkingsfactor van de signaalweg van de uitgang van de eerste versterker (1) naar de niet-omkerende ingang (+) van de tweede versterker (2).

5. Stroomregelaar volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de omkerend werkzame derde versterker (3) wat betreft zijn maximale uitgangsspanning zodanig kan worden begrensd dat de maximale instelsnelheid van de uitgangsspanning van de tweede versterker (2) bij verandering van richting bij het instellen van de stuurpulsen voor de 35 situatie van de statische omzetter voor één enkele stroomrichting een 79073 47 vooraf bepaalde waarde niet overtreft.

6. Stroomregelaar volgens conclusie 5f met het kenmerk, dat de begrenzing van de maximale uitgangsspanning van de derde versterker (3) kan worden ingesteld via een potentiometer (R^g).

7. Stroomregelaar volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de te regelen grootheid (I&) wordt af gevlakt via tenminste twee en bij voorkeur via drie ongeveer even grote vertragingselementen van de eerste orde (R2 j, R2 2, C2; R3, C3; R4 j, R4.2' C5}‘

8. Stroomregelaar volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de omkerend werkzame derde versterker (3) is voorzien van twee terugkoppellussen (R,. Rg 2; R^) voor het omschakelen tussen twee verschillende versterkingsfactoren.

9. Stroomregelaar volgens conclusie 8, met het ken-15 merk, dat uit het signaal van de als vergelijkingsorgaan werkende versterker (4} van de omschakelinrichting (4, 5) via een netwerk dat bestaat uit een condensator (Cj), twee weerstanden Rj2, R^) en een diode (n4}, een signaal wordt gevormd dat via een elektronische schakelaar (6) de derde versterker (3) bij geringe stroomsterkten van stromen met onder-20 brekingen omschakelt naar een hogere versterkingsfactor. 79073 47