SE447614B

SE447614B - SLOW ANGLE CONTROL OF AN EXTERNAL CONVERTER CONNECTING A DC CIRCUIT WITH AN AC POWER NETWORK

Info

Publication number: SE447614B
Application number: SE8005242A
Authority: SE
Inventors: E Golde
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1986-11-24
Also published as: SE8005242L; CA1140988A; ZA804240B; DE2929260A1; CH655624B; DE2929260C2

Description

447 614 Användningen av en släckvinkelstyrning däremot erbjuder fördelar såtillvida att styrningen kan snabbare reagera på ändringar av påverkningsstorheterna likström och växel- spänning. Detta fordrar inställning av dessa storheter utan större åtgärder. 447 614 The use of an extinguishing angle control, on the other hand, offers advantages in that the control can react more quickly to changes in the influence quantities direct current and alternating voltage. This requires setting these quantities without major action.

Enligt boken "Thyristoren" av Heumann/Stumpe, Förlag B.G.According to the book "Thyristoren" by Heumann / Stumpe, Förlag B.G.

Teubner, Stuttgart, 1969, sid 93, gäller för släckvinkeln ﬁ,som måste tillföras som styrstorhet för styrningen: cos ß = cos YN - kl Siv*- varvid IN är märksläckvinkeln, i likströmmens till märkvärdet relaterade värde och u växelspänningens till märkvärdet relaterade värde med hänsynstagande till omsättningsförhål- landet mellan spänningen vid spänningsmätorganet och spänningen vid växelriktarventilen, medan kl tar hänsyn till kommuterings~ reaktansen. Styrvinkeln_ß betecknas även som förilnings- vinkel och erhålles ur summan av släckvinkeln Y och kommuterings- vinkeln w (13 = Y + w). Den det induktiva likspänningsfallet åstadkommande kommuteringsreaktansen antages här vara känd och konstant. Ifall den ändrar sig måste motsvarande hänsyn tagas till vid bildning av kl.Teubner, Stuttgart, 1969, page 93, applies to the extinguishing angle ﬁ, which must be supplied as the control variable for the control: cos ß = cos YN - kl Siv * - where IN is the rated extinction angle, in the value of the direct current related to the rated value and u of the alternating voltage taking into account the turnover ratio between the voltage at the voltage measuring means and the voltage at the inverter valve, while kl takes into account the commutation reactance. The control angle_ß is also referred to as the angulation angle and is obtained from the sum of the extinction angle Y and the commutation angle w (13 = Y + w). The commutation reactance producing the inductive DC voltage drop is assumed here to be known and constant. If it changes, corresponding consideration must be given to the formation of kl.

Uppfinningen har till uppgift att för en styrning av det inledningsvis angivna slaget möjliggöra inställning av styrvärdet för styrvinkelnﬁ5 för strömriktaranläggningar med stationär växelriktardrift med erforderlig noggrannhet, dvs. utan cos-funktionsbildare.The object of the invention is to make it possible for a control of the type specified in the introduction to set the control value for the control angle ﬁ5 for inverter systems with stationary inverter operation with the required accuracy, ie. without cos function generator.

Denna uppgift löses genom uppfinningen i enlighet med patent- kravets l kännetecknande del.This object is solved by the invention in accordance with the characterizing part of claim 1.

Uppfinningen begagnar sig av insikten att kosinus-relationen i ovan angivna kända ekvation för styrvinkelnfß är stora jämförda med den egentliga påverkningsstorheten kl i_ och att inom området för små vinklar vinkelberoendef helt försvinner så att kosinus-funktionerna äntligen kan ersättas genom trigonometriska serier. Därmed blir det möjligt att på båda sidorna av ovannämnda ekvation subtrahera talet l och på sådant sätt minska ekvationens siffervärde och därmed felet till en bråkdel. Således gäller: 2 _ 447 614 1 jgg +ﬁš% _ ..' = 1 _ šÉ_ ___ - kl ä- resp. omformat i _ ßz _ lå + ___ = 2 (l - cos Y N) + K -E- , med K - 2 kl.The invention makes use of the realization that the cosine relation in the above-mentioned known equation for control angle fß is large compared with the actual influence quantity kl i_ and that within the range of small angles angle dependence completely disappears so that the cosine functions can finally be replaced by trigonometric series. This makes it possible to subtract the number 1 on both sides of the above-mentioned equation and in this way reduce the numerical value of the equation and thus the error to a fraction. Thus applies: 2 _ 447 614 1 jgg + ﬁ š% _ .. '= 1 _ šÉ_ ___ - kl ä- resp. converted in _ ßz _ lay + ___ = 2 (l - cos Y N) + K -E-, with K - 2 at.

Cos-serien skulle kunna fortsättas godtyckligt men med hänsyn till komponenttoleranserna är det meningslöst att fortsätta utöver ß 4=termen. Således erhålles som en för- delaktig och utan större tekniska åtgärder för inställning av styrstorheten realiserbar relation 4 - p2l%- '2(l-cos)/N)-K-1J-'l- =0, varvid cos IN för märksläckvinkeln YN inställes såsom en konstant.The Cos series could be continued arbitrarily, but with regard to component tolerances, it is pointless to continue beyond ß 4 = the term. Thus a relation 4 - p2l% - '2 (1-cos) / N) -K-1J-'l- = 0 is obtained as an advantageous and without major technical measures for setting the control variable, whereby IN IN for the rated leakage angle YN set as a constant.

En ytterligare förenkling består i att styrningen inte är bunden till en brygga eller en grupp av växelriktarsidan av en HLÖ, så att den behövs endast en gång för varje stations- hälft av växelriktarsidan. Spänningsmätvärdesbildaren för växelspänningen u erfordras till och med endast en gång per station. Släckvinkelstyrningen ingriper snabbt vid alla spännings- och strömändringar utan vid spänningsändringar under kommuteringen, vars följder emellertid inte heller kan uppfångas genom släckvinkelregleringen.A further simplification is that the control is not bound to a bridge or a group of the inverter side of an HLÖ, so that it is only needed once for each station half of the inverter side. The voltage measuring value generator for the alternating voltage u is even required only once per station. The extinguishing angle control intervenes quickly with all voltage and current changes, but with voltage changes during commutation, the consequences of which, however, cannot be captured by the extinguishing angle control either.

Styrningen förutsätter att växelspänningarna föreligger övertonsfria, storlekslika och fasriktiga samt att ström- ändringar samt ändringar i växelspänningsnätet icke upp- kommer. För att dessutom eliminera dessa möjliga felkällor anges i underkraven 2-4 fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen. Därvid utgås från grundsatsen att en över- gående för stor släckvinkel nog kan accepteras så att vid begränsning resp. eliminering av nämnda felkällor en värde- ring av släckvinkelfelets förtecken sker.The control presupposes that the alternating voltages are harmonic-free, of the same size and phase-correct, and that current changes and changes in the alternating voltage network do not occur. In addition, in order to eliminate these possible sources of error, subclaims 2-4 state advantageous further developments of the invention. It is based on the principle that a transient too large extinguishing angle can probably be accepted so that in case of limitation resp. elimination of the mentioned sources of error a valuation of the sign of the extinction angle error takes place.

En fördelaktig utformning av styrningen enligt uppfinningen med endast ett fåtal kopplingselement framgår av krav 5.An advantageous design of the control according to the invention with only a few coupling elements appears from claim 5.

Uppfinningen skall nu närmare förklaras i anslutning till ett på bifogade ritning återgivet utföringsexempel. 447 614 Ritningsfiguren visar principkopplingsschemat för en koppling för alstring av styrvinkeln 13 såsom styrstorhet för släckvinkel styrningen för en (ej återgiven) växel- riktare. Växelriktaren skall förbinda en likströmsledning, som leder den till märkvärdet relaterade strömmen i, med ett trefasnät, som uppvisar till märkvärdet relaterade fas- spänningar UR, US, UT. För växelriktardrift inställes en märksläckvinkel YN (börvärde). Med K har betecknats en ingångsspänning för den visade kopplingen som svarar mot fyra gånger den relativa induktiva likspänningsändringen till följd av kommuteringsförlopp vid växelriktaren. Ingångs- spänningen K tar således hänsyn till (de eventuellt förän- derliga) kommuteringsreaktanserna.The invention will now be explained in more detail in connection with an exemplary embodiment shown in the accompanying drawing. 447 614 The drawing figure shows the principle wiring diagram for a clutch for generating the control angle 13 as the control variable for the extinction angle control for an inverter (not shown). The inverter must connect a direct current line, which leads the current related to the rated value in, to a three-phase network, which has phase values related to the rated value UR, US, UT. For inverter operation, a rated leakage angle YN (setpoint) is set. K denotes an input voltage for the circuit shown, which corresponds to four times the relative inductive DC voltage change due to the commutation process at the inverter. The input voltage K thus takes into account the (possibly changing) commutation reactances.

I det visade kopplingsschemat tillföres tre första multi- plicerares ll, 12, l3 båda ingångar 3 mot de till märkvärdet relaterade fasspänningarna UR, US, UT svarande ingångs- spänningar, vilka var och en dessutom är multiplicerade med relationstalet mellan spänningen vid spänningsmätorganet för fasspänningarna UR, Us, UT och spänningen vid växelriktar- _ventilen. De första multiplicerares ll, 12, 13 utgångar är via resistanser 7,8,9 anslutna till en första förstärkares 22 ingång, i vars motkopplingskrets ligger en andra multi- plicerare 16 med en resistans 6. Den andra multiplicerarens l6 båda ingångar tillföres den första förstärkarens 22 utgângsspänning.In the circuit diagram shown, the first inputs 3 of the first three multipliers 11, 12, 13 are applied to the input voltages UR, US, UT corresponding to the rated value, each of which is also multiplied by the ratio between the voltage at the voltage measuring means of the phase voltages UR , Us, OUT and the voltage at the inverter valve. The outputs of the first multipliers 11, 12, 13 are connected via resistors 7,8,9 to the input of a first amplifier 22, in the feedback circuit of which lies a second multiplier 16 with a resistance 6. The two inputs of the second multiplier 16 are supplied to the first amplifier. 22 output voltage.

En tredje multiplicerare 14 tillföres en mot strömmen i och en mot storheten K svarande spänning. Den tredje multipli- ceraren 14 är via en resistans 3 ansluten till en andra förstärkares 2l ingång. I den andra förstärkarens 21 åter- kopplingsgren är tillsammans med en resistans 4 anordnad en fjärde mnltiplicerare 15, vars ena ingång tillföres den första förstärkarens 22 utgångsspänning u och vars andra ingång tillföres den andra förstärkarens 21 utgångsspänning.A third multiplier 14 is applied to a voltage corresponding to the current in and to the quantity K. The third multiplier 14 is connected via a resistor 3 to the input of a second amplifier 21. Arranged in the feedback branch of the second amplifier 21 together with a resistor 4 is a fourth multiplier 15, one input of which is applied to the output voltage u of the first amplifier 22 and the second input of which is applied to the output voltage of the second amplifier 21.

Via en resistans 5 avger den andra förstärkaren 21 en spänning K . å- till en differensförstärkares 23 positiva ingång. 447 614 UI Vid denna differensförstärkares 23 utgång kan det sökta värdet I3 uttagas. Differensförstärkarens 23 utgång är även ansluten till en femte multiplicerares 17 båda ingångar, vars utgång via en envärd resistans l är ansluten till differensförstärkarens 23 negativa ingång och dessutom är förbunden med en sjätte multiplicerares l8 båda ingångar, var utgång via en relativt resistansen l 12-värdig resistans 2 är ansluten till differensförstärkarens 23 positiva ingång.Via a resistor 5, the second amplifier 21 emits a voltage K. å- to the positive input of a differential amplifier 23. 447 614 UI At the output of this differential amplifier 23 the desired value I3 can be extracted. The output of the differential amplifier 23 is also connected to both inputs of a fifth multiplier 17, the output of which is connected via a monovalent resistor 1 to the negative input of the differential amplifier 23 and is also connected to both inputs of a sixth multiplier 18, each output via a relative resistor 11 resistor 2 is connected to the positive input of the differential amplifier 23.

Till denna differensförstärkares 23 nämnda anslutning är förutom spänningen K . -%- även ansluten en ytterligare spänning motsvarande storheten 2 ( 1 - cos IN).To the connection of this differential amplifier 23 mentioned connection is in addition to the voltage K. -% - also connected an additional voltage corresponding to the magnitude 2 (1 - cos IN).

Den beskrivna kretsen är enkelt och prisbilligt uppbyggd och avger vid differensförstärkarens 23 utgång den sökta stor- heten för styrvinkeln P enligt den i kretsen realiserade relationen ß2-å--2(1-cosYN)-Kå=0The described circuit is simple and inexpensive and emits at the output of the differential amplifier 23 the desired quantity for the control angle P according to the relation ß2-å - 2 (1-cosYN) -Kå = 0 realized in the circuit.

Claims

447 614 PATENT CLAIMS

Extinguishing angle control of an inverter which connects a direct current line to an alternating voltage network, characterized in that a control angle ﬂ3, which corresponds to the ignition time of the inverter valves and is counted backwards from the zero crossing of the commutation voltage 2, / 3 -!% Š - 2 (l - cos r N) - K å = 0 was used as control variable, where YN = the setpoint of the extinguishing angle, i = the value of the direct current related to the rated value, u = the value of the alternating voltage to the rated value with regard to the ratio between the voltage at the voltage measuring means and the voltage at the inverter valve and IK = the quadruple value of the relative DC voltage change.

Control according to Claim 1, characterized in that the alternating voltage applied to it is damped so that voltage drops are perceived without delay, voltage increases on the other hand with a strong delay.

Control according to claim 1 or 2, characterized in that only positive changes of the same applied current are coupled in such a way that the effect of these current changes is compensated.

4. Control according to claim 1, 2 or 3, characterized in that phase changes in the alternating voltage are detected via a phase detector and added to the control variable.

5. A control as claimed in Claim 1, characterized in that - for each alternating voltage phase a first multiplier (11, 12, 13) is arranged, which on the input side is supplied via both connections with the current phase voltage (UR, 7). US, OUT) and which output side is connected to the input of a first amplifier (22), which in the feedback branch has a second multiplier (16), the two inputs of which are applied to the output voltage of the first amplifier (22), a third multiplier (14) is arranged, one input of which is supplied with a voltage corresponding to the direct current (i) related to the rated value and whose second input is supplied with a voltage corresponding to the constant (K), a second amplifier (21) is provided which is connected to the third multiplier. (14) output and in whose feedback branch a fourth multiplier (15) is arranged, one input of which is connected to the output of the first amplifier (22) and the second output of which is connected to the n the output of the second amplifier (21), a differential amplifier (23) is arranged, at the output of which the control angle ﬁ a is taken and where in addition the two inputs of a fifth multiplier (17) are connected, the output of which is connected to the differential amplifier via a monovalent resistor (1). (23) negative input, a sixth multiplier (18) is provided, the two inputs of which are connected to the output of the fifth multiplier (17) and the output of which is connected via a twelve-valued resistor (2) to the differential amplifier (23). ) positive input, the positive input of the differential amplifier (23) is also applied to the output voltage of the other amplifier (2l) and a voltage corresponding to the quantity 2 (1-cos YN).