WO2006067093A1 - Verfahren zur steuerung einer drehstromlast und schaltung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer drehstromlast und schaltung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO2006067093A1
WO2006067093A1 PCT/EP2005/056851 EP2005056851W WO2006067093A1 WO 2006067093 A1 WO2006067093 A1 WO 2006067093A1 EP 2005056851 W EP2005056851 W EP 2005056851W WO 2006067093 A1 WO2006067093 A1 WO 2006067093A1
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control angle
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valves
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Wilhelm Reischer
Franz WÖHRER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a three-phase load via two pairs of controllable valves, wherein in two of the three strands a pair is arranged and the two valves of a pair are connected in anti-parallel to each other and controlled by phase control by setting control angle values, the current effective values in the two strands and a circuit for carrying out the method.
  • a circuit with three pairs of controllable antiparallel valves, each having a pair in one strand, which is customary for the control of three-phase loads with an inductive component, is first described.
  • the three pairs of valves are controlled with the same control angle and cause the same phase angle in all three strands, which sets an equally large current rms value in all three strands.
  • the advantage of less expensive production compared to the W3C circuit is therefore not relevant for use as a controller for soft starters of three-phase asynchronous motors.
  • control angle values of the two pairs of valves are predetermined in such a way that they have predetermined difference values relative to one another within a defined range. It is irrelevant in which strands the Valve pairs are arranged and whether it is a right- or left-handed three-phase network.
  • each control angle value of one of the two pairs of valves is assigned a specific previously determined control angle value of the second valve pair.
  • To control the valves can then serve a simple control, in which the control angle values are retrieved from a storage means.
  • a special embodiment of the method according to the invention is characterized in that the two controlled strands are designed as independent controlled systems, wherein the control angle value of the valve pair is used as a manipulated variable and each
  • Controller of the measured in the associated strand current effective value supplied as an actual value and a common current effective value is specified as the setpoint, whereby the control angle values of the two pairs of valves assume certain difference values to each other.
  • the difference values are set to the best possible regulated state in steady state, whereby equality of the regulated phase currents is achieved.
  • Three-phase asynchronous motors is therefore for the control angle values of the first valve pair, the range between 0 ° el and 135 ° el advantageous.
  • Valves for a range of load angle set an averaged difference value. For three-phase loads with different load angles then the same averaged difference values can be used. Since the approximation of the current RMS values is negatively influenced by this averaging, it can be determined by testing for the particular application case how far the range of load angles with averaged difference values can be taken without encountering the disadvantages known from the asymmetrical W3-2C circuit. For example, when using the controller as a soft starter for three-phase asynchronous motors, the range limits are determined by the occurrence of pendulum moments.
  • the W3-2C circuit is initially operated according to the prior art with control angle values of equal magnitude for the two valve pairs. If the curves of the current effective values as a function of the control angle values over the entire control range are then detected by measurement, the sought difference values can be obtained from a corresponding representation-in particular a progression diagram according to FIG. 2 - by measuring the distances between those points of the courses of the current effective values of the controlled strands, for which the current effective values are equal, are determined.
  • a circuit in which two pairs of controllable valves are provided, wherein in two of the three strands, a pair is arranged and the two valves of a pair are connected in anti-parallel to each other, and wherein an electronic control element for setting control angle values and control of Valves is provided.
  • the control element provided for controlling the valves has storage means for storing the respectively associated control angle values of the two valve pairs.
  • valves are designed as controlled thyristors.
  • FIG. 1 a schematic representation of the W3-2C circuit
  • FIG. 2 shows the course of the referenced current effective values I / Io as a function of the control angle values ⁇ for symmetrical and asymmetrical circuits
  • FIG. 3 shows a profile of the difference values ⁇ as a function of the control angle values ⁇ of the first valve pair
  • FIG. 4 shows the course of the effective current values I eff as a function of the control angle values ⁇ for W3-2C circuits controlled according to the invention
  • Fig. 5 the ignition sequence for a clockwise rotation
  • Three-phase network Fig. 6 the switching pulses for the valves Vl, V4, V5, V2 and the course of the phase voltages UTR, UST> URS and the course of the load currents IR, IS, IT in
  • Embodiment are arranged in the first strand R and the third strand T in front of the three-phase load Z antiparallel pairs of valves.
  • these are a first valve pair formed from a first valve Vl and a second valve V4, and a third valve pair formed from a third valve V5 and a fourth valve V2.
  • These valves Vl, V4, V5, V2 are controlled by a control whose control pulses for the individual valves Vl, V4, V5, V2 in FIG. 6 are shown over the term t.
  • the numbers of the valves depend on the usual numbering in a clockwise three-phase network.
  • FIG. 2 shows the curves of the referenced current rms values I / Io as a function of the control angle values ⁇ for symmetrical and unbalanced circuits according to the prior art.
  • Control angle value ⁇ equal to 0 ° el, the values still coincide at the value 1.
  • the dash-dotted shown related current RMS I / Io for the third strand T rise slightly and fall from about a control angle value ⁇ equal 30 ° el again to about the value 0, 35 at a control angle value ⁇ equal to 150 ° el
  • the thick dashed related Strom softivcha I / Io for the second strand S slope down to about also about the value 0, 35 at the control angle value ⁇ equal to 150 ° el.
  • the curve of the related current effective values I / Io for the first line R shown in solid lines lies below the curve for the symmetrical control circuit and ends at the control angle value ⁇ equal to 150 ° el at the value 0.
  • the three current rms values I eff in the three lines R, S and T of a W3-2C circuit according to FIG. 1 approximates that the control angle values of the two valve pairs of the control angle values ⁇ of the first
  • FIG. 3 shows an exemplary empirically determined course of the Difference values ⁇ over the control angle values ⁇ of the first valve pair.
  • the values for the control angle of the second valve pair are shown in FIG. 3 as the sum of the control angle values ⁇ of the first valve pair and the difference values ⁇ dependent thereon. Due to the dependence of the difference values ⁇ on the load angle of the three-phase load Z, three-phase loads with different load angles each have their own difference values ⁇ . In the illustrated course, the difference values ⁇ are averaged for a range of load angles.
  • Fig. 5 is for the exemplary case of a clockwise three-phase network with the two valve pairs Vl and V4 and. V5 and V2 in the first strands R and in the third strand T the ignition sequence of the valves Vl, V4, V5 and V2 can be seen.
  • the first valve Vl ignites first according to the predetermined control angle value ⁇ .
  • the fourth valve V2 not 60 ° el, as is done in the W3-2C circuit according to the prior art, but delayed by the difference value ⁇ .
  • the second valve V4 arranged in the first strand R in turn ignites 180 ° el after the first valve V1 without any delay.
  • the third valve V5, which forms the antiparallel valve pair in the third strand T with the fourth valve V2, ignites like the fourth valve V2 delayed by the difference value ⁇ and thus 180 ° el after the ignition of the fourth valve V2.
  • Fig. 6 shows by way of example the profile of the switching pulses for the valves V1, V4, V5, V2 and the external conductor voltages UTF U UST> URS and load currents IR, IS, IT over the transit time t, wherein the three-phase load an exemplary ohmic component of 10 ohms and an inductive Has a proportion of 4 OmH and thus a load angle of approx. 45 ° el is given.
  • the control angle value ⁇ for the first valve Vl and the second Valve V4 is 105 ° el.
  • the difference value ⁇ determined for the control angle value ⁇ equal to 105 ° el is 55 ° el
  • the control angle value for the third valve V5 and fourth valve V2 is equal to 160 ° el as the sum of the two values.
  • the mains frequency is 50Hz.
  • the first valve Vl thus receives the first switching pulse upon reaching the phase angle 105 ° el in the first strand R, which corresponds to a transit time t of 5.83 ms.
  • Fig. 6 shows at 5, 83 ms for the load current in the first strand IR the starting point of a positive current peak and for the load current in the second strand Ig the starting point of a negative current peak.
  • no current flows until reaching the first switching pulse for the fourth valve V2 at a transit time t equal to 12.22 ms, which is the zero crossing of the current in the negative direction in the third strand T at 60 ° el plus the control angle value of 160 ° el , ie 220 ° el.
  • FIG. Figure 6 shows that the flows only tiled from the valve-pair-controlled strands to the uncontrolled strand. There is no current flowing between the controlled lines at this control angle.

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Abstract

Zur Steuerung von Drehstromlasten ist es bekannt, in einem Drehstromnetz in zwei von drei Strängen (R, T) zwei Paare steuerbarer Ventile (V1 und V4 bzw. V5 und V2) anzuordnen, wobei die beiden Ventile eines Paares zueinander antiparallel geschaltet sind. Die Stromeffektivwerte in den drei Strängen weisen bei Phasenanschnittsteuerung über dem Steuerwinkel unterschiedliche Verläufe auf . Erfindungsgemäß werden deshalb die Steuerwinkelwerte (ψ) der beiden Ventilpaare (V1 und V4 bzw. V5 und V2) so vorgegeben werden, dass sie in einem festgelegten Bereich vorgegebene Differenzwerte (δ) zueinander aufweisen und so die Stromeffektivwerte in den drei Strängen einander angenähert werden.

Description

Verfahren zur Steuerung einer Drehstromlast und Schaltung zur Durchführung des Verfahrens
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Drehstromlast über zwei Paare steuerbarer Ventile, wobei in zwei der drei Stränge ein Paar angeordnet ist und die beiden Ventile eines Paares zueinander antiparallel geschaltet sind und wobei durch Phasenanschnittsteuerung mittels Vorgabe von Steuerwinkelwerten die Stromeffektivwerte in den zwei Strängen gesteuert werden sowie eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens .
Aus der Druckschrift Michel M. : Die Strom- und
Spannungsverhältnisse bei der Steuerung von Drehstromlasten über antiparallele Ventile, Dissertation TU Berlin, Berlin (1966 ) ist eine Schaltung der vorstehenden genannten Art bekannt .
Dabei ist zunächst eine für die Steuerung von Drehstromlasten mit induktivem Anteil übliche Schaltung mit drei Paaren steuerbarer antiparalleler Ventile mit jeweils einem Paar in einem Strang beschrieben . Die drei Paare Ventile sind mit dem gleichen Steuerwinkel angesteuert und bewirken einen gleich großen Phasenanschnitt in allen drei Strängen, wodurch sich ein gleich großer Stromeffektivwert in allen drei Strängen einstellt .
Diese sogenannte W3C Schaltung (Wechselwegschaltung 3-phasig, fully controlled) ermöglicht so beispielsweise einen für den Einsatz von Drehstromasynchronmotoren erwünschten Softstart mit stetig steigendem Drehmoment in der Hochlaufphase . Die beschriebene Schaltung W3C hat aber den Nachteil, dass sechs Ventile im Leistungsteil erforderlich sind, wodurch die Steuerung insgesamt in der Herstellung teuer ist . Um diesen Nachteil auszugleichen wird nach der genannten Schrift vorgeschlagen, nur zwei der drei Stränge über ein antiparalleles Paar von Ventilen anzusteuern .
Diese sogenannte W3-2C Schaltung (Wechselwegschaltung 3- phasig, 2 Phasen controlled) ermöglicht ebenfalls die
Steuerung von Drehstromlasten über Phasenanschnitt . In der Herstellung ist sie dabei aufgrund der geringeren Zahl von insgesamt nur vier Ventilen kostengünstiger . Allerdings weist diese Schaltung den Nachteil auf, dass die drei Stromeffektivwerte in den drei Strängen in der Art divergieren, dass abhängig vom Steuerwinkel die Stromeffektivwerte eines gesteuerten und des ungesteuerten Stranges über dem Stromeffektivwert des zweiten gesteuerten Stranges liegen . Dieser Effekt bewirkt beispielweise beim Einsatz der Steuerung für Drehstromasynchronmotoren Pendelmomente in Abhängigkeit des Steuerwinkels bei Phasenanschnitt , wodurch die Schaltung für diesen Zweck nicht brauchbar ist .
Die W3-2C Schaltung ist somit nur für rein ohmsche Drehstromlasten mit Schwingungspaketsteuerung (Phasenanschnitt - Steuerwinkel = Null) in Gebrauch . Der Vorteil der kostengünstigeren Herstellung gegenüber der W3C Schaltung kommt somit für den Einsatz als Steuerung für Softstarter von Drehstromasynchronmotoren nicht zum Tragen .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, die die Vorteile der W3C Schaltung durch einander angenäherte Stromeffektivwerte mit den Kostenvorteilen der W3-2C Schaltung verbindet .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren der eingangs genannten Art , bei dem die Steuerwinkelwerte der beiden Ventilpaare so vorgegeben werden, dass sie in einem festgelegten Bereich vorgegebene Differenzwerte zueinander aufweisen . Es ist dabei unerheblich, in welchen Strängen die Ventilpaare angeordnet sind und ob es sich um ein rechts- oder linksdrehendes Drehstromnetz handelt .
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird jedem Steuerwinkelwert eines der beiden Ventilpaare ein bestimmter vorab ermittelter Steuerwinkelwert des zweiten Ventilpaares zugeordnet . Zur Ansteuerung der Ventile kann dann eine einfache Steuerung dienen, bei der die Steuerwinkelwerte aus einem Speichermittel abgerufen werden .
Eine spezielle Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass die zwei gesteuerten Stränge als voneinander unabhängige Regelstrecken ausgebildet sind, wobei als Stellgröße jeweils der Steuerwinkelwert des Ventilpaares dient und wobei jedem
Regler der im zugehörigen Strang gemessene Stromeffektivwert als Istwert zugeführt und ein gemeinsamer Stromeffektivwert als Sollwert vorgegeben wird, wodurch die Steuerwinkelwerte der beiden Ventilpaare bestimmte Differenzwerte zueinander annehmen . Die Differenzwerte stellen sich dabei im stationär bestmöglich ausgeregeltem Zustand ein wodurch Gleichheit der geregelten Strangströme erreicht wird .
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil annähernd gleich großer Stromeffektivwerte in den drei Strängen ergibt sich besonders bei Steuerwinkelwerten des ersten Ventilpaares zwischen 0 °el bis 135 °el, denen positive Differenzwerte zugeordnet werden, die in Summe mit den Steuerwinkelwerten des ersten Ventilpaares die Steuerwinkelwerte des zweiten Ventilpaares ergeben . Zwischen 135 °el und 180 °el werden die Differenzwerte auf Null zurückgenommen, wobei die Stromeffektivwerte in diesem Bereich abhängig vom induktiven Anteil der Drehstromlast in zwei der drei Stränge ansteigen . Dieser Effekt ist in Fig . 4 dargestellt . Für den beispielhaften Einsatz der Steuerung als Softstarter für
Drehstromasynchronmotoren ist daher für die Steuerwinkelwerte des ersten Ventilpaares der Bereich zwischen 0 °el und 135 °el vorteilhaft .
Günstig ist es , die Differenzwerte zwischen den Steuerwinkelwerten empirisch in der Weise zu ermitteln, dass drehfeidabhängig für eine Reihe von Steuerwinkelwerten des ersten Ventilpaares bei festgehaltenem Steuerwinkelwert der Steuerwinkelwert des zweiten Ventilpaares so lange verändert wird, bis die an den drei Strängen gemessenen Effektivstromwerte einander angenähert sind . Aufgrund einer Abhängigkeit der Differenzwerte vom Lastwinkel der Drehstromlast werden dabei für unterschiedliche Lastwinkel eigene Differenzwerte ermittelt .
Dabei ist es günstig, als Vorgabe für die Steuerung der
Ventile für einen Bereich von Lastwinkel einen gemittelten Differenzwert festzulegen . Für Drehstromlasten mit unterschiedlichen Lastwinkeln können dann die gleichen gemittelten Differenzwerte herangezogen werden . Da durch diese Mittelung die Annäherung der Stromeffektivwerte negativ beeinflusst wird, ist durch Erprobung für den jeweiligen Anwendungsfall festzustellen, wie weit der Bereich von Lastwinkeln mit gemittelten Differenzwerten gefasst werden kann, ohne auf die aus der unsymmetrischen W3-2C Schaltung bekannten Nachteile zu stoßen . Beispielsweise werden bei der Verwendung der Steuerung als Softstarter für Drehstromasynchronmotoren die Bereichsgrenzen durch das Auftreten von Pendelmomenten bestimmt .
Zur Ermittlung der Differenzwerte kann es auch günstig sein, wenn die W3-2C Schaltung zunächst nach dem Stand der Technik mit gleich großen Steuerwinkelwerten für die beiden Ventilpaare betrieben wird . Erfasst man dann durch Messung die Verläufe der Stromeffektivwerte in Abhängigkeit von den Steuerwinkelwerten über den gesamten Steuerbereich, so können die gesuchten Differenzwerte aus einer entsprechenden Darstellung - insbesondere einem Verlaufsdiagramm nach Fig . 2 - durch Messung der Abstände zwischen jenen Punkten der Verläufe der Stromeffektivwerte der gesteuerten Stränge, für welche die Stromeffektivwerte gleich groß sind, ermittelt werden .
Darüber hinaus ist es vorstellbar, dass die Verläufe der Stromeffektivwerte rechnerisch ermittelt werden .
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Schaltung, bei der zwei Paare steuerbarer Ventile vorgesehen sind, wobei in zwei der drei Stränge ein Paar angeordnet ist und die beiden Ventile eines Paares zueinander antiparallel geschaltet sind, und wobei ein elektronisches Steuerelement zur Vorgabe von Steuerwinkelwerten und Ansteuerung der Ventile vorgesehen ist .
Das zur Ansteuerung der Ventile vorgesehene Steuerelement weist dabei Speichermittel zur Speicherung der jeweils einander zugeordneten Steuerwinkelwerte der beiden Ventilpaare auf .
Ein günstiger Aufbau der Schaltung ergibt sich, wenn die Ventile als gesteuerte Thyristoren ausgebildet sind .
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert . Es zeigen beispielhaft :
Fig . 1 : eine schematische Darstellung der W3-2C Schaltung Fig . 2 : den Verlauf der bezogenen Stromeffektivwerte I/Io in Abhängigkeit von den Steuerwinkelwerten ψ für symmetrische und unsymmetrische Schaltungen Fig . 3 : einen Verlauf der Differenzwerte δ in Abhängigkeit von den Steuerwinkelwerten ψ des ersten Ventilpaares Fig . 4 : den Verlauf der Stromeffektivwerte Ieff in Abhängigkeit von den Steuerwinkelwerten ψ für erfindungsgemäß gesteuerte W3-2C Schaltungen Fig . 5 : die Zündungsabfolge für ein rechtsdrehendes
Drehstromnetz Fig . 6 : die Schaltimpulse für die Ventile Vl , V4 , V5 , V2 sowie den Verlauf der Strangspannungen UTR, UST> URS sowie den Verlauf der Lastströme IR, IS , IT in
Abhängigkeit von der Laufzeit t
Die in der Fig . 1 dargestellte W3-2C Schaltung zeigt die 3 Stränge eines Drehstromnetzes R, S und T und eine in allen drei Strängen wirkende Drehstromlast Z . Im
Ausführungsbeispiel sind jeweils im ersten Strang R und im dritten Strang T vor der Drehstromlast Z antiparallele Paare von Ventilen angeordnet . Im ersten Strang R sind das ein aus einem ersten Ventil Vl und einem zweiten Ventil V4 gebildetes erstes Ventilpaar und im dritten Strang T ein aus einem dritten Ventil V5 und einem vierten Ventil V2 gebildetes Ventilpaar . Diese Ventile Vl , V4 , V5 , V2 werden über ein Steuerelement angesteuert , dessen Steuerimpulse für die einzelnen Ventile Vl , V4 , V5 , V2 in Fig . 6 über der Laufzeit t dargestellt sind . Die Nummern der Ventile richtet sich nach der üblichen Nummerierung in einem rechtsdrehenden Drehstromnetz .
In Fig . 2 sind die Verläufe der bezogenen Stromeffektivwerte I/Io in Abhängigkeit von den Steuerwinkelwerten ψ für symmetrische und unsymmetrische Schaltungen gemäß dem bisherigen Stand der Technik dargestellt .
Es sind darin die Verläufe bezogener Stromeffektivwerte I/Io über den Steuerwinkelwerten ψ von 0 °el bis 150 °el dargestellt , beispielhaft für eine rein ohmsche Drehstromlast . Gebildet wird der bezogene Stromeffektivwert dabei aus dem Effektivwert des Netzstromes I beim jeweiligen Steuerwinkelwert ψ und dem Effektivwert des Netzstromes Io beim Steuerwinkelwert ψ=0 °el als Bezugsgröße . Dargestellt ist mit einer dünnen gestrichelten Linie der Verlauf der bezogenen Stromeffektivwerte I/Io bei einer symmetrischen Steuerschaltung Symm. , beginnend bei bezogenen Stromeffektivwerten I/Io in allen drei Strängen gleich 1 bei einem Steuerwinkelwert ψ gleich 0 °el, gleich verlaufend in allen drei Strängen bis zu bezogenen Stromeffektivwerten I/Io gleich 0 bei einem Streuerwinkelwert ψ gleich 150 °el .
Für die unsymmetrische Steuerschaltung ist der unterschiedliche Verlauf der bezogenen Stromeffektivwerte I/Iθ für die drei Stränge R, S und T dargestellt . Beim
Steuerwinkelwert ψ gleich 0 °el fallen die Werte noch beim Wert 1 zusammen . Mit zunehmendem Steuerwinkelwert ψ steigen dann die strichpunktiert dargestellten bezogenen Stromeffektivwerte I/Io für den dritten Strang T leicht an und fallen ab etwa einem Steuerwinkelwert ψ gleich 30 °el wieder bis auf etwa den Wert 0 , 35 bei einem Steuerwinkelwert ψ gleich 150 °el ab . Die dick gestrichelten bezogenen Stromeffektivwerte I/Io für den zweiten Strang S verlaufen abfallend bis auf ebenfalls etwa den Wert 0 , 35 beim Steuerwinkelwert ψ gleich 150 °el . Der durchgezogen dargestellte Verlauf der bezogenen Stromeffektivwerte I/Io für den ersten Strang R liegt unterhalb des Verlaufes für die symmetrische Steuerschaltung und endet beim Steuerwinkelwert ψ gleich 150 °el beim Wert 0.
Der dargestellte unterschiedliche Verlauf der Stromeffektivwerte in den Strängen bei der unsymmetrischen Schaltung führt bei verschiedenen Anwendungen - insbesondere bei sogenannten „Softstartern" zu Problemen .
Erfindungsgemäßen werden die drei Stromeffektivwerte Ieff in den drei Strängen R, S und T einer W3-2C Schaltung gemäß Fig . 1 dadurch angenähert , dass die Steuerwinkelwerte der beiden Ventilpaare von den Steuerwinkelwerten ψ des ersten
Ventilpaares abhängige Differenzwerte δ aufweisen . Fig . 3 zeigt einen beispielhaften empirisch ermittelten Verlauf der Differenzwerte δ über den Steuerwinkelwerten ψ des ersten Ventilpaares . Dabei bleiben die Differenzwerte δ im Bereich der Steuerwinkelwerte ψ zwischen 0 °el und 75 °el bei 0 °el und steigen dann bis 60 °el beim Steuerwinkelwert ψ gleich 120 °el an, um wiederum im Bereich der Steuerwinkelwerte ψ zwischen 135 °el und ψ=165 °el auf 0 °el abzufallen .
Die Werte für die Steuerwinkel des zweiten Ventilpaares ergeben sich gemäß Fig . 3 als Summe der Steuerwinkelwerte ψ des ersten Ventilpaares und der davon abhängigen Differenzwerte δ . Aufgrund der Abhängigkeit der Differenzwerte δ vom Lastwinkel der Drehstromlast Z ergeben sich für Drehstromlasten mit unterschiedlichen Lastwinkel jeweils eigene Differenzwerte δ . Im dargestellten Verlauf sind die Differenzwerte δ für einen Bereich von Lastwinkel gemittelt .
Fig .4 zeigt die Verläufe der Stromeffektivwerte Ieff für die drei Stränge R, S und T einer 3W-2C Schaltung aus Fig . 1 in Abhängigkeit der Steuerwinkelwerte ψ, wie sie sich erfindungsgemäß ergeben . Dabei sind die Werte des Steuerwinkels für das Ventilpaar im dritten Strang T um die ermittelten Differenzwerte δ größer als die Steuerwinkelwerte ψ für das Ventilpaar im ersten Strang R.
Für ein Ausführungsbeispiel mit einer Drehstromlast mit 10 Ohm und 4 OmH (Lastwinkel ca . 45 °el) ist dargestellt , dass die Stromeffektivwerte Ieff abhängig von den Steuerwinkelwerten ψ von 15 °el bis 135 °el von etwa beispielhaft 15 Ampere beginnend einander angenähert abfallend bis auf 0 Ampere verlaufen . Ab einem Steuerwinkelwert ψ gleich 135 °el steigen die Stromeffektivwerte Ieff im zweiten Strang S und im dritten Strang T wieder an und der Stromeffektivwert Ieff im ersten Strang R bleibt auf 0 Ampere . Das Ausmaß dieses Anstiegs ist bei größeren induktiven Anteilen der zu steuernden Drehstromlast Z geringer . Wie Fig . 2 zeigt , sind auch die aus Fig . 4 nicht ersichtlichen Stromeffektivwerte Ieff bei ψ=0 °el gleich groß .
Aus Fig . 5 ist für den beispielhaften Fall eines rechtsdrehendes Drehstromnetzes mit den zwei Ventilpaaren Vl und V4 bzw . V5 und V2 im erste Strängen R und im dritten Strang T die Zündungsabfolge der Ventile Vl , V4 , V5 und V2 ersichtlich . Entsprechend der Nummern der Ventile zündet das erste Ventil Vl entsprechend dem vorgegebenen Steuerwinkelwert ψ zuerst . Erfindungsgemäß zündet das vierte Ventil V2 nicht nach 60 °el, wie dies bei der W3-2C Schaltung nach dem Stand der Technik geschieht , sonder um den Differenzwert δ verzögert . Das im ersten Strang R angeordnete zweite Ventil V4 zündet wiederum ohne Verzögerung 180 °el nach dem ersten Ventil Vl . Das dritte Ventil V5 , das mit dem vierten Ventil V2 das antiparallele Ventilpaar im dritten Strang T bildet , zündet wie das vierte Ventil V2 um den Differenzwert δ verzögert und somit 180 °el nach der Zündung des vierten Ventils V2.
Im Falle eines linksdrehenden Stromnetzes mit gleicher Anordnung der Ventile Vl , V4 , V5 und V2 gemäß Fig . 1 zündet das dritte Ventile V5 und das vierte Ventil V2 im dritten Strang T unverzögert entsprechend dem Steuerwinkelwert ψ . Die Ventile Vl und V4 im ersten Strang R zünden hingegen um den Differenzwert δ verzögert . Die Zündabfolge erfolgt dabei so, dass das ersten Ventil Vl vor dem dritten Ventil V5 , dieses vor dem zweiten Ventil V4 und dieses vor dem vierten Ventil V2 zündet .
Fig . 6 zeigt beispielhaft den Verlauf der Schaltimpulse für die Ventile Vl , V4 , V5 , V2 sowie die Außenleiterspannungen UTFU UST> URS und Lastströme IR, IS , IT über der Laufzeit t , wobei die Drehstromlast einen beispielhaften ohmschen Anteil von 10 Ohm und einen induktiven Anteil von 4 OmH aufweist und somit ein Lastwinkel von ca . 45 °el gegeben ist . Der Steuerwinkelwert ψ für das erste Ventil Vl und das zweite Ventil V4 beträgt dabei 105 °el . Der für den Steuerwinkelwert ψ gleich 105 °el ermittelten Differenzwert δ beträgt 55 °el, der Steuerwinkelwert für das dritte Ventil V5 und vierte Ventil V2 ist als Summe der beiden Werte gleich 160 °el . Die Netzfrequenz beträgt 50Hz .
Das erste Ventil Vl bekommt somit den ersten Schaltimpuls bei Erreichung des Phasenwinkel 105 °el im ersten Strang R, was einer Laufzeit t von 5 , 83ms entspricht . Fig . 6 zeigt bei 5, 83ms für den Laststrom im ersten Strang IR den Startpunkt einer positiven Stromkuppe und für den Laststrom im zweiten Strang Ig den Startpunkt einer negativen Stromkuppe . Im dritten Strang T fliest kein Strom bis zum Erreichen des ersten Schaltimpulses für das vierte Ventil V2 bei einer Laufzeit t gleich 12 , 22ms , was dem Nulldurchgang des Stromes in negativer Richtung im dritten Strang T bei 60 °el zuzüglich dem Steuerwinkelwert von 160 °el, also 220 °el entspricht .
Die negative Stromkuppe im dritten Strang T geht mit einer positiven Stromkuppe im zweiten Strang S einher, die ab einer Laufzeit t gleich 15 , 83ms (entspricht 185 °el) mit der positiven Stromkuppe überlagert wird, die mit der durch den Schaltimpuls des zweiten Ventils V4 im ersten Strang R hervorgerufen Stromkuppe einhergeht .
In Fig . 6 ist dargestellt , dass die Ströme nur von den mit Ventilpaaren gesteuerten Strängen zum ungesteuerten Strang fliesen . Zwischen den gesteuerten Strängen fliest bei diesem Steuerwinkel kein Strom.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Drehstromlast ( Z ) über zwei Paare steuerbarer Ventile (Vl , V4 , V5 , V2 ) , wobei in zwei der drei Stränge (R, S , T) ein Paar angeordnet ist und die beiden Ventile (Vl , V4 bzw . V5 , V2 ) eines Paares zueinander antiparallel geschaltet sind und wobei durch Phasenanschnittsteuerung mittels Vorgabe von Steuerwinkelwerten (ψ) die Stromeffektivwerte ( Ieff) in den zwei Strängen gesteuert werden, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerwinkelwerte (ψ) der beiden Ventilpaare (Vl und V4 bzw . V5 und V2 ) so vorgegeben werden, dass sie in einem festgelegten Bereich vorgegebene Differenzwerte (δ) zueinander aufweisen .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zu jedem Steuerwinkelwert (ψ) eines der beiden Ventilpaare ein bestimmter Steuerwinkelwert (ψ) des zweiten Ventilpaares vorab festgelegt wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei gesteuerten Stränge (R, T) als voneinander unabhängige Regelstrecken ausgebildet sind, dass als Stellgröße jeweils der Steuerwinkelwert (ψ) des Ventilpaares (Vl und V4 bzw . V5 und V2 ) dient und dass jedem Regler der im zugehörigen Strang gemessene Stromeffektivwert ( Ieff) als Istwert zugeführt und ein gemeinsamer Stromeffektivwert als Sollwert vorgegeben wird und dass die Steuerwinkelwerte (ψ) der beiden Ventilpaare (Vl und V4 bzw . V5 und V2 ) bestimmte Differenzwerte (δ) zueinander annehmen .
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass den Steuerwinkelwerten (ψ) des ersten Ventilpaares (Vl und V4 ) zwischen 0 °el bis 180 °el positive Differenzwerte (δ) zugeordnet werden und dass den Steuerwinkel des zweiten Ventilpaares (V5 und V2 ) Werte zugeordnet werden, welche den jeweiligen Summen des Steuerwinkelwerts (ψ) des ersten Ventilpaares (Vl und V4 ) und des dazugehörigen Differenzwertes (δ) entsprechen .
5. Verfahren nach Anspruch 2 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Differenzwerte (δ) zwischen den Steuerwinkelwerten
(ψ) der beiden Ventilpaare (Vl und V4 bzw . V5 und V2 ) drehfeidabhängig empirisch in der Weise ermittelt werden, dass abhängig vom Lastwinkel der Drehstromlast ( Z ) für eine Reihe von Steuerwinkelwerten (ψ) bei festgehaltenem Steuerwinkelwert (ψ) des ersten Ventilpaares (Vl und V4 ) der Steuerwinkelwert (ψ) des zweiten Ventilpaares (V5 und V2 ) so lange verändert wird, bis die an den drei Strängen (R, S , T) gemessenen Effektivstromwerte ( Ieff) einander angenähert sind .
6. Verfahren nach Anspruch 2 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Differenzwerte (δ) zwischen den Steuerwinkelwerten
(ψ) der beiden Ventilpaare (Vl und V4 bzw . V5 und V2 ) drehfeidabhängig durch ein messtechnisches Verfahren in der Weise ermittelt werden, dass die Verläufe der Stromeffektivwerte ( Ieff) ohne Differenz der Steuerwinkelwerten (ψ) in Abhängigkeit von diesen erfasst werden und sich die Differenzwerte (δ) aus den Verläufen der Stromeffektivwerte ( Ieff) der gesteuerten Stränge (R, T) als Abstand zwischen den Punkten mit gleichem Stromeffektivwert ( Ieff) ergeben .
7. Schaltung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwei Paare steuerbarer Ventile (Vl , V4 , V5 , V2 ) vorgesehen sind, dass in zwei der drei Stränge (R, S , T) ein Paar angeordnet ist und die beiden Ventile (Vl , V4 bzw . V5 , V2 ) eines Paares zueinander antiparallel geschaltet sind, und dass ein elektronisches Steuerelement zur Vorgabe von Steuerwinkelwerten (ψ) und Ansteuerung der Ventile (Vl , V4 , V5 , V2 ) vorgesehen ist .
8. Schaltung nach Anspruch 7 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ventile (Vl , V4 , V5 , V2 ) als gesteuerte Thyristoren ausgebildet sind .
9. Schaltung nach Anspruch 7 oder 8 , d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 das elektronische Steuergerät Speichermittel zur Speicherung der jeweils einander zugeordneten Steuerwinkelwerte (ψ) der beiden Ventilpaare (Vl und V4 bzw . V5 und V2 ) aufweist .
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