AT501541A1 - METHOD FOR CONTROLLING A ROTATIONAL LOAD AND CIRCUIT FOR PERFORMING THE PROCESS - Google Patents
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- AT501541A1 AT501541A1 AT0214304A AT21432004A AT501541A1 AT 501541 A1 AT501541 A1 AT 501541A1 AT 0214304 A AT0214304 A AT 0214304A AT 21432004 A AT21432004 A AT 21432004A AT 501541 A1 AT501541 A1 AT 501541A1
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Description
• · · · · • · · · ·· ··· ·· 200419696• · · · · · · · ··········· ·· 200419696
Verfahren zur Steuerung einer Drehstromlast und Schaltung zur Durchführung des VerfahrensMethod for controlling a three-phase load and circuit for carrying out the method
Beschreibung 5Description 5
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 10 und wobei durch Phasenanschnittsteuerung mittels Vorgabe von Steuerwinkelwerten die Stromeffektivwerte in den zwei Strängen gesteuert werden sowie eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens. 15 Aus der Druckschrift Michel M.: Die Strom- undThe 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 antiparallel to each other 10 and wherein by phase control by means of control angle values, the current effective values in the two strands be controlled and a circuit for carrying out the method. 15 From the publication Michel M .: The electricity and
Spannungsverhältnisse bei der Steuerung von Drehstromlasten über antiparallele Ventile, Dissertation TU Berlin, Berlin (1966) ist eine Schaltung der vorstehenden genannten Art bekannt. 20Voltage ratios in the control of three-phase loads on antiparallel valves, dissertation TU Berlin, Berlin (1966) is known a circuit of the aforementioned type. 20
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 25 gleichen Steuerwinkel angesteuert und bewirken einen gleich großen Phasenanschnitt in allen drei Strängen, wodurch sich ein gleich großer Stromeffektivwert in allen drei Strängen einstellt. 30 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.In this case, 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 lines, which sets an equally large current rms value in all three lines. 30 This so-called W3C circuit (3-phase, 3-phase, fully controlled) allows, for example, a soft start with steadily increasing torque in the startup phase, which is desirable for the use of three-phase asynchronous motors.
Die beschriebene Schaltung W3C hat aber den Nachteil, dass 35 sechs Ventile im Leistungsteil erforderlich sind, wodurch die Steuerung insgesamt in der Herstellung teuer ist. Um diesen Nachteil auszugleichen wird nach der genannten Schrift 1 200419696 ···· ♦· • · « • ··· • ♦ • ♦· ·· ·· ···· ·« • · · · · · · • · · · ··· · · • · · · · · · • · · · · · · ·· ·· ··· ·· vorgeschlagen, nur zwei der drei Stränge über ein antiparalleles Paar von Ventilen anzusteuern.However, the described circuit W3C has the disadvantage that 35 six valves in the power section are required, whereby the control is expensive to manufacture in total. To compensate for this disadvantage, according to the cited document 1 200419696 ···· ♦ ··························································································. It is proposed to control only two of the three strands via an antiparallel pair of valves. English: www.epcos.com/web/generator/Web/Sec...cale=en.html.
Diese sogenannte W3-2C Schaltung (Wechselwegschaltung 3-5 phasig, 2 Phasen controlled) ermöglicht ebenfalls dieThis so-called W3-2C circuit (Wechselwegschaltung 3-5 phasig, 2-phase controlled) also allows the
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 10 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 15 Einsatz der Steuerung für Drehstromasynchronmotoren Pendelmomente in Abhängigkeit des Steuerwinkels bei Phasenanschnitt, wodurch die Schaltung für diesen Zweck nicht brauchbar ist. 20 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 25 Softstarter von Drehstromasynchronmotoren nicht zum Tragen.Control of three-phase loads via phase control. In production, it is cheaper because of the smaller number of only four valves. However, this circuit has the disadvantage that the three current-effective values in the three strings diverge in such a way that, depending on the control angle, the current-effective values of one controlled and the uncontrolled string are above the current effective value of the second controlled string. This effect causes, for example, when using the controller for three-phase asynchronous pendulum moments as a function of the control angle in phase control, whereby the circuit for this purpose is not useful. 20 The W3-2C circuit is thus only in use for purely ohmic three-phase loads with oscillation packet control (phase control - control angle = zero). The advantage of lower-cost production compared to the W3C circuit is therefore not relevant for use as a controller for 25 soft starters of three-phase asynchronous motors.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, die die Vorteile der W3C Schaltung durch einander angenäherte Stromeffektivwerte mit den 30 Kostenvorteilen der W3-2C Schaltung verbindet.It is an object of the present invention to provide a circuit which combines the advantages of the W3C circuit through approximated current efficiencies with the cost advantages of the W3-2C circuit.
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 35 festgelegten Bereich vorgegebene Differenzwerte zueinander aufweisen. Es ist dabei unerheblich, in welchen Strängen die 2 • · ·· ···· ·· 9909 • · • · • · • • · • • · 9 • • · ··· • • • • φ 9 • • • • • • • 99 9 9 · • • • • • 0 ·· ·· ··· ·· • 90 # 200419696This object is achieved according to the invention with a method of the type mentioned in the introduction, in which the control angle values of the two valve pairs are predetermined in such a way that they have predetermined difference values relative to one another within a defined range. It does not matter in which cords the cords in which the cords of the crescents are placed are separated. • • • 99 9 9 · • • • • • 0 ·· ·· ··· ·· • 90 # 200419696
Ventilpaare angeordnet sind und ob es sich um ein rechts-oder linksdrehendes Drehstromnetz handelt.Valve pairs are arranged and whether it is a right- or left-handed three-phase network.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung 5 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. 10In a particularly advantageous embodiment of the invention 5, each control angle value of one of the two pairs of valves is assigned a specific pre-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. 10
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 15 Steuerwinkelwert des Ventilpaares dient und wobei jedemA special embodiment of the method according to the invention is characterized in that the two controlled strands are designed as independent controlled systems, wherein each of the 15 control angle value of the valve pair is used as a manipulated variable and each
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 20 annehmen. Die Differenzwerte stellen sich dabei im stationär bestmöglich ausgeregeltem Zustand ein wodurch Gleichheit der geregelten Strangströme erreicht wird.Controller of the measured in the associated strand current effective value supplied as the actual value and a common current effective value is specified as the desired value, whereby the control angle values of the two pairs of valves assume certain difference values 20 each. The difference values are set to the best possible regulated state in steady state, whereby equality of the regulated phase currents is achieved.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil annähernd gleich 25 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 30 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 35 beispielhaften Einsatz der Steuerung als Softstarter fürThe advantage achieved with the invention of approximately equal to 25 large current effective values in the three strings results especially at control angle values of the first valve pair between 0 ° el to 135 ° el, to which positive difference values are assigned, which together with the control angle values of the first valve pair, the control angle values of second 30 valve pair result. Between 135 ° el and 180 ° el, the difference values are reduced to zero, with the RMS values in this range increasing depending on the inductive component of the three-phase load in two of the three strings. This effect is shown in FIG. 4. For the exemplary use of the controller as a soft starter for
Drehstromasynchronmotoren ist daher für die Steuerwinkelwerte 3 ·· • ·Three-phase asynchronous motors are therefore suitable for the control angle values 3 ·· · ·
• · • · · · t ··· ·· ·· Μ ··· ·« 200419696 des ersten Ventilpaares der Bereich zwischen 0°el und 135°el vorteilhaft. Günstig ist es, die Differenzwerte zwischen den 5 Steuerwinkelwerten empirisch in der Weise zu ermitteln, dass drehfeldabhängig 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 10 Effektivstromwerte einander angenähert sind. Aufgrund einer Abhängigkeit der Differenzwerte vom Lastwinkel der Drehstromlast werden dabei für unterschiedliche Lastwinkel eigene Differenzwerte ermittelt. 15 Dabei ist es günstig, als Vorgabe für die Steuerung derFor the first pair of valves, the range between 0 ° el and 135 ° el is advantageous. It is advantageous to empirically determine the difference values between the five control angle values such that the control angle value of the second valve pair is varied as a function of the spin field for a number of control angle values of the first valve pair while the control angle value is held fixed until the 10 effective current values measured on the three strings are mutually exclusive are approximated. Due to a dependence of the difference values on the load angle of the three-phase load, separate difference values are determined for different load angles. 15 It is favorable, as a default for the control of
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 20 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 25 bekannten Nachteile zu stoßen. Beispielsweise werden bei der Verwendung der Steuerung als Softstarter für Drehstromasynchronmotoren die Bereichsgrenzen durch das Auftreten von Pendelmomenten bestimmt. 30 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 35 Steuerwinkelwerten über den gesamten Steuerbereich, so können die gesuchten Differenzwerte aus einer entsprechenden Darstellung - insbesondere einem Verlaufsdiagramm nach Fig. 2 4 200419696 • · · • · · • ··· • · • ·· • · · · · · ι • · · · ··· · · • · · · · · · • · · · · · · ·· ·· ··· Μ - durch Messung der Abstände zwischen jenen Punkten der Verläufe der Stromeffektivwerte der gesteuerten Stränge, für welche die Stromeffektivwerte gleich groß sind, ermittelt werden.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 effective values is negatively influenced by this averaging, it can be determined by testing for the respective application how far the range of load angles with averaged difference values can be taken without encountering the disadvantages known from the unbalanced W3-2C circuit 25 , 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. In order to determine the difference values, it may also be favorable if 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 one then measures the courses of the current effective values as a function of the 35 control angle values over the entire control range, then the desired difference values can be obtained from a corresponding representation-in particular a progression diagram according to FIG. 2 2004419696 ·········· - • by measuring the distances between those points the curves of the current RMS values of the controlled strands, for which the current RMS values are equal, are determined.
Darüber hinaus ist es vorstellbar, dass die Verläufe der Stromeffektivwerte rechnerisch ermittelt werden.In addition, it is conceivable that the courses of the current effective values are determined by calculation.
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.To carry out the method is 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.
Das zur Ansteuerung der Ventile vorgesehene Steuerelement weist dabei Speichermittel zur Speicherung der jeweils einander zugeordneten Steuerwinkelwerte der beiden Ventilpaare auf.The control element provided for controlling the valves has storage means for storing the respectively associated control angle values of the two valve pairs.
Ein günstiger Aufbau der Schaltung ergibt sich, wenn die Ventile als gesteuerte Thyristoren ausgebildet sind.A favorable structure of the circuit results when the valves are designed as controlled thyristors.
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft:The invention will be explained in more detail with reference to figures. They show by way of example:
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 in1 shows a schematic representation of the W3-2C circuit FIG. 2 shows the profile of the current effective values I / Io as a function of the control angle values ψ for symmetrical and asymmetrical circuits FIG. 3 shows a profile of the difference values δ as a function of the control angle values ψ of the first valve pair Fig. 4: the course of the current effective values Ieff in
Abhängigkeit von den Steuerwinkelwerten ψ für erfindungsgemäß gesteuerte W3-2C Schaltungen 5 200419696 • · • · • · • · • ··*· *· ···· • · · # · · · • ··♦ · · · · ; • · · · · ··· • · · · φ · ► tM ·· · «# ··Dependence on the control angle values ψ for W3-2C circuits controlled according to the invention 5 200419696 · • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 2004 2004. • · · · · · · · · · · · · · · · tM ··· «# ··
Fig. 5: die Zündungsabfolge für ein rechtsdrehendes DrehstromnetzFig. 5: the ignition sequence for a right-handed three-phase network
Fig. 6: die Schaltimpulse für die Ventile VI, V4, V5, V2 sowie den Verlauf der Strangspannungen Utr, Usiv Urs 5 sowie den Verlauf der Lastströme Ir, Is, It in6 shows the switching pulses for the valves VI, V4, V5, V2 and the course of the phase voltages Utr, Usiv Urs 5 and the course of the load currents Ir, Is, It in
Abhängigkeit von der Laufzeit tDependence on the term t
Die in der Fig. 1 dargestellte W3-2C Schaltung zeigt die 3 Stränge eines Drehstromnetzes R, S und T und eine in allen 10 drei Strängen wirkende Drehstromlast Z. ImThe W3-2C circuit shown in FIG. 1 shows the three phases of a three-phase network R, S and T and a three-phase load Z.sub.in acting in all three lines
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 VI und einem zweiten Ventil V4 gebildetes 15 erstes Ventilpaar und im dritten Strang T ein aus einem dritten Ventil V5 und einem vierten Ventil V2 gebildetes Ventilpaar. Diese Ventile VI, V4, V5, V2 werden über ein Steuerelement angesteuert, dessen Steuerimpulse für die einzelnen Ventile VI, V4, V5, V2 in Fig. 6 über der Laufzeit 20 t dargestellt sind. Die Nummern der Ventile richtet sich nach der üblichen Nummerierung in einem rechtsdrehenden Drehstromnetz.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. In the first strand R, these are a first valve pair formed from a first valve VI and a second valve V4, and a valve pair formed from a third valve V5 and a fourth valve V2 in the third strand T. These valves VI, V4, V5, V2 are controlled via a control element whose control pulses for the individual valves VI, V4, V5, V2 are shown in FIG. 6 over the transit time 20 t. The numbers of the valves depend on the usual numbering in a clockwise three-phase network.
In Fig. 2 sind die Verläufe der bezogenen Stromeffektivwerte 25 I/Io in Abhängigkeit von den Steuerwinkelwerten ψ für symmetrische und unsymmetrische Schaltungen gemäß dem bisherigen Stand der Technik dargestellt.FIG. 2 shows the curves of the related current effective values 25 I / Io as a function of the control angle values ψ for symmetrical and asymmetrical circuits according to the prior art.
Es sind darin die Verläufe bezogener Stromeffektivwerte I/Io 30 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 35 beim Steuerwinkelwert ψ=0°β1 als Bezugsgröße. 6 200419696 ····· ·· ··· • ·· ····· · ·· · • · · · ·· ·· ··· • · · · ···· · ·· ·· ·· · ·»It shows the courses of related current effective values I / Io 30 over the control angle values ψ from 0 ° el to 150 ° el, for example for a pure ohmic three-phase load. The referred current effective value is formed from the effective value of the mains current I at the respective control angle value ψ and the rms value of the mains current Io 35 at the control angle value ψ = 0 ° β1 as a reference value. 6 200419696 ····· ·· ··· ··························································································· · · »
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 5 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 10 unterschiedliche Verlauf der bezogenen Stromeffektivwerte I/Io 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 15 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 20 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 25 ψ gleich 150°el beim Wert 0.Shown with a thin dashed line is the curve of the related current effective values I / Io for a symmetrical control circuit Symm., Starting at referenced current effective values I / Io in all three strands equal to 1 at 5 a control angle value ψ equal to 0 ° el, the same running in all three Strands up to referenced current effective values I / Io equal to 0 at a spreader angle value ψ equal to 150 ° el. For the single-ended control circuit, the 10 different course of the related current effective values I / Io for the three strings R, S and T is shown. With the control angle value ψ equal to 0 ° el, the values still coincide at the value 1. With increasing control angle value ψ then the dash-dotted shown 15 current effective values I / Io for the third strand T slightly increase and fall from about a control angle value ψ equal 30 ° el again to about the value 0.35 at a control angle value ψ equal to 150 ° el from. The thick dashed related Stromeffektivwerte I / Io for the second strand S run 20 down to about also about the value of 0.35 at the control angle value ψ 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 25 ψ equal to 150 ° el at the value 0.
Der dargestellte unterschiedliche Verlauf der Stromeffektivwerte in den Strängen bei der unsymmetrischen Schaltung führt bei verschiedenen Anwendungen - insbesondere 30 bei sogenannten „Softstartern" zu Problemen.The illustrated different course of the current RMS values in the strings in the unbalanced circuit leads in various applications - in particular in so-called "soft starters". to problems.
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 35 Ventilpaare von den Steuerwinkelwerten ψ des erstenAccording to the invention, the three current rms values Ieff in the three lines R, S and T of a W3-2C circuit according to FIG. 1 are approximated by the fact that the control angle values of the two 35 valve pairs are dependent on the control angle values ψ of the first
Ventilpaares abhängige Differenzwerte δ aufweisen. Fig. 3 zeigt einen beispielhaften empirisch ermittelten Verlauf der 7 200419696 • · · · ··· • ♦ ♦ · • · · · ·♦ ·· ···Have valve pair dependent difference values δ. FIG. 3 shows an exemplary empirically determined progression of the 7 200419696 •··································································.
··· ····· ··
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 5 an, um wiederum im Bereich der Steuerwinkelwerte ψ zwischen 135°el und ψ=165°β1 auf 0°el abzufallen.Difference values δ over the control angle values ψ of the first valve pair. The difference values δ in the range of the control angle values ψ remain between 0 ° el and 75 ° el at 0 ° el and then increase up to 60 ° el at the control angle value ψ equal to 120 ° el 5, again in the range of the control angle values ψ between 135 ° el and ψ = 165 ° β1 to 0 ° el.
Die Werte für die Steuerwinkel des zweiten Ventilpaares ergeben sich gemäß Fig. 3 als Summe der Steuerwinkelwerte ψ 10 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 15 sind die Differenzwerte δ für einen Bereich von Lastwinkel gemittelt.The values for the control angle of the second valve pair are shown in FIG. 3 as the sum of the control angle values ψ 10 of the first valve pair and the difference values δ dependent thereon. Due to the dependence of the difference values δ on the load angle of the three-phase load Z, three-phase loads with different load angles each have their own difference values δ. In the illustrated curve 15, the difference values δ are averaged for a range of load angles.
Fig.4 zeigt die Verläufe der Stromeffektivwerte Ieff für die drei Stränge R, S und T einer 3W-2C Schaltung aus Fig. 1 in 20 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. 25 Für ein Ausführungsbeispiel mit einer Drehstromlast mit 10 Ohm und 40mH (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 30 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 35 Anstiegs ist bei größeren induktiven Anteilen der zu steuernden Drehstromlast Z geringer. 8 2004196964 shows the courses of the current rms values Ieff for the three lines R, S and T of a 3W-2C circuit from FIG. 1 in FIG. 20 in dependence on the control angle values ψ, as they result according to the invention. The values of the control angle for the valve pair in the third strand T are greater than the control angle values ψ for the valve pair in the first strand R by the determined difference values δ. For an embodiment with a three-phase load of 10 ohms and 40 mH (load angle about 45 ° el ), it is shown that the effective current values Ieff depend on the control angle values ψ of 15 ° el to 135 ° el of approximately 15 amps starting 30 starting from each other approximately declining to 0 amps. From a control angle value ψ equal to 135 ° el, the current effective values Ieff in the second string S and in the third string T rise again and the current effective value Ieff in the first string R remains at 0 amps. The extent of this increase is less with larger inductive components of the three-phase load Z to be controlled. 8 200419696
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Wie Fig. 2 zeigt, sind auch die aus Fig. 4 nicht ersichtlichen Stromeffektivwerte Ieff bei ψ=0°β1 gleich groß.As FIG. 2 shows, the current rms values Ieff, which are not apparent from FIG. 4, are the same at ψ = 0 ° β1.
Aus Fig. 5 ist für den beispielhaften Fall eines 5 rechtsdrehendes Drehstromnetzes mit den zwei Ventilpaaren VI und V4 bzw. V5 und V2 im erste Strängen R und im dritten Strang T die Zündungsabfolge der Ventile VI, V4, V5 und V2 ersichtlich. Entsprechend der Nummern der Ventile zündet das erste Ventil VI entsprechend dem vorgegebenen 10 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 15 dem ersten Ventil VI. 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. 20From FIG. 5, the firing sequence of the valves VI, V4, V5 and V2 can be seen for the exemplary case of a right-handed three-phase system with the two valve pairs VI and V4 or V5 and V2 in the first line R and in the third line T. According to the numbers of the valves, the first valve VI ignites according to the predetermined control angle value ψ first. According to the invention ignites 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 δ. The second valve V4 arranged in the first strand R in turn ignites 180 ° el after 15 of the first valve VI without 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 by the difference value δ delayed and thus 180 ° el after the ignition of the fourth valve V2. 20
Im Falle eines linksdrehenden Stromnetzes mit gleicher Anordnung der Ventile VI, 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. 25 Die Ventile VI und V4 im ersten Strang R zünden hingegen um den Differenzwert δ verzögert. Die Zündabfolge erfolgt dabei so, dass das ersten Ventil VI vor dem dritten Ventil V5, dieses vor dem zweiten Ventil V4 und dieses vor dem vierten Ventil V2 zündet. 30In the case of a left-turning power network with the same arrangement of the valves VI, V4, V5 and V2 shown in FIG. 1, the third valves V5 and the fourth valve V2 in the third strand T ignites instantaneously in accordance with the control angle value ψ. On the other hand, the valves VI and V4 in the first line R ignite delayed by the difference value δ. The ignition sequence takes place so that the first valve VI ignites before the third valve V5, this before the second valve V4 and this before the fourth valve V2. 30
Fig. 6 zeigt beispielhaft den Verlauf der Schaltimpulse für die Ventile VI, V4, V5, V2 sowie die Außenleiterspannungen uTRf usTr Urs und Lastströme Ir, Is, It über der Laufzeit t, wobei die Drehstromlast einen beispielhaften ohmschen Anteil 35 von 10 Ohm und einen induktiven Anteil von 40mH aufweist und somit ein Lastwinkel von ca. 45°el gegeben ist. Der Steuerwinkelwert ψ für das erste Ventil VI und das zweite 9 200419696Fig. 6 shows an example of the course of the switching pulses for the valves VI, V4, V5, V2 and the outer conductor voltages uTRf usTr Urs and load currents Ir, Is, It over the term t, the three-phase load an exemplary ohmic portion 35 of 10 ohms and a Inductive proportion of 40mH and thus a load angle of about 45 ° el is given. The control angle value ψ for the first valve VI and the second 9 200419696
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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 5 Netzfrequenz beträgt 50Hz.Valve V4 is 105 ° el. The difference value δ determined for the control angle value ψ 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 5 mains frequency is 50Hz.
Das erste Ventil VI 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 10 5,83ms für den Laststrom im ersten Strang Ir den Startpunkt einer positiven Stromkuppe und für den Laststrom im zweiten Strang Is 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 15 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.The first valve VI 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 10 5.83ms 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 Is the starting point of a negative current peak. In the third strand T, 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 corresponds.
Die negative Stromkuppe im dritten Strang T geht mit einer 20 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. 25The negative current peak in the third strand T is accompanied by a 20 positive current peak in the second strand S, which is superimposed on a starting time t equal to 15.83 ms (equivalent to 185 ° el) with the positive current peak, with the by the switching pulse of the second valve V4 in the first strand R evoked Stromkuppe goes along. 25
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. 30 10In Fig. 6 it is shown that the streams tiled only from the valve pairs controlled strands to uncontrolled strand. There is no current flowing between the controlled lines at this control angle. 30 10
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