DE2541661A1 - Verfahren zum betrieb eines lastgefuehrten wechselrichters und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum betrieb eines lastgefuehrten wechselrichters und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den
Berlin und München " Werner-von-Siemens-Straße
Unsere Zeichen: VPA 75 P 3181 BRD Soe 21 Sie
Verfahren zum Betrieb eines lastgeführten Wechselrichters und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Verfahren zum Betrieb eines lastgeführten Wechselrichters mit Thyristoren, bei dem Thyristoren unter Berücksichtigung ihrer
Schon- und der Kommutierzeit des Wechselrichters vor jedem Nulldurchgang
der Lastspannung in einem Zeitpunkt gezündet werden, der aus drei Meßspannungen bestimmt ist, wobei die eine Meßspannung
phasengleich und proportional zur Lastspannung, die zweite Meßspannung phasengleich und proportional zur differenzierten Lastspannung
und die dritte Meßspannung dem Wechselrichterausgangsstrom proportional ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens mit einem Wechselrichter, dessen Wechselstromausgänge mit einem Parallelschwingkreis als Last verbunden sind und
einer Auswerteschaltung, in der Stromfühler zur Messung des Wechselrichterausgangsstromes
und Spannungsfühler zur Messung der
Schwingkreisspannung angeordnet sind, denen ein Netzwerk mit um
etwa 90° phasenverschiebenden Bauelementen nachgeschaltet ist, das mit den Eingängen eines G-renzwertmelders verbunden ist, dessen
Ausgang mit dem Triggereingang eines Steuersatzes verbunden
ist, der Zündimpulse für die Thyristoren des Wechselrichters bildet.
Ein solches Verfahren und die Vorrichtung sind aus der DT-OS 2 008 239 bekannt. Dort ist ein Wechselrichter mit Parallelschwingkreis
als Last, ein sogenannter Parallelschwingkreiswechselrichter beschrieben, bei dem Abgriffe am Kondensator des Parallelschwingkreises
über ein differenzierendes Netzwerk, das beispielsweise die Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators
oder die Serienschaltung eines Widerstandes mit einer Spule sein kann, einem Grenzwertmelder zugeführt sind. Dabei kann
zur Potentialtrennung ein Übertrager zwischen die Abgriffe am Kondensator und das differenzierende Netzwerk geschaltet sein.
Der Grenzwertmelder gibt einen Triggerimpuls an den Steuerabsatz ab und löst damit Zündimpulse für die
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Thyristoren des Wechselrichters aus, wenn der Strom im differenzierenden
Netzwerk zu Null geworden iat. Die zeitliche Lage der
Triggerimpulse bezogen auf die Nulldurchgänge der Last- bzw. Schwingkreisspannung des Parallelschwingkreises ist durch die
Widerstands- und die Kapazitäts- bzw. Induktivitätswerte des differenzierenden Netzwerkes gegeben, die so ausgewählt werden,
daß jeder Triggerimpuls um eine konstante Zeitspanne vor dem zugehörigen Nulldurchgang der Schwingkreisspannung liegt. Die für
jede Halbperiode der Schwingkreisspannung konstante Länge des
Zeitintervalls ist größer als die Schon- bzw. Freiwerdezeit der Thyristoren gewählt, womit die Kommutierzeit des Wechselrichters
berücksichtigt ist. Da die Kommutierzeit stromabhängig ist, ist die Wahl eines konstanten Zeitintervalls nicht befriedigend.
Beim bekannten Wechselrichter ist daher vorgesehen, durch Umschaltung auf unterschiedliche Kondensatoren oder Spulen die
Länge des Zeitintervalls unterschiedlichen Betriebszuständen
anzupassen. Zusätzlich können bei dem bekannten Wechselrichter mehrere Auswerteschaltungen vorgesehen sein, um die Kommutier-
und Schonzeit bei stark unterschiedlichen Betriebszuständen zu erfassen. Schließlich ist für den bekannten Wechselrichter eine
Auswerteschaltung beschrieben, bei der die Schwingkreisspannung und die differenzierte Schwingkreisspannung über das beschriebene
differenzierende Netzwerk und mit einem Stromwandler der Wechselrichterausgangsstrom
erfaßt und ein Triggerimpuls ausgelöst wird, wenn die Summe dieser drei Signale Null ist. Dabei werden
die Impedanzen im Netzwerk, die die Proportionalität der Signale bestimmen, so eingestellt, daß bei der niedrigeren Betriebsfrequenz die Schwingkreisspannung und der Wechselrichterausgangsstrom,
bei höheren Betriebsfrequenzen die Schwingkreisspannung und ihr Differential und bei höheren Betriebsfrequenzen und höheren
Strömen alle drei Signale die Lage der Triggerimpulse und damit die Zündzeitpunkte bestimmen. In der obengenannten DT-OS ist
ausgeführt, daß mit diesem Verfahren eine optimale Anpassung des Zündzeitpunktes an die realen Betriebsverhältnisse ebenfalls
nicht gegeben ist.
Es besteht die Aufgabe, das Verfahren der eingangs genannten Art und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so abzuän -
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ς VPA 75 P 3181 BRD
dern, daß Kommutier- und Schonzeiten verzögerungsfrei erfaßt
werden, die den realen Betriebsverhältnissen optimal entsprechen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zündzeitpunkt
durch den Schnittpunkt der ersten Meßspannung mit einer abgeleiteten Spannung bestimmt ist, die durch Addition der zweiten
und dritten Meßspannung gewonnen wird, daß der Spitzenwert der zweiten Meßspannung gleich ox .U1 _.t ist, worin or die Kreisfrequenz
der Lastspannung,U1 der Spitzenwert der ersten Meßspannung
und t die Schonzeit ist und daß der Spitzenwert der drits
ten Meßspannung gleich
WV
ist, worin t, die Kommutierzeit und I (tv + t ) der Momentanwert
des Wechselrichterausgangsstromes I (t) im Zeitpunkt tk + ts ist.
Bei den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benützten spannungs-,
frequenz- und stromproportionalen Meßspannungen können die Proportionalitätsfaktoren
der drei Meßspannungen so gewählt werden, daß die Kommutier- und Schonzeit des Wechselrichters in jedem
Betriebszustand verzögerungsfrei und optimal erfaßt wird, da die Schon- bzw. Freiwerdezeit durch die Grenzdaten der Thyristoren
als Konstante vorgegeben ist und sich die Kommutierzeit des Wechselrichters berechnen läßt, wozu beispielsweise auf das Buch von
Heumann-Stumpe "Thyristoren" Verlag B.G. Teupner 3. Auflage 1974,
Seiten 88 bis 94 zu verweisen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kommutierzeit mittels des Wechselrichterausgangsstromes
und der Lastspannung verzögerungsfrei direkt erfaßt, wobei
gleichzeitig die Schonzeit mit erfaßt wird. Man erreicht damit einen besseren Wirkungsgrad und verbesserte dynamische Eigenschaften
des Umrichters, und da das erfindungsgemäße Verfahren in jedem Betriebszustand optimal arbeitet, ist ein zusätzlicher
Sicherheitsfaktor für die Kommutier- und Schonzeit nicht erforderlich, wie er beim bekannten Verfahren verwendet wird. Dadurch
erhält man eine bessere Ausnutzung der Thyristoren des Wechselrichters. Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiter vereinfacht,
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wenn man für «^die beim Betrieb auftretende größte Kreisfrequenz
CtX1n^x der Lastspannung und für U1 der größte betriebsmäßige
Spitzenwert !!..____ gewählt wird. Vorzugsweise entspricht I. (t, + t )
I OIucLjl wit ο
dem Spitzenwert I des Wechaelrichterausgangsstromes I (t). Vorteilhaft ist es, die dritte Meßspannung durch Integration
des Wecliselrichterausgangsstromes I (t) zu gewinnen. Da-
mit entfallen Schnittpunkte, die zu Fehlimpulsen führen, zu deren Unterdrückung beim bekannten Wechselrichter beispielsweise eine
aufwendige Auswahlschaltung mit digitalen Gliedern eingesetzt werden muß.
Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
sind zwei Spannungsfühler für die Schwingkreisspannung vorgesehen, wobei jedem Spannungsfühler ein Spannungsteiler nachgeschaltet
ist und ein Abgriff jedes Spannungsteilers mit einem Eingang einer Vergleichsstufe verbunden ist, wobei in einem der Spannungsteiler
ein 90°-Phasenschieber geschaltet ist und die Anschlüs se einer der Widerstände eines Spannungsteilers mit den Ausgängen
des Stromfühlers verbunden sind. Durch Wahl der Impedanzwerte dieses Netzwerks können die oben angegebenen Proportionalitätsfaktoren
in einfacher Weise eingestellt werden. Dabei ist es vorteilhaft, die beiden Spannungsfühler mit einem Übertrager zu realisieren,
dessen Sekundärwicklung eine Anzapfung besitzt, an der ein Bezugspotential liegt, mit dem auch jeder der beiden Anschlüsse
der Sekundärwicklung über einen der Spannungsteiler verbunden ist. Dieser Übertrager dient nicht nur zur Potentialtrennung, sondern
mit ihm wird auch der Aufbau der Auswerteschaltung wesentlich vereinfacht.
Wie beim bekannten Übertrager kann der 90°-Phasenschieber eine Spule oder ein Kondensator sein. Dabei kann zur Kompensation des
!Frequenzganges der Impedanz sowohl der Spule als auch dem Kondensator
ein weiterer Kondensator vorgeschaltet sein, dem gegebenenfalls noch ein Widerstand parallel geschaltet sein kann. Zur Kompensation
bei hohen Schwingkreiafrequenzen kann Widerständen des Spannungsteilers, der nur aus ohmschen Widerständen aufgebaut ist,
ein spannungsabhängiger Widerstand parallel geschaltet sein. Vorteilhaft ist es, dem Stromwandler einen Integrator nachzuschalten.
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Damit erhält man Meßspannungen, die, wie bereits ausgeführt, nur
einen Schnittpunkt pro Halbwelle der Lastspannung besitzen, was die Steuerung wesentlich vereinfacht.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen
zur Durchführung des Verfahrens beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Bauteile
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt das Schaltbild eines Umrichters mit lastgeführtem Wechselrichter, wobei als Wechselrichter ein Parallelschwingkreisumrichter
gezeigt ist. Es ist hier zu betonen, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren auch im Zusammenhang mit anderen lastgeführten
Wechselrichtern, beispielsweise bei einem Wechselrichter einsetzen läßt, dessen Wechselstromausgänge mit einem Serienschwingkreis
verbunden sind. In Figur 1 ist der Wechselrichter 1 mit Thyristoren 2 bis 5 in Einphasenbrückenschaltung aufgebaut.
Über die Wechselstromausgänge 6 des Wechselrichters 1 wird ein Parallelschwingkreis 7 als Last gespeist, der aus der Parallelschaltung
einer Drossel 7a und eines Kondensators 7b besteht. Die Gleichstromansohlüsse 8 des Wechselrichters 1 sind über einen
Gleichstromzwischenkreis 9 mit Glättungsdrossel 10 und einen
Gleichrichter 11 mit einem Drehstromnetz verbunden, das an den Klemmen 12 liegt. Der Gleichrichter 11 ist aus Thyristoren 11a
bis 11f in Drehstrombrückenschaltung aufgebaut.
Zur Erfassung der Kommutier- und Schonzeit ist eine Auswerteschaltung
13 vorgesehen, auf deren Aufbau noch näher eingegangen wird. Die Eingänge 13a und 13b der Auswerteschaltung 13 sind mit den
beiden Belägen des Kondensators 7b des Schwingkreises 7 verbunden und über ihre beiden Eingänge 13c und I3d fließt der Wechselrichterausgangsstrom
Iw< Der Ausgang 13e der Auswerteschaltung
ist mit dem Sriggereingang 14a eines Steuersatzes 14 für die
Thyristoren 2 bis 5 des Wechselrichters 1 verbunden. Die Steuerleitungen 14b bis He, die zu den Steuerelektroden der Thyristoren
2 bis 5 führen, sind in Figur 1 nur angedeutet. Der Steuersatz 14 kann beispielsweise einem Steuersatz entsprechen, wie er
aus dem Buch von D. Ernst und D. Ströle "Industrieelektronik"
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Springer-Verlag 1973, Seiten 54 und 55 beschrieben ist. Auch für
den Gleichrichter 11 ist ein Steuereatz vorzusehen. Dieser Steuersatz
wurde in der Figur nicht eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit zu wahren. Er kann beispielsweise einem Steuersatz entsprechen,
wie er aus dem Buch von G. Möltgen ttNetzgeführte Stromrichter
mit Thyristoren" Siemens AG 1967, Seite 275 oder 280 bekannt ist. Außerdem ist als weiterer Istwertgeber für die Steuerung
noch ein Stromwandler in der Speiseleitung des Gleichrichters 11 vorzusehen. Dieser Stromwandler ist in Figur 1 ebenfalls nicht
eingezeichnet.
Im Betriebszustand werden wechselweise die Thyristoren 2 und 5 oder 3 und 4 der diagonalen Brückenzweige des Wechselrichters 1
mit der Frequenz der Schwingkreisspannung Ug des Parallelschwingkreises
gezündet. Die Zündung erfolgt kurz vor jedem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung TJ, wobei der Zündzeitpunkt t
durch die Schonzeit der Thyristoren, die mindestens deren Freiwerdezeit entsprechen muß und die Kommutierzeit des Umrichters
bestimmt ist. Dabei wird von einem Brückenzweig auf den nachfolgend stromführenden Brückenzweig direkt kommutiert, wobei die
Kommutierungsblindleistung vom Kondensator 7b des Parallelschwingkreises 7 zur Verfügung gestellt wird. Die für den Zündzeitpunkt
berücksichtigte Kommutier- und Schonzeit soll dem jeweiligen Betriebszustand des Umrichters entsprechen, da sonst der Wirkungsgrad
des Umrichters herabgesetzt und seine dynamischen Eigenschaften verschlechtert werden. Außerdem erreicht man damit eine
bessere Ausnutzung der Thyristoren. Das erfindungsgemäße Verfahren, das eine optimale Anpassung der Kommutier- und Schonzeiterfassung
an veränderliche Betriebszustände beinhaltet, wird anhand der Figur 2a bis 2f näher erläutert. In Figur 2 sind die
Schwingkreisspannung U_, der Wechselrichterausgangsstrom I . die
Zwischenkreisspannung U^ und Meßspannungen U^ bis U, die abgeleitete
Spannung U. und die Ausgangsspannung U^, der Auswerteschaltung
13 über der Zeit t aufgetragen. Die Meßspannungen U^
bis U, werden in der Auswertesohaltung 13 gebildet und zur Spannung U, sind die beiden Meßspannungen U« und U, addiert. Figur
2a zeigt die Schwingkreisspannung Ug, mit einem Nulldurchgang
im Zeitpunkt t . In der ersten gezeigten Halbperiode fließt der
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Wechselrichterausgangsstrom I^ über die Thyristoren 2 und 5. Im
Zeitpunkt t^werden die Thyristoren 3 und 4 der nachfolgend stromführenden
diagonalen Brückenzweige des Wechselrichters 1 gezündet. Nun überlappen sich im Intervall zwischen den Zeitpunkten t^und
t.· die Ströme über die Thyristoren 2 und 5 und die Thyristoren
3 und 4 und der Wechselrichterausgangsstrom I nimmt ab. Im Zeitpunkt
t.., in dem der Wechselrichterausgangsstrom I durch Null
geht, liegt die Spannung des Schwingkreiskondensators 7b als negative §p%rrspaiinung an den Thyristoren 2 und 5, die nun erlöschen.
Nach dem Zeitpunkt t liegt positive Sperrspannung an den Thyristoren 2 und 5. Demnach muß der Zündzeitpunkt t so eingestellt
sein, daß die Zeitspanne t, zwischen t und t.. der vom
Umrichter benötigten Kommutierzeit und die Zeitspanne t zwischen
t.. und t der !Freiwerdezeit entspricht. Die Freiwerdezeit der
Thyristoren ist eine Eonstante, die durch die Grenz- bzw. Kenndaten
der Thyristoren gegeben ist. Die Kommutierzeit t, ist eine anlagenbedingte Größe, die unter anderem von Betriebszuständen
abhängig ist und beispielsweise nach der oben angegebenen Literaturstelle berechnet werden kann. In der Auswerteschaltung 13
werden Meßspannungen U1 , U2 und U, gewonnen, mit denen sich der
Zündzeitpunkt t so erfassen läßt, daß die Kommutierzeit t, und
ζ κ. .
die Schonzeit tg an den jeweiligen Betriebszustand angepaßt sind.
Dabei ist die Meßspannung U1 der Schwingkreisspannung proportional,
für sie gilt
(K1 = const) sinert
Die frequenzabhängige Meßspannung Up wird aus U1 durch Phasenvers
°
gilt
gilt
verschiebung um 90° bzw. Differentiation gewonnen und für sie
U2 = K2* IQ* cosiwt (K2 = const)
Die Meßspannung U, ist ein Abbild des Wechselrichterausgangsstromes I , für sie gilt
K3-I w (*) (K3 = const)
Worin I der Spitzenwert von Iy (t) und f (t) eine Funktion
der Zeit t ist.
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In der Figur 2e sind zwei Meßspannungen U,1 und U,n eingezeichnet.
Die Meßspannung U,' ist dem Wechselrichterausgangsstrom I
j W
direkt proportional. Die Meßspannung U-," ist durch Integration
des Wechselrichterausgangsstromes I (U," = K, I ff(X) dt gewonnen.
In der Figur 2c ist neben der Meßspannung U1 und der Meßspannung
Up die abgeleitete Spannung U.1 und U.n eingezeichnet,
zu der die Meßspannungen U« und U,' bezw. U« und U,M addiert sind,
In der Auswerteschaltung wird mit einem Grenzwertmelder festgestellt,
daß ein Schnittpunkt der Meßspannung U1 mit der Spannung
U. vorliegt. Dabei sei für das folgende vorausgesetzt, daß die Zeitskala auf den Zeitpunkt t0 bezogen sei. Der Zeitpunkt t1 entspricht
dann t und 4er Zeitpunkt t entspricht t, + t . Für den
ο
Ζ
JS. Θ
Zeitpunkt t gilt I (tH) = 0 und U1 = U0. Daraus resultiert mit
S φΑ? ,S \ C-
der Annahme »t *-r- und ^iWt0 -»" ort,, :
S *!■ ff ο S
t = K2
S «r-
K1
Die Schonzeit t ist also frequenzunabhängig und nur durch die
Konstanten K1 und K« bestimmt.
Für den Zeitpunkt t = t + t, gilt I (t) > 0 und U4 = U9 . Mit
Für den Zeitpunkt t = t + t, gilt I (t) > 0 und U4 = U9 . Mit
—yJZ
S XL
W I C
der Annahmen X„<K>>
und /f&orX ~ «^ t .cos ar X ~ 1 erhält man
Z * 0 Z Z' Z
daraus:
■ ^O
Geht man weiterhin davon aus, daß gilt
I=I . f(t) und I (t„) = I , w wo wz' wo'
so erhält man die strom- und frequenzabhängige Kommutierzeit in:
Xz = K2 + 1 . ^ . 1WO .
damit reduzieren sich die Gleichungen für U1, Up und U, zu:
U1 = U10 . sin Ar t
wo
tk . iw(t)
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Worin noch, füritr, U^0 und I die betriebsmäßigen Spitzenwerte
eingeführt werden können. Die Proportionalitätsfaktoren in t und tk lassen sich, wie noch gezeigt werden wird, durch Wahl der
Bauelemente der Auswerteschaltung 13 in einfacher Weise einstellen. Man erhält damit eine Kommutier- und Schonzeiterfassung,
die praktisch, für alle Betriebszustände des Umrichters optimal ist, die verzögerungsfrei erfolgt und mit der man die oben aufgezählten
Vorzüge erhält.
Im Schnittpunkt der Meßspannung U^ mit der Spannung U. wird von
einer Vergleichsstufe der Auswerteschaltung ein Impuls U13 abgegeben,
dessen lage die Lage des Zündzeitpunktes repräsentiert. Der Figur 2c ist zu entnehmen, daß der Schnitt von TJ.. und U. '
nicht eindeutig zu sein braucht, sondern daß es durch geringfügige Spannungsänderungen zu weiteren Schnittpunkten kommen
kann, die zu Fehlimpulsen führen, die unterdrückt werden müssen. Gewinnt man eine Spannung U," durch Integration aus Iw(t), wobei
gilt
u3« = K3-iwo . Jf(t)dt
so erhält man, wie die strichpunktiert eingezeichnete Spannung
U." in Figur 2c zeigt, einen eindeutigen Schnittpunkt zwischen U- und UJ'. Für die Spannung U-, wurde dieser Schnittpunkt als
maßgebend für die Impulsflanken bezeichnet. Zur Spannung U..,
ist hierbei noch anzuführen, daß die ansteigende bzw. abfallende Impulsflanke anzeigt, welche der diagonalen Brückenzweige zu
zünden sind. Beim Ausführungsbeispiel sind mit der ansteigenden Flanke die Thyristoren 3 und 4 und mit der abfallenden Flanke
die Thyristoren 2 und 5 zu zünden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung 13 ist in Figur 3 gezeigt. Die Eingänge 13a und 13b sind mit der Primärwicklung
15a eines Übertragers 15 verbunden, durch den die beiden Spannungsfühler zur Erfassung der Spannungen U- und Up
realisiert sind. Die Sekundärwicklung 15b des Übertragers besitzt eine Mittelanzapfung 15c, die mit einem Bezugspotential
verbunden ist. Zur Unterdrückung von Störungen können die beiden durch die Anzapfung getrennten Wicklungsteile der Sekundärwicklung
15b bifilar gewickelt sein. Ein Anschluß der Sekundärwicklung 15b ist über einen Spannungsteiler 16, der aus den Wider-
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ständen 17 und 18 aufgetaut ist, ebenfalls mit dem Bezugspotential
verbunden. Auch der andere Anschluß der Sekundärwicklung liegt über einen Spannungsteiler 19 am Bezugspotential. Der Spannungsteiler
19 besteht aus der Serienschaltung eines ohmschen Widerstandes 20, einer Spule 21 als 90 -Phasenschieber und eines
Widerstandes 22. Die Eingänge 13c und 13d der Auswerteschaltung
13 sind mit der Primärwicklung eines Stromwandlers 23 verbunden,
dessen Sekundärwicklung mit den Anschlüssen 22a und 22b des Widerstandes 22 verbunden ist. Ein Abgriff 24 des Spannungsteilers
16 ist mit einem Eingang eines als Vergleichsstufe dienenden Operationsverstärkers
25 und ein Abgriff 26 des Spannungsteilers ist mit einem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 25 verbunden,
dessen Ausgang an den Ausgang 13e der Auswerteschaltung
13 geführt ist. Unter der Annahme, daß die Wicklungsverhältnisse des Übertragers 15 und des Stromwandlers 23 gleich eins sind
und daß für die Widerstandswerte der Widerstände 17» 20, der Induktivität der Spule 21 und der Widerstandwerte der Widerstände
22 und 18 R17 = R2O^ R18 + C*^*Z\ ^ R22 gil'fc» erhält man
für die Meßspannungen U1 bis IU folgende Beziehungen,
IL. = I . R.JQ . sin *r t
U0 = I'<5tf'Lo1 . cos or t
U0 = I'<5tf'Lo1 . cos or t
<L O ά. I
U3 = R22 . Iw(t)
woraus sich für die Schonzeit t und für die Kommutierzeit t^
woraus sich für die Schonzeit t und für die Kommutierzeit t^
unter der Annahme or t ■« *g- und art -&jf- berechnet:
t = L21
s «—
s «—
R18
K = 1W . ai7 . R22 mit U=I. R
K = 1W . ai7 . R22 mit U=I. R
JS π B (J
Den Beziehungen für t und t, ist zu entnehmen, daß t sowohl
B Jt ο
von der Schwingkreisfrequenz car als auch von der Schwingkreisspannung
U frei und damit konstant ist. Somit sind die Induktivität L21 und der Widerstandswert R1Q so zu wählen, daß die
Schonzeit wenigstens gleich der Freiwerdezeit der Thyristoren ist. Die Kommutierzeit tfe ist vom Wechselrichterausgangsstrom
I , von der Schwingkreisfrequenz und von der Schwingkreisspan-
nung U abhängig. Damit ist eine eptimale Anpassung der Kommus
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«V
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tierzeit an alle Betriebezustände gewährleistet. Durch die Wahl
der Widerstandswerte R.. ~ und R„2 ist die Kommutierzeit an den
für den Umrichter berechneten Wert anzupassen. Läßt man die Vor aussetzung E-iy = RpO fal-^en» ao erhält man für die Schon- und
Kommutierzeit in gleicher Weise die Beziehung: tB + tk = L21 . R17 + 1W . R22 ' R17
Zur Vereinfachung können außerdem noch für U_, für or und für Iw
die betriebsmäßigen Maximal- bzw. Spitzenwerte Ua___, Ii_rnmev
und Ä^max eingesetzt werden, womit sich die Beziehung zu
ts + tk = L21 . R17 + Iwomax . R22 ' R17
5Ie ^20 ^max ' Usmax R18
vereinfacht.
Die angegebenen Beziehungen stimmen für die Voraussetzung ort« τ—. Diese Annahme ist bei sehr großen Schwingkreisfrequenzen
nicht mehr gerechtfertigt. Um auch diesen Betriebszustand zu berücksichtigen, ist in Figur 3 den ohmschen Widerständen
und 18 des Spannungsteilers 16 ein spannungsabhängiger Widerstand 26, ein sogenannter Varistor, parallel geschaltet, der in der
Figur gestrichelt eingezeichnet ist. Zur Kompensation des Frequenzganges der Spule 21 kann außerdem dem Widerstand 20 des
Spannungsteilers 19 ein Kondensator 27 und gegebenenfalls in Serie mit einem Widerstand 28 parallel geschaltet sein, die in
Figur 3 ebenfalls gestrichelt eingezeichnet sind.
Figur 4 zeigt eine Abwandlung der Auswerteschaltung 13 nach
Figur 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Sekundärwicklung des Stromwandlers 23 nicht direkt mit den Anschlüssen 22a
und 22b des Widerstandes 22 verbunden. Es ist vielmehr über den Abgriff eines Widerstandes 30 und Widerstände 31 und 32 ein mit
einem Kondensator 33 als Integrator 34- beschalteter Operationsverstärker
35 zwischengeschaltet. Neben der Potentialtrennung erhält man mit dieser Ausführungsform eine Meßspannung U,", die
in .Zusammenhang mit Figur 2e mit ihren Vorteilen bereits erläutert
wurde.
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Ein weiteres AusführungsBeispiel zeigt Figur 5. Bei diesem Ausführungfebeispiel
ist der 90°-Phasenschieber, mit dem ein 90°- Phasenuntersehied zwischen den Meßspannungen TJ.. und Up erzeugt
wird, durch einen Kondensator 36 realisiert, der im Spannungsteiler 16 dem Widerstand 17 parallel geschaltet ist. Die Spule
21 im Spannungsteiler 19 muß dann durch einen ohmschen Widerstand 37 ersetzt werden. In gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 erhält man auch bei diesem Ausführungsbeispiel
Beziehungen für t, und ts, mit denen sich durch eine entsprechende
Wahl der Widerstands- und Kapazitätswerte die oben beschriebenen Vorteile erhalten lassen. Zur Kompensation sehr
hoher Spannungen kann bei diesem Ausführungsbeispiel der spannungsabhängige Widerstand 27 dem Widerstand 20 parallel geschaltet
sein und zur Kompensation des Frequenzganges der Impedanz 36 ist ein Kondensator 38 vorgesehen, der dem Widerstand 18 parallel
geschaltet ist. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Integrator 34 durch ein RC-Glied realisiert, das aus dem Widerstand
39 und dem Kondensator 40 besteht, die zwischen den Widerstand 30 und die Anschlüsse 22a und 22b des Widerstandes 22 geschaltet
sind.
12 Patentansprüche
5 Figuren
5 Figuren
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/ς
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Claims (12)
1. Verfahren zum Betrieb eines lastgeführten Wechselrichters mit
Thyristoren, bei dem Thyristoren unter Berücksichtigung ihrer Schon- und der Kommutierzeit des Wechselrichters vor jedem Nulldurchgang
der Lastspannung in einem Zündzeitpunkt gezündet werden, der aus drei Meßspannungen bestimmt ist, wobei die eine
Meßspannung phasengleich und proportional zur Lastspannung, die zweite Meßspannung proportional und phasengleich zur differenzierten
Lastspannung und die dritte Meßspannung dem Wechselrichterausgangsstrom proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zündzeitpunkt durch den Schnittpunkt der ersten Meßspannung (TJ.j) mit einer abgeleiteten Spannung (U.) bestimmt ist, die durch
Addition der zweiten und dritten Meßspannung (Up» U^2 gewonnen
wird, daß der Spitzenwert der zweiten Meßspannung (Up) gleich Cu-^a- ta ist, worin ur die Kreisfrequenz der Lastspannung, Un Λ
der Spitzenwert der ersten Meßspannung und t_ die Schonzeit iat
und daß der Spitzenwert der dritten Meßspannung (U.,) gleich
1W^k + V
ist, worin t, die Kommutierzeit und Iw(t_ + t, ) der Momentanwert
.K. W 5 JL
des Wechselrichterausgangsstromes Iw im Zeitpunkt t + t, ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
die beim Betrieb auftretende größte Kreisfrequenz der Lastspannung
und für U^ der größte betriebsmäßige Spitzenwert gewählt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß I« (i*o + ^Tr) dem Spitzenwert I des Wechselrichterausgangs-
W S it WO
stromes I (t) entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die dritte Meßspannung (U^) durch Integration des
Wechselrichterausgangsstromes I (t) gewonnen wird.
7 0 9 8 12/0165 °R''GlNAL iNspECTED
VPA 75 P 3181 BRD
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 Ms 4 mit einem Wechselrichter, dessen Wechselstromausgänge
mit einem Parallelschwingkreis als Last verbunden sind und einer Auswerteschaltung, in der Stromfühler zur Messung des
Wechselrichterausgangsstromes und Spannungsfühler zur Messung der Schwingkreisspannung angeordnet sind, denen ein Netzwerk
mit etwa 90°-phasenverschiebenden Bauelementen nachgeschaltet
ist, das mit den Eingängen eines Grenzwertmelder verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Triggersingang eines Steuersatzes verbunden
ist, der Zündimpulse für die Thyristoren des Wechselrichters bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungsfühler (15)
für die Schwingkreis spannung (U_) vorgesehen sind, daß jedem
Spannungsfühler ein Spannungsteiler (16, 19) nachgeschaltet ist und ein Abgriff (24·» 26) jedes Spannungsteilers mit einem Eingang
einer Vergleichsstufe (25) verbunden ist, daß in einem der Spannungsteiler (19 bzw. 16) ein 90°-Phasenschieber (21 bzw. 36)
geschaltet ist und daß die Anschlüsse einer der Widerstände (22) eines Spannungsteilers (19) mit den Ausgängen des Stromfühlers
(23) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem Übertrager als Spannungsfühler, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsfühler
mit einem einzigen Übertrager (15) realisiert sind, dessen Sekundärwicklung (15b) eine Anzapfung (15c) besitzt, an der ein
Bezugspotential liegt, mit dem auch jeder der beiden Anschlüsse der Sekundärwicklung über einen der Spannungsteiler (16, 19) verbunden
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der 90°-Phasenschieber eine Spule (21) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spule (21) ein Kondensator (28) vorgeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der 90°-Phasenschieber ein Kondensator ist.
709812/016S
3 VPA 75 P 3181 BRD
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» daduroh gekennzeichnet, daß dem
Kondensator (36) ein weiterer Kondensator (38) vorgeschaltet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 "bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß Widerständen (17, 18 bzw. 20) des nur aus ohmschen
Widerständen aufgebauten Spannungsteilers (16 bzw. 19) ein spannungsabhängiger
Widerstand (27) parallel geschaltet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11 zur Durchführung
des Verfahrens nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromwandler (23) ein Integrator (34) nachgeschaltet ist.
709812/0165
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