DE2756952C3 - Digitaler Steuersatz für einen selbstgeführten Stromrichter - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

— in dem vom Ausgang des Adressenzählers (2) zyklisch ansteuerbaren Speicher (4) sind für sämtliche Impulsmuster in fortlaufend hintereinander angeordneten Speicherplätzen die Informationen über die in Abhängigkeit vom Adressenzählerstand anzusteuernden Ventile des Stromrichters gespeichert und als Signale an erste Eingänge von den einzelnen Ventilen (61) bis 66) zugeordneten Verknüpfungsgattern (9 bis 14) weitergebbar;

— einem ersten Eingang des Vergleichers (6) ist ein von der Impulsfolgefrequen~ abhängiges Signal zugeführt;

— dem zweiten Eingang des Vergleichers (6) ist ein vom Speicher (4) zählerstandsabhängig ausgegebenes Signal zuführbar, das die Zugehörigkeit des vom Speicher (4) an die Verknüpfungsgatter (9 bis 14) weitergebenen Signals zu einem bestimmten Impulsmuster kennzeichnet;

— vom Vergleicher (6) werden nur bei Gleichheit der Eingangssignale Freigabesignale an zweite Eingänge sämtlicher Verknüpfungsgatter (9 bis 14) gegeben.

2. Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des ersten Eingangssignals für den Vergleicher (6) ein Frequenzdecoder vorgesehen ist, der aus einem Frequenz-Spannungs-Wandler (8) und einem diesem nachgeschalteten, mehrstufigen, analogen Spannungskomparator (7) besteht.

Die Erfindung betrifft einen digitalen Steuersatz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Steuersatz ist aus der DE-OS 23 23 826 bekannt. Wegen der veränderbaren Impulsmuster ermöglicht er eine Reduzierung der in den ausgangsseitieen Wechselströmen insbesondere im Bereich niedriger Ausgangsfrequenzen enthaltenen Oberwellen des Strornricli ters, an dessen wechselstromseitigen Anschlüssen eine Last, beispielsweise eine Drehfeldmaschine, vorzugsweise ein Asynchronmotor, angeschlossen ist

Der bekannte Steuersatz enthält einen Oszillator, der über eine Impulsformerstufe mit einem Zähler verbunden ist Der Zähler ist seinerseits mit einem Vergleicher und einem Adressenzähler verbunden. Der Adressenzähler ist einerseits mit dem Ausgang eines Analog-Digital-Umsetzers und ferner mit einem Ausgang eines Verknüpfungsnetzwerks verbunden. Der Ausgang des Adressenitählers führt zu einem Speicher und zu einem Zuordner, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Umsetzers verbunden ist. Ein Ausgang des Speichers führt zu dem Vergleicher, dessen Ausgang mit einem Eingang des Verknüpfungsnetzwerkes verbunden ist, ein zweiter Eingang dei Verknüpfungsnetzwerkes ist mit dem Ausgang des Zuordners verbunden; ein dritter Eingang des Verknüpfungsnetzwerkes ist mit einem Ausgang des Speichers verbunden. Das Verknüpfungsnetzwerk beeinflußt über Signalleitungen eine Wechselrichteranordnung, die entweder ein- oder mehrphasig ausgebildet sein kann. Es sind ferner Meßgeräte vorgesehen, die mit den Klemmen des Analog-Digital-Umsetzers verbunden sind.

Bei der bekannten Einrichtung wird jede Halbschwingung der Wechselrichterausgangsspannung in gleiche Winkelschriüe unterteilt, die fortlaufend numeriert sind, so daß ihre Nummer Aufschluß über ihre Position, bezogen auf die Schwingungsperiode, gibt. Der Speicher ist in eine Reihe von Speicherbereichen organisiert wobei jeder Speicherbereich ein bestimmtes Impulsmuster repräsentiert, das einem bestimmten Betriebszustand des gesteuerten Wechselrichters entspricht. Innerhalb eines derartigen Speicherbereiches sind die Zünd- und Löschimpulse für die Thyristoren des Wechselrichters mit derselben Nummer adressiert, unter der sie im Verlauf der Schwingungsperiode auftreten müssen. Das heißt, daß bei Gleichheit von Zählerstand und Adresse ein Zünd- bzw. Löschbefehl aus dem Speicher ausgelesen wird. Die zusätzliche Information, für welchen Thyristor diese Information bestimmt ist und ob es sich dabei um einen Zünd- oder einen Löschbefehl handelt, kann entweder durch andere Schaltungsteile bestimmt werden, oder aber bereits unter derselben Adresse im Speicher abgespeichert sein.

Da im Speicher des bekannten Steuersatzes in jedem

Speicherbereich das vollständige Zünd- und Löschprograinm für ein einem bestimmten Taktverfahren zugeordnetes Impulsmuster abgespeichert ist, kann nicht verhindert werden, daß unter derselben Adressennummer gleiche Zünd- bzw. Löschsignale, wenn auch in verschiedenen Speicherbereichen, mehrfach auftreten.

Ein derartiger Steuersatz hat deshalb einen relativ hohen Speicherbedarf.

Beim Eletrieb einer Drehfeldmaschine an einem Stromrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom machen sich bei niedrigen Ausgangsfrequenzen die im Stromverlauf enthaltenen Stromoberwellen als niederfrequente Momentpulsationen der Drehfeldmaschine besonders unangenehm bemerkbar. Aus der DE-OS 25 31 255 und der DE-AS 22 36 763 sind Verfahren bekannt, bei denen die pro Halbwelle insgesamt 120° el.

langen Stromblöcke auf 180° el. in eine ungerade Anzahl von Stromblöcken unterschiedlicher Länge ifgeteilt werden. Die Länge der einzelnen Teilstrom-

biöcke und ihre Lage innerhalb einer Halbwelle werden

dabei so bestimmt, daß im Motorstrom einige der niederfrequenten Stromoberwellen eliminiert werden.

Durch Erhöhung der Anzahl der Unterteilungen kann erreicht werden, daß bei geeigneter Einstellung der Länge und der Lage der Teilstromblöckr innerhalb einer Halbwelle mehrere Stromoberwellen gleichzeitig eliminiert werden können. Dadurch ist es möglich, die Drehfeldmaschine bis hinab zu niedrigen Drehzahlen ohne störende Momentpulsation zu betreiben. Je niedriger die niedrigste Ausgangsfrequenz des Stromrichters sein soll, desto größer muß die Anzahl der Unterteilungen gewählt werden. Aus schaltungstechnischen Gründen ist allerdings dabei eine in Abhängigkeit von der Ausgangsfrequenz zu ändernde Anzahl der Unterteilungen erforderlich. Damit steigt aber der Aufwand im Steuersatz.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuersatz der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Speicherbedarf mit zunehmender Anzahl von Impulsmustern nur wenig ansteigt und bei dem nur eine geringe Anzahl von zusätzlichen Schaltungskomponenten nötig ist

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuersatz werden die Informationen über die Zündbefehle für sämtliche Thyristoren und Impulsmuster der Reihe nach unter der Adresse im Speicher abgelegt, die dem Winkelschritt entspricht, an dem sie auftreten müssen. Unter jeder Adresse wird außerdem eine Information darüber abgespeichert, zu weichen Impulsmuster dieser Zündimpuls gehört Ein Zündimpuls, der bei mehreren Impulsmustern, bei dem selben Winkelschritt auftreten muß, wird deshalb nur einmal im Speicher gespeichert. Zur Erzeugung der Zündimpulse für die steuerbaren Ventile des selbstgeführten Stromrichters wird eine zyklische Abfrage der Adressen des Speichers durchgeführt, und zwar mit einer Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der Ausgangsfrequenz des selbstgeführten Stromrichters ist Es werden jeweils dann Zündimpulse ίο für eines oder mehrere Ventile des selbstgeführten Stromrichters gebildet, wenn das unter der abgefragten Adresse gespeicherte Wort des Festwertspeichers die Information für die zu zündenden Ventüe und die dem gewünschten Impulsmuster zugeordnete Information enthält.

In der nachfolgenden Beschreibung und anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, das auch eine Ausgestaltung gemäß einem Unteranspruch zeigt

Die Figur zeigt einen Steuersatz 1, der im wesentlichen aus einem Zähler 2 mit acht Adressenausgängen 44, einer Rücksetzeinrichtung 3, einem Speicher 4, einem Decoder 5, einem digitalen Vergleicher 6, vier zu einer Einheit 7 zusammengefaßten analogen Komparatoren, einem Frequenz-Spannungs-Wandler 8, sechs Verknüpfungsgattern 9, 10, U, 12, 13 und 14, sowie sechs Zündimpulsverstärkerstufen 15, 16, 17, 18, 19 und 20 aufgebaut ist

Der Zähler 2 ist als Binärzähler ausgebildet. Einem ersten Eingang des Binärzählers 2 wird über eine Leitung 21 eine Impulsfolge zugeführt Die Ausgänge des Zählers 2 stehen zum einen mit der Rücksetzeinrichtung 3 in Verbindung, deren Ausgang an den Rücksetzeingang des Zählers 2 angeschlossen ist. Zum anderen sind die Ausgänge des Zählers 2 auch mit Eingängen des Speichers 4 verbunden. Der Speicher 4 ist ein Festwertspeicher, in den die Informationen wortweise abgespeichert sind.

Die Speicherwortlänge beträgt hierbei 8 Bit = 1 Byte. Von den acht Ausgängen 22,23,24,25,26,27, 28 und 29 sind sechs mit ersten Eingängen 30,31,32,33,34 und 35 der Verknüpfungsgatter 9, 10, 11, 12, 13 und 14 verbunden. Die verbleibenden beiden Ausgänge 28 und 29 de: Speichers 4 stehen mit dem Decoder 5 in Verbindung. Dieser ist über vier Zuführungen 36,37,38 und 39 an den digitalen Vergleicher 6 angeschlossen. Über weitere vier Leitungen 40, 41, 42, 43 werden dem digitalen Vergleicher 6 die Ausgangssignale eines Frequenzdecoders zugeführt. Dieser Frequenzdecoder wird gebildet durch den Frequenz-Spannungs-Wandler 8 und die vier analogen Komparatoren 7, deren Eingänge 71, 72, 73, 74 mit dem Ausgang des Frequenz-Spannungs-Wandlers 8 verbunden sind.

Jeder Ausgang der Verknüpfungsgatter 9, 10, 11,12, 13 und 14 ist mit je einer Zündimpulsverstärkerstufe 15, 16, 17, 18, 19 und 20 verbunden. Diese verbinden den Steuersatz 1 mit den Thyristoren 66,61,62,63,64 und 65 eines selbstgeführten Stromrichters 70. Es handelt sich dabei um einen dreiphasigen Stromrichter mit Phasenfolgelöschung, der von einem eingeprägtem Gleichstrom Id gespeist wird. Über seine ausgangsseitigen Wechselstromanschlüsse wird eine Last, insbesondere ein Asynchronmotor 90, gespeist. Dieser Stromrichter ist u. a. aus der Zeitschrift »ETZ-A«, Bd. 97 (1976), H. 2, Seite 84 ff. bekannt

Die Wirkungsweise des Steuersatzes wird nachfolgend anhand eines Beispiels beschrieben.

Über die Leitung 21 wird jeweils an den Eingang des Zählers 2 und des Frequenz-Spannungs- Wandlers 8 eine Impulsfolge geleitet deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Ausgangsfrequenz des Stromrichters 70 ist.

In den Zähler 2 wird während einer Periode von 360³ el. eine festgelegte Anzahl η von Impulsen eingezählt. Über die Rücksetzeinrichtung 3 wird nach jeweils η Impulsen der Zähler 2 zurückgesetzt. Der Zähler 2 ist über acht Adressenleitungen 44 mit dem Speicher 4 verbunden. Dieser weist acht Adresseneingänge auf, das bedeutet daß innerhalb des Speichers 2⁸=-256 verschiedene Adressen angesprochen werden können.

Jeder der benutzten Zählerstände des Zählers 2 steuert eine Adresse des Speichers 4 an. Die Adressen im Speicher 4 müssen nicht fortlaufend numeriert sein; Zahlen, unter denen kein Zündimpuls gespeichert ist, werden ausgelassen.

Von den 256 anzusprechenden Adressen des Festwertspeichers wird bei einem bestimmten Impulsmuster bzw. Taktverfahren jeweils nur ein Teil während einer Periode von 360° el. benutzt. Die Anzahl hängt davon ab, welche Maschine durch den Stromrichter 70 gesteuert wird. bez. weiche Frequenzerfassung, Frequenzverfielfachung oder -teilung vorgesehen ist.

Beispielsweise werden bei der Steuerung einer achi poligen Maschine 240 Impulse während einer Periode von 360° el. eingezählt, während es bei einer vierpoligen Maschine vorzugsweise 180 Impulse sind. Auf jeden Fall ist die in den Binärzähler 2 einzuzählende Anzahl von Impulsen je Periode den jeweiligen Gegebenenheiten anzupassen.

Wie bereits erwähnt, wird durch den im Zähler 2 anstehenden Zählerstand eine Adresse im Speicher 4 angesprochen und das unter dieser Adresse abgespeicherte Wort an die acht Ausgänge 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 und 29 durchgeschaltet.

Die sechs ersten Bit eines jeden Wortes enthalten die Information, welcher Thyristor bzw. welche Ventilgruppe des Stromrichters 70 gerade anzusteuern ist.

Die letzten beiden Bit eines jeden Speicherwortes können zur Information über das Taktverfahren benutzt werden. Diese beiden Bit können insgesamt vier verschiedene Z stände anzeigen. Sollen mehr als vier verschiedene Zustände bezüglich des Taktverfahrens gespeichert werden, so ist die Verwendung eines Speichers mit größerer Wortlänge, eine andere Codierung der Information im Speicher oder der Parallelbetrieb von mehreren Speichern erforderlich.

Über die Leitung 21 wird auch dem Eingang des Frequenz-Spannungs-Wandlers 8 die am Eingang des Zählers 2 anstehende Impulsfolge zugeführt. In dem Frequenz-Spannungs-Wandler 8 wird diese Impulsfolge in eine analoge Spannung umgesetzt, die um so höher ist, je höher die Frequenz der Impulsfolge bzw. die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 70 wird. Die vier zu der Einheit 7 zusammengefaßten analogen Komparatoren wandeln diese Spannung in OL-Signale , d. h. Binärsignale um, wobei diese Binärsignale jeweils einen bestimmten Frequenzbereich kennzeichnen.

Die von der Einheit 7 kommenden Signale werden in dem digitalen Vergleicher 6 mit den vier von dem Decoder 5 kommenden Signalen verglichen. Stimmen diese Signale überein, so herrscht Übereinstimmung zwischen Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 70 und Taktverfahren, d. h. das einem bestimmten Frequenzbereich zugeordnete Taktverfahren bzw. der zu einem Taktverfahren gehörende Frequenzbereich liegt vor.

Stimmen die in dem Vergleicher 6 miteinander verglichenen Ausgangssignale der Einheit 7 und des Decoders 5 überein, so erscheint an seinem Ausgang und an zweiten Eingängen 51, 52, 53, 54, 55 und 56 der Verknüpfungsgatter 9, 10, 11, 12, 13, 14 und 15 ein Freigabesignal, bei Nichtübereinstimmung kein Signal. Liegt an einem oder mehreren ersten Eingängen 30.31. 32,33,34 und 35 ebenfalls ein Signal an, so wird die dem jeweiligen Gatter nachgeschaltete Zündimpulsverstärkerstufe 15, 16, 17, 18, 19 bzw. 20 angesteuert und der mit ihr verbundene Thyristor 61, 62, 63, 64, 65, 66 gezündet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Digitaler Steuersatz für einen selbstgeführten, nach veränderbaren Impulsmustern tastverhältnisgesteuerten Stromrichter mit folgenden Merkmalen:

— ein Adressenzähler bildet aus einer an seinem Eingang anliegenden Impulsfolge, deren Frequenz einem ganzzahligen Vielfachen der Ausgangsfrequenz des Stromrichters entspricht, Adressen für einen Speicher;

— im Speicher sind die für verschiedene Impulsmuster einmal berechneten Zusammenhänge zwischen dem Zählerstand und den Zündimpulsen fest eingespeichert;

— ein Vergleicher vergleicht im Speicher gespeicherte Informationen, die den Zündimpulsen jeweils angeordnet sind, mit einem im Steuersatz gebildeten Signal und gibt bei Koinzidenz ein Freigabesignal ab;

— ein Verknüpfungsnetzwerk gibt in Abhängigkeit vom Freigabesignal des Vergleichers die Ausgangssignale des Speichers für die Zündimpulse frei;