DE1263920B - Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Kreisstromes bei Stromrichter-Umkehrschaltungen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Kreisstromes bei Stromrichter-Umkehrschaltungen Die Erfindung betrifft die Regelung des Kreisstromes in Stromrichter-Umkehrschaltungen.
• Es sind bereits Schaltungen bekannt, durch die der Kreisstrom auf einen konstanten Wert geregelt oder begrenzt wird. Solche Schaltungen verhindern zwar ein Anwachsen des Kreisstromes auf einen unzulässig hohen Wert, sie lassen aber die Möglichkeit zu, daß der Kreisstrom auch bei Nennstrom in seiner vollen Größe fließt und die Stromrichter zusätzlich belastet, so daß die Stromrichter größer ausgelegt werden müssen als es an sich erforderlich wäre. Außerdem wird dem speisenden Netz durch den Kreisstrom zusätzlich Blindleistung entnommen.
• Weiterhin wurden Schaltungen bekannt, die jeweils nur eine der beiden Stromrichtergruppen freigeben, während die zweite Gruppe der jeweiligen Gegenrichtung gesperrt bleibt. Hierdurch wird das Auftreten eines Kreisstromes unterbunden. Eine solche Schaltung ist jedoch in Fällen, in denen ein exakter Stromnulldurchgang oder eine definierte Stromregelung bei kleinen Strömen erforderlich ist, wie z. B. bei der indirekten Zugregelung von Wicklern mit großem Regelbereich, unvorteilhaft, da bei kleinen Strömen infolge der endlichen Glättungsinduktivität lückender Betrieb einsetzt, womit eine untragbar kleine Kreisverstärkung des Stromregelkreises verbunden ist.
• Zur Erläuterung hierfür zeigt F i g. 1 den bekannten Verlauf des Stromes bei einer Stromregelung mit einer kreisstromfreien Stromrichterschaltung, wobei der Stromistwert JM über der Soll-Istwert-Differenz UE 1 bzw. für die Gegenrichtung UE, aufgetragen ist. Die positiven Werte des Stromes JM sind mit JI, die negativen Werte mit JII bezeichnet.
• Von besonderem Nachteil ist bei einer solchen Schaltung die Strompause beim Umschalten von einer Stromrichtergruppe zur andren, vgl. hierzu F i g. 2. In diesen beiden Darstellungen ist der zeitliche Verlauf des Stromes JM bei Umkehr des Stromsollwertes US aufgezeichnet. Die im Stromnulldurchgang auftretende Lücke ist durch die kleine Kreisverstärkung bei kleinen Strömen zu erklären. Ein solcher Verlauf ist nach dem vorher Gesagten unerwünscht.
• Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kreisstromregelung zu schaffen, die die Stromrichter bei großen Strömen vom Kreisstrom entlastet, bei kleinen Strömen aber den Kreisstrom in Abhängigkeit vom Hauptstrom auf einen Wert bringt, der die Vermeidung des lückenden Betriebes gewährleistet.
• Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird dementsprechend der Kreisstrom in Abhängigkeit vom Hauptstrom derart geregelt, daß der Kreisstrom beim Hauptstromwert Null ein Maximum hat und mit zunehmendem Hauptstrom kontinuierlich ab= nimmt.
• Es ist zwar auch schon ein Steuerverfahren für Stromrichterumkehrschaltungen bekannt, bei dem der Kreisstrom so geregelt wird, daß er beim Hauptstromwert Null, also im Bereich des Überganges vom Gleichrichter- auf Wechselrichterbetrieb, einen bestimmten zulässigen Wert hat, während außerhalb dieses Bereiches ein kreisstromfreier Betrieb durchgeführt wird. Dieses Verfahren setzt das Vorhandensein einer Saugschaltung voraus. Bei kleinen Belastungsströmen wird der Kreisstrom auf den Wert des Magnetisierungsstromes der Saugdrossel gebracht. Bei größeren Belastungsströmen wird ein kreisstromfreier Betrieb durch Sperrung der jeweiligen Gegenrichtung erzwungen. Da der Magnutisierungsstrom der Saugdrossel wesentlich unter dem Wert liegt, bei dem infolge der endlichen Induktivität der Glättungsdrossel im Ankerkreis der lückende Betrieb in den nicht lückenden Betrieb übergeht, ist auch bei dieser bekannten Schaltung ein Bereich vorhanden, in welchem der stromgeregelte Antrieb die oben beschriebenen Nachteile aufweist, die bei kontinuierlicher Regelung des Kreisstromes gemäß der Erfindung vermieden werden.
• Zur weiteren Erläuterung ist nachstehend an Hand von F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung zur Regelung des Kreisstromes nach diesem Verfahren für eine Motorstromregelung beschrieben.
• Bei Vorgabe eines Motorstrom-Sollwertes US und Vergleich mit dem Motorstrom-Istwert Ut liefert der hier als Sollwertgeber 1 vorgesehene Stromregler, der von der Eingangsspannung UE als Differenz von Us und Ui gesteuert wird, eine Ausgangsspannung UA. Diese kann je nach Vorgabe der Polarität des Sollwertes Us positiv oder negativ sein. Durch einen Spannungsteiler, bestehend aus der Reihenschaltung zweier gleicher Widerstände 2 -und diesen parallelgeschalteten Gruppen aus je einem Widerstand r3 und einer Diode n3 - wobei der Wert des Widerstandes r3 kleiner ist als der des Widerstandes 2 -werden zwei Spannungen Ui s und U2 s (bei positiver Ausgangsspannung UA) bzw. Uis und U2s (bei negativer Ausgangsspannung UA) gebildet. Durch eine an einen Widerstand 4 angelegte Zusatzspannung Uz indem gemeinsamen Pfad des Stromregelkreises für die beiden Stromrichtersysteme I und 1I wird aus den Spannungen Ui s und Uz ein Stromsollwert gebildet, der der Spannung Uli entgegengeschaltet ist, die als Istmaß für den Systemstrom JI dient: Diese Soll-Istwert-Differenz UE 1 steuert über den Stromregler 5 und den Steuersatz 7 das Stromrichtersystem I mit den Gefäßen 8, 9 und 10. Gleichzeitig wird die Spannung U2 S der Zusatzspannung UZ entgegengeschaltet und die Differenzspannung UZ - U2 s mit der Spannung U2 i -als Istmaß für den Systemstrom JI, verglichen. Die sich dabei ergebende Soll-Istwert-Differenz UE 2 steuert über einen Stromregler 6 und den Steuersatz 7 das Stromrichtersystem II mit den Gefäßen 11,12,13.
• Der Strom JI wird von dem Stromwandler 14 und der Strom JII von dem Stromwandler 15 gemessen. Die Induktivitäten 16,17 dienen zur Glättung des Gleichstromes für beide Richtungen und begrenzen gleichzeitig den zeitlichen Verlauf des Kreisstromes. 18 ist der Motor, 19 der Stromwandler für den Motorstrom. 20 ist die Sekundärwicklung des speisenden Stromrichtertransformators.
• Die für negative Motorströme geltenden Strom-und Spannungspfeile sind gestrichelt gezeichnet, und die zugehörigen Potentiale sind in Klammern gesetzt.
• Den Verlauf der Spannungen U, s und U2 s bzw. Uis und U2s in Abhängigkeit der Eingangsspannung UE des Sollwertgebers 1 zeigt F i g. 4. Die Spannung U1 s nimmt bei Aussteuerung des Sollwertgebers 1 mit positiver Eingangsspannung -I- UE einen bestimmten positiven Wert U, s an. Bei negativer Aussteuerung mit - UE steigt die Spannung nur auf den wesentlich kleineren negativen Wert Uls an.
• F i g. 5 zeigt den Verlauf des Motorstromes JM sowie der Systemströme JI und JII über der Eingangsspannung UE. Ein Vergleich der Darstellungen von F i g. 5 und F i g. 1 läßt ohne weiteres erkennen, daß der Verlauf des Motorstromes JM, der ohne die Erfindung erhebliche Änderungen seiner Steigung aufweist, nunmehr auf Grund der Erfindung eine konstante Steigung besitzt. Dies wirkt sich dahin aus, daß die Stromregelgenauigkeit wesentlich verbessert wird, und daß die Umsteuerzeit des Stromes außerordentlich kurz ist. F- i. g. 6 zeigt gleichfalls die in jedem Augenblick äußerst genaue übereinstimmung des Motorstromes mit dem Sollwert. Als weiteren Vorteil läßt F i g. 5 erkennen, daß durch entsprechende Dimensionierung der Schaltungselemente die Systemströme JI und JII nicht über den Betrag des Nennstromes JN ansteigen können. Bei positivem Motorstrom JM ist der Kreisstrom durch den Verlauf von JII bestimmt, während JI die Summe aus Kreisstrom und Motorstrom darstellt.
• Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung sind nicht auf die hier beispielsweise beschriebenen Einzelheiten beschränkt.
• So ist es insbesondere möglich; statt einer Stromregelung auch eine Spannungsregelung oder eine Drehzahlregelung des Motors 18 über einen Tachometerdynamo nach dem der Erfindung zugrunde liegenden: Verfahren vorzusehen.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Regelung des Kreisstromes bei Stromrichter-Umkehrschaltungen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Kreisstrom in Abhängigkeit vom Hauptstrom derart geregelt wird, daß der Kreisstrom beim Hauptstromwert Null ein Maximum hat und mit zunehmendem Hauptstrom kontinuierlich abnimmt.
2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung zweier Regler für je eine Stromrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Regler (5, 6) durch einen Sollwertgeber (1) mit zwei Ausgängen mittels zweier Ausgangsspannungen (U1 s, U2 s) und einer Zusatzspannung (Uz) steuerbar sind, wobei der eine Ausgang eine größere Spannung (U, s) liefert, die in Reihe mit der Zusatzspannung (Uz) liegt und den Sollwert des Stromes der Hauptrichtung darstellt, während der andere Ausgang eine kleinere Spannung (U2 s) liefert, die der Zusatzspannung (UZ) entgegengeschaltet ist, derart, daß die Differenz (Uz - U2s) den Sollwert des Stromes in der Nebenrichtung, d. h. des Kreisstromes, darstellt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den beiden Ausgängen des Sollwertgebers (1) jeweils eine aus einer Diode (n3) und einem niederohmigen Widerstand (r3) bestehende Reihenschaltung angeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelverstärker mit symmetrischem Gegentaktausgang als Sollwertgeber (1) verwendet ist, der eine überlagerte Hauptstrom-, Spannungs- oder Drehzahlregelung übernimmt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1127 461.