DE2355857A1

DE2355857A1 - Steuersatz fuer einen stromrichter

Info

Publication number: DE2355857A1
Application number: DE19732355857
Authority: DE
Inventors: Laszlo Gyugyi; Bryan R Pelly; Eric J Stacey
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1972-11-22
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2213617B1; CH564283A5; JPS4982929A; JPS5318686B2; US3818315A; FR2213617A1; ATA975073A; AT329154B; GB1451223A

Description

Westinghou.se Electric Corporation Erlangen,

Pittsburgh Pa. USA - - ' Werner-yqn-Siemens-^Str^O

Mein Zeichen:

VPA 72/8358 Kna/Hln

Steuersatz für einen Stromrichter

Es wird die Priorität der US-Patentanmeldung Serial No. 308 vom 22.11.1972 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft einen Steuersatz für einen Stromrichter mit einem Integrator, an dessen Eingang eine Bezugsspannung liegt, und mit einem Tergleicher, dessen Eingang die Integratorausgangsspannung und die integrierte Stromrichterausgangsspannung zugeführt sind, der Zündimpulse in Abhängigkeit vom Ausgang des Yergleichers erzeugt und den Stromrichterventilen des Stromrichters zuführt, so daß eine Ausgangsspannung entsteht, deren Kurvenform der Bezugsspannung und deren Amplitude im wesentlichen der der Stromrichtereingangsspannung entspricht.

Steuersätze, die integrierende Elemente zur Regelung der Zündimpüise für einen Stromrichter verwenden, haben sich als vorteilhaft erwiesen. In diesen Steuereinrichtungen werden eine integrierte Bezugsspannung und die integrierte Stromrichterausgangsspannung miteinander verglichen, um den geeigneten Zündzeitpunkt zu ermitteln. Steuereinrichtungen dieser Art sind von B.R.Pelly in dem Buch: "Thyristor Phase-Controlled Converters and Cycloconvertera", veröffentlicht 1971 durch John Wiley and Sons Inc., auf den Seiten 244 bis 245 und

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in den USA-Patentschriften 3 585 485 und 3 585 486 beschrieben.

Es hat sich inzwischen gezeigt, daß es bei phasenanschnittgesteuerten Stromrichtern.und Umrichtern wünschenswert ist, eine Schaltungseinrichtung zu schaffen, die man als Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches bezeichnen kann. Der Grund hierfür ist, daß der Steuersatz, der-normalerweise die Zündimpulse erzeugt, bei manchen Betriebsbedingungen Ztindimpulse erzeugen kann, die in einem Winkelbereich außer-' halb des Betriebsbereiches von 0 bis 180° liegen, der für den ordnungsgemäßen Betrieb" der" Stromrichterventile (z.B. Thyristoren) in"den Stromrichtern eingehalten werden muß. In dem oben erwähnten Buch von B.E. Pelly werden auf den Seiten 259 bis 271 verschiedene Methoden beschrieben, mit denen man Impulse zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches ableiten kann. Dort sind aus reinen Anschaulichkeitsgründen Anwendungsbe—. reiche zur Verwendung von Zündimpulsen zur Begrenzung des Zündwinkel b er ei ehe s in Steuersätzen angegeben. Eine Anwendung solcher Impulse in praktisch realisierten Systemen mit integrierender Regelung der Zündimpulse ist dort jedoch nicht aufgezeigt. Solche Steuersätze mit integrierender Regelung der Zündimpulse besitzen charakteristische Eigenschaften, die eine Anwendung von Steuereinrichtungen zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches nach dem bekannten Stand der Technik nicht ermöglichen. Diese besonderen Betriebscharakteriatiken resultieren aus Eigenheiten des Systems insbesondere aus Schwankungen der. Bezugsspannung. Dies wird in einem späteren Teil dieser Beschreibung noch ausführlicher dargestellt.

Es b«8teht die Aufgabe, für einen Steuersatz der eingangs genannten Art eine Möglichkeit zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches zu finden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuersatz eine Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zünd— Winkelbereiches enthält, die Schaltelemente zur Erzeugung von periodischen, von der Bezugsspannung unabhängigen Zünd-

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impulsen aufweist, und daß diese Steuereinrichtung so in den Steuersatz geschaltet ist, daß ihre Impulse den Stromrichterventilen zugeführt werden. Durch die Erzeugung von periodischen Zündimpulsen, unabhängig von der Bezugsspannung, und ihre Zuführung an die Stromrichterventile, wurde eine Lösung der Aufgabe gefunden, die auch dann noch einen ordnungsgemäßen Betrieb des Stromrichters erlaubt, wenn die Bezugsspannung außerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereiches liegt, was insbesondere bei Einschwing- und Schaltvorgängen der Fall sein kann. Somit ist auch bei extremen Schwankungen der Bezugsspannung eine Betriebsstörung des Stromrichters verhindert, indem eine Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches in vorgegebenen Zeitabständen sowohl in· positiver als auch in negativer Richtung Zündimpulse zur Begrenzung der maximal möglichen Zünddauer abgibt, die denen des normalerweise arbeitenden Steuersatzes überlagert sind. Diese überlagerten Zündimpulse garantieren, daß auch bei zu frühen oder zu späten Zündimpulsendes Steuersatzes aufgrund außerhalb des üblichen Betriebsbereiches liegender Bezugsspannung auf jeden Fall der Stromrichter innerhalb des möglichen Zündbereiches gezündet wird.

Vorzugsweise werden die Ausgangsimpulse der Steuereinheit zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches dem Eingang des Vergleichers zugeführt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die üblicherweise verwendete Einheit zur Erzeugung der Zündimpulse im Anschluß an den Vergleicher beibehalten werden, da. der Ausgang des·Vergleichers jetzt auch bei abliegender Bezugsspannung aufgrund der Impulse an seinem Eingang dem Anstoß zur Erzeugung von Zündimpulsen für die Stromrichterventile gibt.

Die Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches kann für jedes Stromrichterventil je einen Transformator aufweite en, dessen Sekundärwicklung in Reihe in den jeweiligen Schaltkreis zur Erzeugung der Zündimpulse für das betreffende Stromrichterventil geschaltet ist. Es können jeweils" Schaltelemente vorgesehen sein, die an die verschiedenen Primär-

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wicklungen der Transformatoren periodische a"ber phasenverschoben Rechteekspannungen führen, durch die die Transformatoren in die Sättigung getrieben und eine Reihenfolge abwechselnd positiver und negativer Impulse in deren Sekundärwicklungen induziert wird. Diese Impulse können dem Eingang des Vergleichers zugeführt sein.. Dieser Einbau der Transformatoren stellt eine besonders vorteilhafte Lösung der Einschaltung der Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches in den Steuersatz dar.

Vorteilhafterweise wird die Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches je einen Integrator für jede Ventilgruppe des Stromrichters aufweisen, deren Eingängen die Stromrichtereingangsspannung zugeführt ist. Die Ausgangspannung jedes Integrators wird vorteilhafterweise über Widerstände je einem Nulldetektor zugeführt sein, dem ein zweites Eingangssignal vom Ausgang eines anderen Nulldetektors zugeführt ist, und der Ausgang jedes Uulldetektors wird mit der Primärwicklung des jeweiligen Transformators verbunden sein.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Fig. bis, 13 erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Skizze einer Phase eines Umrichters, in dem die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann.

Fig. 2 eine schematische Skizze des Steuersatzes mit integrierender Regelung aus der S¹Xg. 1, der zum Verständnis der vorliegenden Aufgabe beitragen soll.

Pig. 3 bis 6 Zusammenstellungen von Kurvenformen, die den zeitlichen Zusammenhang einzelner Ereignisse unter verschiedenen Betriebsbedingungen ohne Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches darstellen.

Pig. 7 bis 9 Zusammenstellungen von Kurvenformen, die die zeitlichen Beziehungen von Ereignissen darstellen unter Anwendung einer Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 eine schematische Skizze eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 eine Zusammenstellung von Kurvenformen, die das Auf-

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treten von Impulsen zur Begrenzung des Zündwinkelbe— reich.es in einem System darstellen, das der Pig. IO entspricht.

Fig. 12 eine detailliertere Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches gemäß der vorliegenden Erfindung.

Pig. 13 eine Zusammenstellung von Kurvenformen, die die Wirkungsweise der Schaltung in Fig. 12 erläutern.

Vor der ausführlichen Beschreibung der einzelnen Figuren sowie der Hilfsmittel und Methoden zur Erzielung einer Begrenzung des Zündwinkelbereiches in Übereinstimmung mit dieser Erfindung, sollen zunächst Gegebenheiten besehrieben werden, die besondere Behandlung in Steuersätzen mit integrierender Regelung der Zündimpulse erfordern.

Pig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Umrichtersystems, bei dem ein Steuersatz mit integrierender Regelung der Zündimpulse verwendet ist, lediglich um die Umgehungsbedingungen für die vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung anzudeuten. Dieses System wird manchmal auch als Umrichter mit variabler Drehzahl bei konstanter Ausgangsfrequenz bezeichnet, und es ist besonders gut für Anwendungsfälle in Plugzeugen angepaßt. Die Skizze in Pig. 1 ist selbstverständlich lediglich als Beispiel gedacht. Im allgemeinen kann eine Ausgangsspannung beliebiger Phasenzahl erzeugt werden. Die Bezugsspannung kann ebenfalls eine Wechselspannung weitgehend beliebiger Kurvenform oder Frequenz oder sogar eine Gleichspannung sein und der Bcequenzbereich des We/Chselspannungsgenerators am Eingang kann ebenfalls relativ weit sehwanken. Die einzelnen Blöcke stellen folgende Elemente dar. Ein sechsphasiger Generator 1 veriabler Drehzahl, der beispielsweise eine Frequenz von 1200 - 24-00 Hz abgibt, liefert die Versorgungsspannung für den Umrichter 5. Dem Steuersatz 3 ist eine Bezugs Spannungsquelle 2 vorgegeben, die beispielsweise dreiphasig sein kann und eine Spannung von 400 Hz in Sinusform darstellt. Bezugsspannung und Stroarichtereingangsspannung

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werden dem Steuersatz 3 mit integrierendem Regler zugeführt. Der Ausgang des Steuersatzes 3 ist mit den Zündimpulskreiaen 4 verbunden. Die Zündimpulse werden dem Umrichter 5 zu- . geführt. Dieser Umrichter erzeugt durch die Phasenanschnittsteuerung seiner Schaltelemente aus der Generatorspannung 1 über einen Filter 6 eine Ausgangsspannung 8, die in diesem Beispiel eine dreiphasige Wechselspannung von 400 Hz entsprechend der Bezugs spannung ist. Bin Gruppenanwähler 7 verbindet den Ausgang des Umrichters mit den Zündimpulskreiaen, zur Anwahl der entsprechenden Schaltelemente des Umrichters. Ohne im einzelnen auf die Funktionsweise der Elemente einzugehen» soll hier betont werden, daß das System im wesentlichen einen Leistungsverstärker darstellt, der alle Elemente des mit der strichpunktierten Linie 10 umschlossenen Bereiches enthält, und daß dieser Verstärker die Kurvenform der sinusförmigen Bezugsspannung von relativ geringem Spannungsniveau aufgrund der Funktion des Steuersatzes mit integrierender Regelung und dem Umrichterleistungsschaltkreis am Ausgang verstärkt reproduziert.

Wird die Eingangsbezugsspannung bis zu einem Punkt erhöht, bei dem das Verstarkungssystem 10 nahe an oder bis in die Sättigung getrieben wird, dann tendiert der Zündimpulssteuersatz dazu, Impulse zu Zeitpunkten zu erzeugen, die in einer Störung des I»eistungskreises resultieren, unter extremen Bedingungen kann sogar der Fall auftraten, daß überhaupt keine Zündimpulse erzeugt werden. Diese Bedingungen können nicht auftreten, wenn das System innerhalb der normalen, vorgesehenen Betriebsbereiche arbeitet, aber sie können bei abnormalen tibergangs- oder Einschwingbedingungen auftreten. Aus diesem Grunde ist es insbesondere bei Steuersystemen mit integrierender Eegelung wünschenswert, eine Einrichtung zur Begrenzung des Ziindwink41bereieh.es vorzusehen, deren Funktion es ist, automatisch die Regelung der Zündimpulse für den Fall zu übernehmen, in dem die Steuerung mit integrierender Eegelung außerhalb ihres normalen Betriebsbereiches gerät. Die Gegebenheiten bei Steuersätzen mit integrierender Regelung erfordern im Gegensatz zu anderen konventionellen Systemen die Ent-

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wicklung von, neuen Prinzipien zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches.

Pur Jeden Thyristor im Stromrichter gibt es eine Zeitspanne
von etwas weniger als 180°, während der dieser spezielle Thyristor innerhalb jedes Zyklus gezündet werden muß, um ordnungsgemäßen Betrieb des Systems zu gewährleisten. Solange, wie die
relative Bezugs spannung nicht den normalen Be.tr iebsber eich überschreitet, wird die Steuerung mit integrierender Regelung immer den Zündzeitpunkt innerhalb des geforderten Bereiches von 0 bis etwas "weniger als 180° einhalten. D.ie G-rundfunktiQn der Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches ist es, sicherzustellen, daß auch für den Pail, daß der Steuersatz mit integrierender Regelung keinen Zündimpuls innerhalb des geforderten Bereiches abgibt, ein Impuls innerhalb dieses Betriebsbereiches
erzeugt wird, der den Betrieb aufrechterhält. Das bedeutet, daß
durch die Erfindung ein ausreichender Betrieb auch während
transienter Betriebsperioden, d.h. bei Übergangs- und Einschwingvorgängen, ermöglicht. Die Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches ist jedoch zusätzlich zu dem Steuersatz mit integrierender Regelung notwendig. Sie kann diesen Steuersatz
nicht ersetzen.

Wenn der Steuersatz mit integrierender Regelung versucht, einen Zündimpuls zu früh abzugeben, wird die überlagerte Einrichtung
zur Begrenzung des Zündwinkalbereiches die Erzeugung des Impulses bis zum natürlichen Kommutierungspunkt verhindern, oder bis zu .einem anderen passenden Augenblick danach. Wenn der Steuersatz mit integrierender Regelung auf der anderen Seite keinen
Impuls bis zu dem letztmöglichen Zeitpunkt für eine sichere
Kommutierung (Wechselrichtertrittgrenze) erzeugt, wird die Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelberexches zu diesem Zeitpunkt die Erzeugung eines Impulses anstoßen.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte schematische Skizze der grundsätzlichen Schaltung eines Steuersatzes mit integrierender Regelung. In diesem Steuersatz ist zunächst ein Integrator 31 vorgesehen, dessen Eingang die Differenz' aus Bezugs spannung "ff-o

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minus der ungefilterten S tromri cliterausgangsspannung U^ .j _zuge_ führt ist. Der Ausgang dieses Integrators wird einem Vergleiche? oder !iulldetektor zugeführt, dem gleichzeitig die integrierte Stromrichterausgangsspannung U^ oder zumindest das Integral eines Teils der Stromricliterausgangsspannung zugeführt ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 32 ist einem Singzähler 33 zugeführt, dessen Ausgänge zur Erzeugung der Zündimpulse den Zündimpulsschaltkreisen zugeführt sind. Ohne näher auf die einzelnen Punktionen dieser Schaltelemente einzugehen, sei hier noch einmal betont, daß dieser Steuersatz im wesentlichen verstärkende Elemente enthält.

Zu Beginn der Erläuterung der einzelnen Kurvendarstellungen der Fig. 3 bis 9 sei hier allgemein erklärt, was in diesen Kurven gezeigt ist. Zunächst stellen alle Kurven Spannungswerte dar, die über der Zeit aufgetragen sind. Die Kurven A bedeuten dabei jeweils den Kurvenverlauf der Stromrichterausgangsspannung U.. Die Kurven B stellen den dazugehörigen Kurvenverlauf der Auegangsspannung des Integrators 31 dar, wobei in allen Fällen als Bezugs spannung Ujggji eine Gleichspannung gewählt ist. Mit E ist eine Darstellung des tatsächlichen Zündzeitpunktea in Form von Pfeilen zu sehen. Für den Einsatz der Steuereinheit, zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches ist in den Fig. 7 bis 9 zusätzlich die Kurvenform der Impulse zur Begrenzung des ZündwinkelTDereiches TT-g in Kurve C und die tatsächliche Singangsspannung U™»· am Eingang des Nulldetektors 32 in Kurve D gezeigt.

Zunächst sei die Betriebsweise betrachtet, bei der die Bezugsspannung innerhalb des vorgeschriebenen Betriebsbereiches liegt, und eine positive Spannung, wie in der Kurvenform der Pig. 3 gezeigt, anfordert. In Fig. 3 ist angenommen, daß die Bezugsspannung exakt 100 $ ihres möglichen Maximalwertes erreicht hat. Die Bezugsspannung ist als eine Gleichspannung dargestellt, obgleich sie in den interessierenden Systemen meist eine Wechselspannung ist. Dort gelten jedoch dieselben Bedingungen wie im folgenden erläutert. Zur Erläuterung der Kurvenform ist ebenfalls angenommen, daß die Kommutierung des Stromes von

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einer Phase auf die nächste sofort und ohne Zeitverlust stattfindet. Weiterhin ist in Fig. 3 angenommen, daß aufgrund der Referenzspannung ^wf von exakt 100 i> der Ausgang des Steuersatzes mit integrierender Regelung Zündimpulse bei einem Zündwinkel Ton exakt 0°, d.h. im natürlichen Kommutierungspunkt der Stromrichterventile j abgibt. ITnter der Kurve B sind die Zündzeitpunkte durch Pfeile angegeben. Sie fallen jeweils mit dem Zeitpunkt zusammen, bei dem die Ausgangsspannung des Integrators anfängt, positiver zu werden.

Zum Unterschied hierzu zeigt Fig. 4 das Auftreten eines Ereignisses, bei dem die Bezugs spannung Uwe, ©inen Wert größer als 100 %> des maximalen positiven Wertes annimmt, wie es durch den kleinen Schritt in der Bezugsspannung der Kurve A dargestellt ist, wobei auch in diesem Falle keine Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches vorhanden ist. Die Auswirkung der Zunahme in dem Bezugsspannungsniveau über den positiven Maximalwert wird anfänglich darin liegen, den Zündzeitpunkt vor den natürlichen Kommutierungspunkt zu schieben. TTnter der Annahme, daß der Thyristorzündimpuls breit ist, wird die Stromriehterausgangsspannung anfänglich dadurch nicht gestört. Der Ausgang des Integrators wird jedoch mit zunehmend stärkerer Torverlagerung des Zündzeitpunktes aufgrund von Sättigungseffekten durch die überwiegende Bezugsspannung immer kleiners positive Spitzen erreichen, und er wird schließlich permanent Ms zur negativen Sättigung abwandern, wodurch keine Zündimpulse mehr erzeugt werden.

Fig. 5 zeigt den Betrieb eines Steuersatzes mit integrierender Regelung, bei dem die Bezugsspannung ihren negativen Maximalwert eingenommen hat. Hier werden Zündimpulse erzeugt, die in der vorgeschriebenen Reihenfolge auftreten.

Abschließend soll noch der Fall betrachtet werden,, bei dem die Bezugsspannung über ihren negativen Maximalwert hinaus ansteigt} ohne daß eine Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches vorgesehen ist. Es hat sich erwiesen_s daß bei einer sechspulsigen Schalter der kritische negative Maximalwert der Be-

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zugsspannung, über den hinaus eine Steuerung mit integrierender Regelung' nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren; kann, 98,45 fi des positiven Maximalwertes ist. Dies bedeutet für das System jedoch keinerlei pp*ktische Einschränkungen, da sowieso ein Betrieb bei niedrigeren negativen Maximalwerten al3 dem kritischen Wert der Bezugsspannung vorgesehen werden muß.,, tun Kommutierungsfehler im Leistungskreis zu vermeiden.

Pig. 6 zeigt die Änderung der Betriebsbedingungen, die auftritt, wenn ein geringer Zuwachs in der negativen Bezugsspannung über den Maximalwert hinaus auftritt. Aus der Kurvenform B der Pig.6 kann ersehen werden, daß der Integratorausgang kontinuierlich in der positiven Richtung nach, dem Wechsel der Bezugsspannung ansteigt, und daß keine weiteren Zündimpulse mehr erzeugt werden. Der letzte erzeugte Zündimpuls ist durch den Pfeil unter der Kurve B in Pig. 6 angezeigt.

Ein Gedanke,der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist der, daß ein positiver Impuls zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches vorgeselien ist, der die resultierende Spannung an dem Eingang des Nulldetektors des Steuersatzes in die positive Richtung zieht. Wenn dieser überlagerte Impuls weggenommen wird, wird die Spannung am Fulldetektoreingang notwendigerweise in die negative Richtung abfallen. Dies erzeugt einen künstlichen Spannungswechsel am Eingang des Nulldetektors in dem Augenblick der Wegnahme des Impulses zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches und in diesem Augenblick wird ein Zündimpuls genauso wie bei einem natürlichen Spannungswechsel erzeugt.

Die Pig. 7 und 8 zeigen Kurvenformen, die bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung während Zeitspannen- auftreten, in denen die Bezugsspannung einen Wert annimmt, der im einen Pail größer ist als 100 $ des vorgesehenen Maximums, und der im anderen Pail, ebenfalls bei positiver Bezugsspannung, kleiner ist als 100 $> des maximal möglichen Wertes. In Pig. 7 kann man aus der Kurve C erkennen, daß die abfallende Planke dee Impulses zur Begrenzung des Zündwiakfclbereiches genau in

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dem natürlichen Kommutierungszeitpunkt des Systems auftritt. Der Betriebsmeohanismus funktioniert ebenso, wenn die abfallende Planke des Impulses zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches an einem anderen, späteren als dem ausgewählten Punkt liegen würde.

In Pig. 8, bei der die Bezugsspannung einen positiven Wert unter dem Maximalwert von 100 fi ihres ausgelegten Bereiches aufweist, wäre eine Begrenzung des Zündwinkelbereiches nicht erforderlich. Es kann in diesem Pail jedoch gesehen werden, daß trotz der Anwesenheit des Impulses zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches am Eingang des Nulldetektors keinerlei Einfluß auf den normalen Betrieb des Systems genommen wird.

Pig. 9 zeigt den Betrieb am negativen Ende des maximal möglichen Zündwinkelbereiches, bei dem die Bezugsspannung negativ und größer als 98,45 i° des ausgelegten maximal möglichen, positiven Wertes ist. In diesem Regelbereich ist der Ausgang des Integrators immer positiv vor der Erzeugung eines Zündimpulses und ein künstlicher Wendepunkt kann zu jedem gewünschten Zeitpunkt am Eingang des Nulldetektors erzeugt werden durch Beaufschlagung mit einem überlagerten, negativen Impuls, wie es beispielsweise in der Kurvenform C der Pig. 9 gezeigt ist.

Pig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, die für einen dreipulsigen Stromrichter angewendet werden kann. Dieser Schaltkreis kann sowohl alleine als auch als Teil eines höherpulsigen Systems angewendet werden, wie beispielsweise als eine Hälfte eines sechspulsigen Systems. Ein Vergleicher oder Nulldetektor 12 und ein dreistufiger Ringzähler 14 sind Teile des normalen Steuersatzes mit integrierender Regelung. Zusätzliche Schaltkreiskomponenten, die zur praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung benötigt werden, sind die Transformatoren 16, 18 und 20, die jeder für sich in den Zuführungen zu jeder Stufe des Ringzählers liegen. Die Primärwicklungen der Transformatoren sind mit Signalen beaufschlagt, die durch eine Anordnung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches in Übereinstinranaing mit dieser Erfindung erzeugt werden. Diese

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Impulareihen entgegengesetzter, für die einzelnen Transformatoren phasenverschobenen Impulse zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches werden in die Sekundärwicklungen der Transformatoren übertragen. Die induzierten Impulse werden dem Nulldetektor 12 über einen zusätzlichen Eingang zugeführt. Die Ausgänge des Bingzählers H werden an die Thyristorzündkreise geführt.

Pig. 11 zeigt Kurvenformen U-n, TI«» Rm zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches, jeweils für die Phasen R, S, T eines Dreiphasensystems, die in dem Schaltkreis von Pig. 10 Anwendung finden können. Die abfallende Flanke des positiven Impulses jeder Kurvenform ist auf den gewählten, frühesten Kommutierungszeitpunkt gelegt, und die ansteigende Planke des negativen Impulses fällt mit dem spätestmöglichen, sicheren Kommutierungszeitpunkt des betreffenden iDhyristors zusammen.

Aus Pig. 10 kann ersehen werden, daß das rechte Ende der Transformatorwicklung 16 mit Erde verbunden ist, wenn der Schaltkreis 1 des Ringzählers 14 eingeschaltet ist. Dadurch liegt diese Kurvenform zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches am Eingang des Hulldetektors 12 an. Pur den Pail, daß der Steuersatz mit integrierender Regelung eine zu frühe Kommutierung versuchen würde; würde die Anwesenheit dea überlagerten, positiven Impulses zur Begrenzung des Zundwinkelbereieh.es am Eingang des Nulldektors dieses verhindern. Ist der betreffende Thyristor zum vorgesehenen, letztmöglichen Zeitpunkt noch leitend, würde der überlagerte negative Impuls zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches in diesem Zeitpunkt die Kommutierung auf den nächsten Thyristor erwirken. Wenn jedoch der Steuersatz mit integrierender Regelung die Impulse zu irgendeinem Zeitpunkt innerhalb der zwei Extremwerte des möglichen Winkelbereiches erzeugt, beeinflußt die Einrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches den normalen Betrieb nicht.

Pig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Impulsgenerators 22 aus Pig. 10 zur Erzeugung von Impulsen zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches. Es ist ein dreipulsiges System darge-

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stellt, das drei identische Schaltkreise enthält, einer für jede einzelne Kurvenform zur Begrenzung eines Ziindwinkelbereiehes, wobei zwischen den Schaltkreisen zur Koordinierung der Betriebsweise Verbindungen vorgesehen sind-. Die Betriebsweise des Systems kann.an einem der drei Kanäle beschrieben werden.tfede Phase der Wechseleingangsspannung des Umrichters bezogen auf den Sternpunkt ist an den Eingang eines Integrators 30 geführt, an dessen Ausgang eine negative Kosinuskurve erscheint. Die Kurvenformen sind im einzelnen in Fig. 13 dargestellt. Kurvenform A zeigt dort die drei Eingänge der Punkte 1 , 3 und 5 in Fig. 12. Die Kurvenformen B, F und J sind jeweils entsprechend die Integratorausgänge. Die Integratorausgänge sind jeweils über einen Widerstand R mit dem Eingang eines Uulldetektors 31 verbunden. Die Aufgabe des Kulldetektors 31 ist es, eine stetig positive Spannung an seinem Ausgang zu erzeugen, wenn seine Eingangsspannung negativ ist und umgekehrt (Kurvenformen D, H, Ii in. Fig. 13). Somit entsteht bei ' einer Spannung von 0 V am Eingang 32eine symmetrische Rechteckkurve am Ausgang des Hulldetektors 31, die axakt in G-egenphase mit dem Ausgang des Integrators 30 ist. Die Kurvenformen der Spannung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches am Ausgang der Nulldetektoren 31 wird jeweils den sättigbaren Transformatoren 16, 18, 20 zugeführt. In den Sekundärwicklungen werden positive und negative Impulse, gleichen Abstandes, deren Breite durch die Sekundärwicklung der sättigbaren Transformatoren festgelegt ist, induziert. Sie sind in den Kurven E, I, M dargestellt.

In Praxis werden die Flanken der Rechteökkurve zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches nicht exakt zu den erforderlichen Zeitpunkten eintreffen, und es ist notwendig, eine- einstellbare Asymmetrie der Kurvenform zu überlagern, so daß die abfallende Flanke des positiven Impulses und die ansteigende Flanke des negativen Impulses jeweils exakt zu dem genauen Zeitpunkt 'erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, daß ein schmales, asymmetrisches,rechteckiges Korrektursignal am Eingang denf Nulldetektor 31 zugeführt wird. Dieses Signal wird jeweils vom Ausgang eines anderen Uulldetektors 31(für den ersten Kanal inr Beispiel vom mittleren Kanal) von einen Widerstands-

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Diodenschal-tkreis 33 abgenommen. Bei ent apre eilender Dimensionierung dieser Widerstands-Diodenschaltkreise 33, ist es möglich, die Kurvenform zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches für jeden Ausgangskanal auf exakt die erforderlichen Punkte zu legen. Entsprechend dieser Wirkungsweise arbeiten jeweils in phasenverschobener Reihenfolge alle drei Kanäle des· Steuerteiles zur Begrenzung des Zundwinkelbereich.es.

Wie oben schon kurz erwähnt, sind in Pig. 13 die Kurvenformen an einaelnen Punkten aus der Fig. 12 dargestellt. Bs ist jeweils die Spannung über der Zeit aufgetragen. So zeigt die Kurvenform A die drei den Eingängen 1, 3 und 5 in Fig. 12 zugeführten Spannungen. Die Kurvenformen B, F und J stellen die Ausgänge der Integratoren 30 in Fig. 12 dar. In den.Kurvenformen C, G und K sind die asymmetrischen Hilfseingänge in Fig. 12 der Nulldetektoren angegeben. In den Kurven D, H . und L sind die Ausgänge der Nulldetektoren 31 gezeigt, und in den drei restlichen Kurven E, I und M sind die in den Sekundärwicklungen 'der Transformatoren 16, 18 und 20 induzierten Kurvenformen zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches dargestellt,

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Claims

- 15 - VPA 72/8358 Patentansprüche

1. !Steuersatz für einen Stromrichter mit einem Integrator,

n dessen Eingang eine Bezugsspannung liegt, und mit einem Vergleicher, dessen Eingang die Integratorausgangsspannung und die integrierte Stromrichterausgangsspannung zugeführt sind, der Zündimpulse in Abhängigkeit vom Ausgang des Vergleichers erzeugt und den Stromrichterventilen des Stromrichters zuführt, so daß eine Ausgangsspannung entsteht, deren Kurvenform der Bezugsspannung und deren Amplitude im .wesentlichen der Stromrichteieingangsspannung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersatz (3) eine Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches (22, Pig. 10 und Pig. 12) enthält, die Schaltelemente zur Erzeugung von periodischen, von der Bezugsspannung unabhängigen Zündimpulsen aufweist, und daß diese Steuereinrichtung so in den Steuersatz geschaltet ist, daß ihre Impulse den Stromrichterventilen zugeführt werden.

2. Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse der Steuereinheit zur Begrenzung des Zündwinkelbereiehes (22) dem Eingang des Vergleichers (12, Pig. 10) zugeführt sind.

3. Steuersatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches (22) für jedes Stromrichterventil je einen Transformator (16, 18, 20) aufweist, dessen Sekundärwicklung in Reihe in den jeweiligen Schaltkreis zur Erzeugung der Zündimpulse für das betreffende Stromrichterventil geschaltet ist, daß jeweils Schaltelemente vorgesehen sind, die an die verschiedenen Primärwicklungen der !Transformatoren periodische aber phasenverschobene Rechteckspannungen führen, durch die die Transformatoren in die Sättigung getrieben und eine Reihenfolge abwechselnd positiver und negativer Impulse in deren Sekundärwicklungen induziert wird, und daß diese Impulse dem Eingang-des Vergleichers (12, Pig. 10) zugeführt sind.

- 16. 409827 /0S87

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Steuersatz nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Begrenzung des Zündwinkelbereiches (22) je einen Integrator (30) für jede Ventilgruppe des Stromrichters aufweist, deren Eingängen die Stromrichtereingangaspannung zugeführt ist, daß die Ausgangsspannung jedes Integrators über Widerstände (R) je einem Nulldetektor (31). zugeführt ist, und daß der Ausgang jedes Nulldetektors mit der Primärwicklung des jeweiligen Transformators (16, 18, 20) Terbunden ist.

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