DE2321372A1

DE2321372A1 - Anordnung zur messung des steuerwinkels bei stromrichtern

Info

Publication number: DE2321372A1
Application number: DE2321372A
Authority: DE
Inventors: Goete Dipl Ing Liss
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-05-03
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1973-11-22
Also published as: SE362550B; CA972424A; DE2321372B2; JPS5739377U; JPS4949682A; US3806793A; GB1424706A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Missling ■ 63 Giessen 26.4.1973

Dipl.-Inq. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

, „ , Telefon: C0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim Boecker

Boe/K 11.559

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Anordnung zur Messung des Steuerwinkels bei Stromriclitem

Die vorliegende Erfindung "betrifft eine Anordnung zum Messen des Steuerwinkels der Ventile eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Stromrichters, dessen Ventile von einem als Oszillator ausgebildeten Steuerimpulsglied in bestimmter Reihenfolge Steuerimpulse erhalten.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen netzgeführten Stromrichter, bei dem die Kommutierungsspannungen für die Ventile aus dem Wechselstromnetz hergeleitet werden. Die Ventile des Stromrichters werden durch ein Steuersystem mit einem Steuerwinkel gesteuert, der entweder von einem Hegler für Strom, Leistung oder dergleichen oder von einem Grenzwertgeber, z.B. einem Sicherheitswinkelsteuerorgan bestimmt wird.

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Die im Stromrichter auftretende Gleichspannung wird durch den Ausdruck Ji.cos ^bestimmt, wobei E der Wert der an die Ventile angeschlossenen Wechselspannung und C^ der Steuerwinkel ist. Um die Blindleistung des Stromrichters gleichzuhalten, ist man bemüht, bei Gleich- bzw. Wechselrichterbetrieb C^ möglichst nahe bei dem Wert 0° bzw. 180° zu halten. Um dies bei einem gewünschten Gleichspannungswert zu erreichen, ist es üblich, den Stromrichtertransformator mit einem Stufenschalter zur Einstellung der Spannung E in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert des Steuerwinkels CA auszurüsten.

Neuere Steuersysteme arbeiten dagegen oft mit Oszillatoren, die Steuerimpulse mit einer bestimmten Frequenz an die Ventile liefern. Dabei wirkt das Signal von dem Steuersystem nur als ein Befehl, den Steuerwinkel in der einen oder anderen Richtung zu ändern, während dieses Signal bei stationärem Betrieb KuIl wird und der tatsächliche Wert des Steuerwinkels im großen und ganzen unbekannt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Stromrichter mit dem eben genannten Steuersystem eine einfache Anordnung zur Messung des Steuerwinkels zu ent·* wickeln.

Zur lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch ge-

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kennzeichnet ist, daß für jede Ventilphase des Stromrichters ein Anstiegsfunktionsgenerator vorhanden ist, der an das Wechselstromnetz angeschlossen und mit einem Taktgeber versehen ist, der von den Nulldurchgängen der aus der Netzspannung hergeleiteten Kommutierungsspannungen für die Ventile des Stromrichters "beeinflußt wird, daß die Anstiegsfunktionsgeneratoren über ein Schaltorgan an einen Abtast- und Haltekreis angeschlossen sind und daß das Schaltorgan von dem Steuerimpulsglied des Stromrichters gesteuert wird, wobei das in dem Abtast- und Haltekreis gespeicherte Signal ständig dem Steuerwinkel des zuletzt gezündeten Ventils entspricht. Die Messung des Steuerwinkels geht von den Hulldurchgängen der Kommutierungs spannung aus und man erhält unmittelbar nach jeder Kommutierung einen neuen Meßwert für den Steuerwinkel, so daß die Anordnung sehr schnell arbeitet.

üin wichtiger Pail, bei dem es von Bedeutung ist, die Steuerwinkel zu kennen, ist bei einer nach dem Oszillatorprinzip gesteuerten Stromrichterstatiön mit mehreren zusammenarbeitenden Stromrichtern gegeben. Dabei kann der Regler einen Sammelbefehl an die verschiedenen Stromrichter geben, ohne daß daraus hervorgeht, wie der Befehl zwischen den verschiedenen

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Stromrichtern verteilt und ausgeführt wird. Die Meßanordnung nach der Erfindung schafft die Möglichkeit, Abweichungen in den Steuerwinkeln und damit Abweichungen in der Leistungsverteilung auf die verschiedenen Stromrichter auszubalancieren.

Anhand der in den Piguren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

3?ig. 1 einen Stromrichter "bekannten Aufbaues, Fig. 2 -eine Anordnung gemäß der Erfindung,

ig. 3 verschiedene Spannungsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach der Erfindung,

Pig. 4 die "Verwendung der Anordnung nach der Erfindung in ihrer Verwendung zur gleichmäßigen Leistungsverteilung auf mehrere zusammenarbeitende Stromrichter.

]?ig. 1 zeigt einen Stromrichter, bestehend aus sechs in Brückenschaltung angeordneten Ventilen 1-6 und einen Stroin-

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richtertransformator 7. Der Stromrichter ist an ein Wechselstromnetz RSI und an ein Gleichstromnetz mit den Gleichstromleitern 9, 10 angeschlossen. Die Ventile 1-6 werden in an sich "bekannter Weise von einem Steuerglied 8 gesteuert, welches Steuersignale g-j-gg an die Ventile liefert. Das Steuerglied 8 ist als Oszillator aufgebaut, z.B. wie in der deutschen Patentanmeldung 18 11.199.4 dargestellt, und liefert in Abhängigkeit von der Frequenz des Weehselstromnetzes Steuerimpulse, deren Phasenlage von einem Regler in der einen oder anderen Richtung geändert werden kann, ohne daß der Phasenwinkel, d.h. der Steuerwinkel der Steuerimpulse, jemals als Parameter oder als Größe im Steuersystem hervortritt.

Die Anordnung zum Messen der Steuerwinkel, die durch die Steuersignale g-j-gg "bestimmt werden, geht aus Pig. 2 näher hervor, und die !Funktion der Anordnung wird anhand von Pig. näher erklärt.

Links in Pig. 2 "befinden sich drei Anstiegsfunktionsgeneratoren 11, 12, 13, die von den drei Kommutierungsspannungen, d.h. den verketteten Spannungen IL , U und U₃^ zwischen den Phasenleitern R, S, T in Pig. 1, drei sägezähnförmige Spannungen U .., Up ¹¹³¹CL U, herleiten, von denen die erste in Pig. 3 gezeigt ist.

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Der Anstiegsfunktionsgenerator "besteht aus einem Verstärker A1 mit kapazitiver Rückkupplung 01, so daß der Verstärker als Integrator arbeitet. An den Verstärkereingang ist über einen Widerstand R1 eine Speisespannung U angeschlossen. Die Spannung U ~ kann eine konstante Spannung sein oder

XrG-L

sie kann proportional zu der Frequenz des Wechsel Stromnetzes sein, wobei der Steuerwinkel in elektrischen G-raden statt im absoluten Zeitmaß gemessen wird.

Zu dem Verstärker A1 ist ein Transistor 11 parallelgeschaltet, der von einer monostabilen Kippstufe M1 gesteuert wird, die ihrerseits von der Kommutierungsspannung U+ derart gesteuert wird, daß die Kippstufe umschaltet und dadurch den Verstärker A1 über den Transistor T1 kurzschließt, wenn die Kommutierungsspannung durch Null geht. Dadurch bekommt die Ausgangsspannung U .. des Verstärkers A1 die in Fig. 3 gezeigte Sägezahnform, deren Periodendauer gleich der halben Periodendauer der Kommutierungsspannung ist. Die im rechten !eil der Fig. 2 dargestellte Schaltung bildet den Abtast- und Haltekreis der Winkelmeßanordnung.

Der Ausgang des Anstiegsfunktionsgenerators 11 ist über einen Widerstand R4 und einen Kontakt S1 an einen Verstärker A4 des Spannungsfolgetyps angeschlossen. Ein Kondensator C4 ist über

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einen Widerstand K7 an den Eingang des Verstärkers A4 und über den Kontakt S4 an den Ausgang des Verstärkers A4 angeschlossen. Die Kontakte S1 und S4 werden beide von dem Ausgangssignal TT, eines Kippschalters M4 gesteuert, der seinerseits von den kurzen Impulsen g^ und g, gesteuert wird, die für die Zündung der Ventile 1 und 4 erzeugt werden. Diese Signale sind in dem dritten Diagramm in Fig. 3 dargestellt. Dies "bedeutet, daß "beim Zünden eines der Ventile 1 und 4 die Kontakte S1 und S4 für kurze Zeit geschlossen werden, wodurch der Kondensator G4 auf die augenblickliche Ausgangsspannung von A1 aufgeladen wird. Diese Spannung ist ein eindeutiges Maß für den entsprechenden Steuerwinkel, näher "bestimmt auf die Weise, daß für die Kurve U-. in Pig. 5 auf der Abszisse der Phasenwinkel und auf der Ordinate die Ausgangsspannung des Verstärkers A1 aufgetragen ist. .Bachdem die Impulse g., oder g, in Pig. 3 vorüber sind und die Kontakte S1 und S4 sich geöffnet haben, entspricht das Ausgangssignal Uc*des Verstärkers A4 der Ladungsspannung

XJ , auf dem Kondensator 04 und wird damit ein Maß für den c4

letzten Steuerwinkel, d.h. für den Steuerwinkel des zuletzt gezündeten Ventils.

jrür die beiden anderen Ventilphasen 3,6 und 5,2 in Fig. 1 sind entsprechende Anstiegsfunktionsgeiieratoren 12 und 13 an den Verstärker A4 angeschlossen, und zwar über Kontakte S2 und S3

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gesteuert von "Kippstufen H5 und ΪΊ6, die von Steuerimpulsen g^ und gg bzw. g₅ und gp gesteuert werden. Der Kontakt S4 wird

von allen Signalen U 4, ü_m5> U_m5 beeinflußt, so dai3 die SteuerWinkel jedes der Ventile 1-6 in Pig. 1 in dem Kondensator G4 und dem Verstärker A4 registriert werden. Die Ausgangsspannung U<A erhält dabei den in dem untersten Diagramm in Pig. 4 dargestellten stufenförmigen Verlauf, bei der die Länge jeder Stufe der Länge des Leitintervalls des zugehörigen Ventils entspricht und die Höhe der Stufe den Steuerwinkel angibt.

Wenn man den Steuerwinkel nur eines der Ventile 1-6 registrieren will, kann dies in einfacher Weise dadurch geschehen, daß in Pig. 2 die Steuerimpulse g der anderen Ventile fortgeschaltet werden, so daß nur die Steuerimpulse des zu berücksichtigenden Ventils zu dem entsprechenden Kippschalter H4, M5 und M6 gelangen.

Indem man das Signal des Verstärkers A4 in Pig. 1 auf einen kapazitiven Kreis gibt, kann das Signal UcA einen Mittelwert für mehrere der auftretenden Steuerwinkel darstellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, innerhalb einer bestimmten Zeitspanne den Maximal- oder Minimalwert des Steuerwinkels zu registrieren.

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Die Anordnung nach Pig. 2 kann zum Steuern eines Stufenschalters oder zur "bloßen Kontrolle verwendet v/erden, um festzustellen, wie der Stromrichter arbeitet. Die Anordnung kann aber auch als !eil einer Steuerung verwendet werden, um zwei reihengeschaltete Stromrichter im Verhältnis zueinander auszubalancieren, wie aus i'ig. 4 hervorgeht.

Wie bereits erwähnt, hat man bei Oszillatorsteuerung von Stromrichtern kein genaues Maß für den tatsächlichen Steuerwinkel. Sind beispielsweise zwei reihengeschaltete Stromrichter in einer Stromrichterstation vorhanden, und werden beide von einem gemeinsamen Regler gesteuert, so können die beiden Stromrichter dennoch mit sehr verschiedenen Steuerwinkeln arbeiten, so daß diese Stromrichter, die denselben Strom führen, mit ganz verschiedenen Gleichspannungen und damit mit verschiedenen Belastungen arbeiten. Bei nur zwei Stromrichtern kann man die Phasenlagen der Steuerimpulse der beiden Stromrichter vergleichen und gegebenenfalls die Steuerimpulse im Verhältnis zueinander · ausrichten. Bei mehreren Stromrichtern ist ein solcher paarweiser Vergleich jedoch sehr umständlich. Hier empfiehlt es sich, statt dessen den Mittelwert der Steuerwinkel zu bilden, und zwar durch Messung derselben mit der Anordnung gemäß I'ig.

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' In .JiIg. 1 sind weitere"-Stromrichter 14-16 dargestellt, die mit dem oben beschriebenen Stromrichter in Reihe geschaltet sind und genau wie dieser aufgebaut sind. Der im Sinne der Zeichnung untere Pol einer solchen Stromrichterstation kann geerdet sein, während der obere Pol über den Leiter 9 an eine übertragungsleitung angeschlossen ist. In der Erdverbindung ist ein Meßtransduktor 17 zum Messen des Gleichstromes in den Stromrichtern eingeschaltet.

In JTig. 4 ist gezeigt, wie dieser Meßtransduktor an einen Stromregelverstärker 18 angeschlossen ist, der für alle Stromrichter gemeinsam ist. Ein Sollwert für den. Gleichstrom wird von einem Sollwertgeber vorgegeben, der symbolisch durch ein Potentiometer 21 angedeutet ist. Das Ausgangssignal des Regelverstärkers wird für jeden einzelnen Stromrichter einem Steuersystem 19 mit einem Steuerimpulserzeuger 8 zugeführt, das auch in j?ig. 1 gezeigt ist.

Die Signale des Impulserzeugers 8, die den Ventilen des zugehörigen Stromrichters zugeführt werden, werden zugleich einer .Steuerwinkelmeßanordnung gemäß JFig. 2 zugeführt, so "daß man Spannungen U <λ 1-4 erhält, die ein Maß für den Steuerwinkel der verschiedenen Stromrichter sind. Der Mittelwert hiervon wird im Verstärker A5 ausgerechnet und für jeden einzelnen Stromrichter im Verstärker A6 mit dem eigenen tatsächlichen- Steuer-

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winkel des Stromrichters verglichen. Die evt. Abweichung des Steuerwinkels des betreffenden Stromrichters wird als ein Extrasignal im Summierungsglied 20 zu dem Signal des Regelverstärkers 18 addiert, wodurch der Steuerwinkel des Stromrichters dem Mittelwert für alle Stromrichter angepaßt wird.

Auf diese Weise werden alle Stromrichter sehr schnell mit im wesentlichen gleichen Steuerwinkeln arbeiten, und auch bei einer Änderung des Steuerwinkels durch einen Regeleingriff im Steuersystem folgen die Steuerwinkel einander ohne Yer-2ögerung.

Da man die Steuerwinkel ständig mißt, ist es ohne Bedeutung j ob die Stromrichter untereinander in derselben Phasenlage arbeiten oder ob sie - was bei mehreren Stromrichtern in einer Station üblich ist - zueinander phasenverschoben arbeiten. Ferner ist es sehr bedeutungsvoll, daß im übrigen die Regelung des Stromrichters durch die Anordnung gemäß der Erfindung nicht beeinflußt wird.

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Claims

Patentansprüche;

1.J Anordnung zum Messen des Steuerwinkels der Ventile eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Stromrichters, dessen Ventile von einem als Oszillator ausgebildeten Steuerimpulsglied in bestimmter Reihenfolge Steuerimpulse erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Ventilphase des Stromrichters ein Anstiegßfunktionsgenerator (11-13) vorhanden ist, der an das Wechselstromnetz (RST) angeschlossen und mit einem Taktgeber (M1) versehen ist, der von den Uulldurchgängen der aus der Netzspannung hergeleiteten Kommutierungsspannungen (U_tr, U_rs, U_8t) für die Ventile des Stromrichters beeinflußt wird, daß die Anstiegsfunktionsgeneratoren (11-13) über ein Schaltorgan (S1-S3) an einen Abtast- und Haltekreis (A4» 04) · ■ angeschlossen sind und daß das Schaltorgan (S1-S3) von dem Steuerimpulsglied des Stromrichters gesteuert wird, wobei das in dem Abtast- und Haltekreis (A4»04) gespeicherte Signal (Uc*) ständig dem Steuerwinkel des zuletzt gezündeten Ventils entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Anstiegsfunktionsgenerator (11-13) ein Abtast- und Haltekreis vorhanden ist, wobei das entsprechende Schaltorgan von den entsprechenden Ausgängen des Steuerimpulsgliedes des Stromrichters gesteuert wird.

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3. Anordnung nach Anspruch 1 in- Verwendung "bei mindestens zwei reihengeschalteten Stromrichtern, beispielsweise in einer Stromrichterstation, wobei jeder Stromrichter mit einer Anordnung nach Anspruch 1 sowie mit einem eigenen Steuersystem ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Organ (A5) zur Gewinnung des Mittelwertes der Steuerwinkel (cA.. - ^a) &er Stromrichter vorhanden ist, daß in den einzelnen Stromrichtern ein vergleichendes G-lied (A6) zum Anzeigen der Abweichung des Steuerwinkels des "betreffenden Stromrichters von dem genannten Mittelwert vorhanden ist, und daß die Abweichung in Form eines zusätzlichen Signals dem Steuersystem des Stromrichters zwecks Korrektion seines Steuerwinkels zugeleitet wird, um gleichgroße Steuerwinkel in den verschiedenen Stromrichtern zu erhalten.

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