DE2730984C3

DE2730984C3 - Stromrichterschaltung

Info

Publication number: DE2730984C3
Application number: DE2730984A
Authority: DE
Inventors: Felix Dr.-Ing. 8520 Erlangen Blaschke; Helmut Dr. Neupauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1982-01-21
Also published as: JPS5419115A; DE2730984A1; DE2730984B2

Description

ιι,ι =

AU_n + sin γ ■ AU_n)

gebildet ist, wobei Vjein einstellbarer Verstärkungsfaktor, γ ein einstellbarer Winkel, AUn der Anteil der Wirkspannungskomponente und Δ Under Anteil der Blindspaniiungskomponente ist, und daß dieses Zusatzsignal (uj) die Phasenlage der von der Steuerschaltung (28,30) abgegebenen Steuerimpulse (^verändert(Fig. 1 bis 5).

3. Stromrichterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkspannungskomponente (Un) und die Blindspannungskomponente (Un) des Maschinenspannungsvektors (U) je einem Bandpaß (34, 36) mit einstellbarer Verstärkung zugeführt sind, daß beide Bandpässe (34, 36) ausgangsseitig an die beiden Eingänge einer gemeinsamen Summierstufe (38) angeschlossen sind, daß der Summierstufe (38) ein P-Glied (40) nachgeschaltet ist, daß am Ausgang des /'-Gliedes (40) das Zusatzsignal (uj)abgegriffen ist, und daß das Zusatzsignal (uj) zur Veränderung der Phasenlage (Aoi) einem Phasenschieber (32) zugeführt ist, der zwischen einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer(28) und dem Steuersatz (30) des Stromrichters (14) angeordnet ist (Fi g. 1).

4. Stromrichterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkspannungskomponente (Un) und die Blindspannungskomponente (Un) des Maschinenspannungsvektors (U) je einem P-Glied (44, 46) zugeführt sind, daß beide P-Glieder (44, 46) ausgangsseitig an die beiden Eingänge einer gemeinsamen Summierstufe (48) angeschlossen sind, daß der Summierstufe (48) ein Bandpaß (50) nachgeschaltet ist, daß am Ausgang des Bandpasses (50) das Zusatzsignal (u,i)abgegriffen ist, und daß das Zusatzsignal (u_lt) zur Veränderung der Phasenlage (Aoi) einem Phasenschieber (32) zugeführt ist, der zwischen einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer (28) und dem Steuersatz (30) des Stromrichters (14) angeordnet ist (F i g. 2).

5. Stromrichterschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzsignal (u,n) nach der Beziehung

kungsfaktor, (y — 90°) ein einstellbarer Winkel, A¹Ji, der Anteil der Wirkspannungskomponente und AUn der Anteil der Blindenspannungskomponente ist, und daß dieses Zusatzsignal (uji)d'\e Frequenz (f) der von der Steuerschaltung (28, 30) abgegebenen Steuerimpulse /pj verändert (F i g. 6).

6. Stromrichterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkspannungskomponente (Un) und die Blindspannungskomponente (Un) des Maschinenspannungsvektors (U) je einem Bandpaß (74, 76) mit einstellbarer Verstärkung zugeführt sind, daß beide Bandpässe (74, 76) ausgangsseitig an die beiden Eingänge einer gemeinsamen Summierstufe (78) angeschlossen sind, daß der Summierstufe (78) ein P-Glied (80) nachgeschaltet ist, und daß am Ausgang des P-Gliedes (8C) das Zusatzsignal (ujt) abgegriffen ist (F ig. 6).

7. Stromrichterschaltung nach einem der Ansprüehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkspannungskomponente (Un) am Ausgang eines ersten Dividiergliedes (52) abgegriffen ist, dem als Eingangssignal ein der vom Stromrichter (14) abgegebenen Wirkleistung (N₁₁) proportionales Signal und ein dem vom Stromrichter (14) geführten Strom (|/|) proportionales Signal zugeführt sind, und daß die Blindspannungskomponente (Un) am Ausgang eines zweiten Dividiergliedes (62) abgegriffen ist, dem als Eingangssignale ein der vom Stromrichter (14) abgegebenen Blindleistung (N/,) proportionales Signal und ein dem vom Stromrichter (14) geführten Strom (\i\) proportionales Signal zugeführt sind (F ig. I).

8. Stromrichterschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkleistung (N_n) und der Blindleistung (Nh)proportionalen Signale an einem Leistungsmeßglied (64) abgegriffen sind, das einen Vektordreher (76) sowie einen ersten Koordinantenwandler (74), der von den Phasenströmen (i_K, is) des Stromrichters (14) gespeist ist, und einen zweiten Koordinatenwandler (82), der von den ve; ketteten Spannungen (Uns, Usi)an der Drehfeldmaschine (2,4,6) gespeist ist, umfaßt (F ig. 1).

9. Stromrichterschaltung nach einem der Ansprüehe 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromrichter (14) ein steuerbarer Parallelschwingkreis-Wechselrichter vorgesehen ist, der über einen Zwischenkreis mit eingeprägtem Strom (i) an einem Wechselspannungsnetz (24) gespeisten, steuerbaren Gleichrichter(16)angeschlossen ist (Fi g. 1).

'/,* - 1'',/,(COS(J'-W°) ■ AU_n +sin()'-9()°) ■ AU_n) gebildet ist, wobei K« ein einstellbarer VerstärDie Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichterschaltung mit einem über eine Steuerschaltung steuerbaren Stromrichter, der eine oder mehrere asynchron laufende Drehfeldmaschinen, insbesondere Hystcresemaschinen, mit einstellbarer Maschinenspannung speist und an dessen lastseitigen Ausgang ein Kondensator zur Blindleistungskompensation angeschlossen ist.

Eine asynchron laufende von ihrer Energiequelle getrennte Drehfeldmaschine, an deren Anschlußklemmen ein Kondensator zur Blindleistungskompensalion angeschaltet ist, kann sich bekanntlich — solange ihr Läufer rotiert — auf eine Maschinenspannung erregen, die höher liegt als die Nennspannung. Das gilt sowohl für den asynchronen Hochlauf als auch für den

asynchronen Dauerlauf der Drehfeldmaschine. Bei einer solchen kompensierten Drehfeldmaschine stellt nämlich das System asynchron laufende Drehfeldmaschine-Verbindungsleitungs-Kompensationskonciensator ein elektrisch schwingungsfähiges System dar; dieses ist die Ursache für den genannten Selbsterregungseffekt, der sich in einer sogenannten »Asynchrongeneratorschwingung« bemerkbar macht. Der Selbsterregungseffekt entsteht nicht nur bei einer ungespeisten Drehfeldmaschine: er stellt sich auch dann ein, wenn das System asynchron laufende Drehfeldmaschine-Verbindungsleitung-Kompensationskondensalor an einen speisenden Stromrichter angeschlossen ist. Der Stromrichter stellt zwar eine gewisse Dämpfung für die Selbsterregung dar. Doch auch in diesem Fall kann der Betrieb der Drehfeldmaschine instabil werden. Ein stationärer Betrieb ist also ohne weiteres nicht möglich. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Stromrichter mit hohem Wirkungsgrad, also mit geringen Verlusten, die Instabilität besonders erheblich ist. weil bei einem solchen System der Stromrichter besonders wenig zur elektrischen Dämpfung beiträgt.

Demzufolge geht das Bestreben beim Betrieb einer stromrichtergespeisten kompensierten Drehfeldmaschine dahin, die besagte Selbsterregung im asynchronen Betrieb zu vermeiden und dadurch einen stabilen stationären Stromrichterbetrieb zu gewährleisten.

Die eingangs genannte Stromrichterschaltung ist aus den Techn. Mitt. AEG-Telefunken 67 (1977), Seiten 31 bis 34, insbesondere aus Bild 1 und 3 samt zugehöriger Beschreibung, bekannt. Die bekannte Stromrichterschaltung ist Bestandteil eines von einem Wechselspannungsnetz gespeisten Umrichters, bei dem der netzseitige Stromrichter (Gleichrichter) über einen Zwischenkreis mit dem lastseitigen Stromrichter (Wechselrichter) verbunden ist. Als Last sind mehrere Gruppen von Hysteresemotoren vorgesehen, die zum Antrieb hochtouriger Zentrifugen dienen. Die Hystcresemotorcn laufen im normalen Lastbetrieb mit einer Drehzahl, die der im Mittelfrequenzbereich liegenden Ausgangsfrequenz des Umrichters entspricht. Bei der Steuerung der Ausgangsfrequenz ist — langzeitig gesehen — eine enge Toleranz für die Frequenz streng einzuhalten. Am Ausgang des Umrichters liegt eine aus Kondensatoren bestehende Blindleistungskompensationseinriehtung. In dieser Literaturstelle wird besonders darauf hingewiesen (vergl. a.a.O., Seite 32, linke Spalte, letzter Absatz, bis rechte Spalte, erster Absatz), daß als lastseitiger Stromrichter ein Parallelschwingkreis-Wechselrichter mit Stromeinprägung zur Erzeugung eines Drehstromsystems der bei Hysteresemaschinen geforderten Leistung und Frequenz zwar die einfachste und billigste Lösung sei; Versuche hätten aber ergeben, daß der Aufwand zur Vermeidung der Selbsterregung groß sei uiid daß Beeinträchtigungen des Betriebes nicht zu vermeiden seien. Das Konzept eines Schwingkreis-Wechselrichters sei daher fallengelassen worden.

Aus den Wiss. Ber. AEG-Telefunken 49 (197b), Heft 4/5, Seiten 139 bis 150, insbesondere Seite 150, rechte Spalte, sind Vorschläge bekanntgeworden, nach denen sich die erwähnte Selbsterregung verringern oder beseitigen läßt. Als eine Möglichkeit wird angegeben, daß man die Netzresonanzfrequenz über die Motor-Betriebsfrequenz legen könne. Das bedeutet aber, daß nur ein selbstgeführter Stromrichter und damit eine verhältnismäßig teure Lösung hinsichtlich Investitionsund Betriebskosten in Betracht kommen würde. Als weitere Möglichkeit wird hervorgehoben, daß man die Gesamtzahl der asynchronen hochzufahrenden Drehfeldmaschine in Gruppen nacheinander einschalten könne. Eine solche Lösung würde aber eine erhebliche Beeinträchtigung des Betriebes darstellen. Und schließlich wird auch ais Möglichkeit angeführt, daß man beim Hochfahren die Spannung durch einen abschalibaren Vorwiderstand vor jeder einzelnen Drehfeldmaschine herabsetzen könne. Hierbei würden aber besondere Steuerkreise und Schaltschüt/e zum Überbrücken der Vorwiderstände erforderlich sein, was zu eiiv:m beträchtlichen Aufwand führen und einen verlustbehafteten Anlauf bedeuten würde. Die aufgezeigten Lösungen sind also für die praktische Anwendung als nachteilig zu bezeichnen.

Aus der Zeitschrift ETZ-A Band 93 (1972). Heft 1. Seiten 8 bis 15, insbesondere Bild 8 auf Seile 12 mit zugehöriger Beschreibung, ist eine weitere Maßnahme bekannt, um den genannten Selbsterregungseltekt zu unterbinden. Nach diesem Vorschlag wird .in die Verbindung zwischen Stromrichter und koinprusierter Drehfeldmaschne ein besonderer Belasuingssiromrichter (Blindstroiiirichter) geschaltet. Eine solche Losung ist aber mit erheblichen Energieverlusten im Dauerbetrieb verbunden. Darüber hinaus sind hohe Investitionskosten erforderlich.

Aus der DE-OS 21 32 179 ( = VPA 71/3152) schließlich ist eine Einrichtung zur elektrischen l'endelungs dämpfung von Drehfeldmaschinen bekannt, bei der eine auf die Frequenzsteuerung wirkende Aufschaliung einer Größe vorgenommen wird, die insbesondere aus der Leistung des Stromrichters abgeleitet wird. Als aufzuhaltende Größe wird aber auch die Maschinenspannung in Betracht gezogen. Im Gegensatz zum vorliegenden Problem handelt es sich dort um die Dämpfung recht niederfrequenter Schwingungen. Zum anderen ist anzumerken, daß die dort zu dämpfenden Schwingungen nicht im asynchronen, sondern im synchronen Betrieb der Drehfeldmaschine!! auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, tür eine Stromrichterschaltung der eingangs genannten Art Maßnahmen anzugeben, mit denen die Selbsterregung ausreichend gedampft wird, wobei diese Maßnahmen mit vergleichsweise geringen Investitionskosten verbunden sein, weitgehend verlustlos arbeiten und den Betrieb nicht beeinträchtigen sollen. Diese Maßnahmen sollen insbesondere auch für den asynchronen I lochlauf von stromrichtergespeisten Hysteresemaschinen geeignetsein.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß das störende selbsterregte Drehstroirfsystem ermittelt und durch ein Gegensystem kompensiert werden kann, wobei das Gegensystem mit Hilfe des Stromrichters durch Aufschaltung eines Zusatzsignals auf dessen Steuersignal gewonnen wird.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgem;iß dadurch gelöst, daß der Steuerschaltung ein Zusatzsignal aufgeschaltet ist. das ein gewichtetes Signal ist und sich aus dem sich zeitlich ändernden Anteil der Wirkspannungskomponente und dem .sich zeitlich ändernden Anteil der Blindspannungskomponente des Maschinenspannungsvektors zusammensetzt.

Mit anderen Worten: I).is erwähnte Zusaizsignal tij wird nach der Beziehung

.Ii ,ι (- A. Jl_n

gebildet, wobei K_t und Kj einstellbare WichtungsCakio rcn sowie zlί//, und <1 {.//_> die abgehobene Wirkspan-

nungs- bzw. die abgehobene Biindspannungskomponente des Maschinenspannungsvektors sind. Mit dem Begriff »abgehoben« ist hierbei die Unterdrückung des Glcichanleils der betreffenden Größe gemeint. Die Größen AUn und AUn beschreiben somit den zeitlich veränderlichen Anteil der Wirkspannungs- bzw. Biindspannungskomponente. Kür die optimale Einstellung der Dämpfung hinsichtlich Amplitude und Phasenlage stehen die beiden Parameter K\ und Ki zur Verfügung. Diese Einstellung wird empirisch an der gerade betrachteten Stromrichterschaltung vorgenommen.

Experimentielle Untersuchungen haben ergeben, daß die empirische Einstellung der Parameter auf optimale Dämpfungswerte gemäß einer Weiterbildung dann besonders einfach und übersichtlich vonstatten geht, wenn das Zusatzsignal u,i nach der Beziehung

= !',(cos)- ■ AU_n + sinj- ■ AU_nJ

(2)

gebildet ist, wobei V,/ein einstellbarer Verstärkungsfaktor, γ ein einstellbarer Winkel, Δ U_n die abgehobene Wirkspannungskomponente und AU_n die abgehobene Biindspannungskomponente ist, und daß nach Maßgabe dieses Zusatzsignals die Phasenlage der von der Steuerschaltung abgegebenen Steuerimpulse verändert wird. Aus der Gleichung (2) geht die Gleichung (1) durch die Beziehungen K\ = V₁/ · cos γ und AG= V₁/-sin}· hervor. Bei dieser Weiterbildung wird mit Hilfe der beiden Parameter Vj und γ die stabilisierende Dämpfungsschaltung optimal eingestellt.

Es kann aber auch so vorgegangen werden, daß das Zusatzsignal u_tn nach der Beziehung

(/.,. - 1,,(COS(J-W)⁰) · AL_n + sin ()· - 90°) ■ AU_n)

(3)

gebildet ist. wobei V,//ein einstellbarer Verstärkungsfaktor, γ ein einstellbarer Winkel. AUn die abgehobene Wirkspannungskomponente und AUi₂ die abgehobene Biindspannungskomponente ist. und daß nach Maßgabe dieses Zusatzsignals die Frequenz der von der Steuerschaltung abgegebenen Steuerimpulse verändert wird. Bei dieser Ausbildung kann auf einen zusätzlichen Phasenschieber in der Steuerschaltung verzichtet werden.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Als Vorteil der Erfindung wird es gegenüber den bekannten Maßnahmen zur Dämpfung der Selbsterregung angesehen, daß der zusätzlich erforderliche Schaltungsaufwand nur gering ist. Hohe Investitionskosten fallen also nicht an. Weiterhin arbeitet die erlmdungsgemaße Aufschaltung praktisch verlustlos, so daß keine zusätzlichen Energiekosten im Betrieb entstehen. Auch wird der asynchrone Betrieb durch diese Maßnahmen (insbesondere hinsichtlich einer unerwünschten Belastung der Drehfeldmaschinen) nicht beeinträchtigt. Als besonderer Vorteil wird es angesehen, daß die angegebenen elektrischen Aufschaltungsmaßnahmen eine wirtschaftlich vertretbare Gesamtlösung für die Stromrichterschaltung zulassen. Diese Maßnahmen lassen sich nämlich auch bei einem sehr dämpfungsarmen System Stromrichter-Verbindungslei-

tungs-Kompensationskondensator-Drehfeldmaschine(n) voll wirksam einsetzen. Das bedeutet, daß nummehr auch ein Stromrichter mit hohem Wirkungsgrad (also mit geringen elektrischen Verlusten), der von sich aus w enig zur Dämpfung beiträgt, zur Speisung der Drehfeldmaschinen eingesetzt werden kann, also beispielsweise ein Parallelschwingkreis-Wechselrichter. Das ist im Hinblick auf den Dauerbetrieb von großem Nutzen. Der Parallelschwingkreis-Wechselrichter kann dabei insbesondere der lastgeführte Stromrichter eines Zwischenkreis-Umrichters sein. Das bedeutet auch, daß bei der Auslegung des Stromrichters, also bei einem Zwischenkreisumrichter bei der Auslegung des Zwischenkreises, auf eine ausreichende Schwingungsdämpfung keine Rücksicht genommen zu werden braucht. Die Bauelemente können also nach anderen Kriterien optimal dimensioniert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 6 Figuren näher erläutert. Für gleiche Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Es zeigt

Fig. 1 eine Stromrichterschalturig mit erfindungsgemäßer Aufschaltung eines Zusatzsignals auf die Phase der Steuerimpulse, wobei dieses Zusatzsignal nach einer ersten Schaltungsvariante gebildet wird,

Fig. 2 die Bildung des Zusalzsignals nach einer zweiten Schaltungsvariante,

Fig. 3 ein Vektordiagramm mit Darstellung der abgehobenen Wirk- und Blindspannung,

Fig. 4 ein weiteres Vektordiagramm, bei dem ein Maschinenspannungsvektor U um den Winkel γ geschwenkt wird,

Fi g. 5 Impulsdiagramm sowie den zeitlichen Verlauf des verwendeten Zusatzsignals und

Fig. 6 eine Stromrichterschaltung in Teildarstellung mit erfindungsgemäßer Aufschaltung eines Zusatzsignals auf die Frequenz der Steuerimpulse.

Nach F i g. 1 sind drei dreiphasige Drehfeldmaschinen 2, 4, 6, vorliegend insbesondere Hysteresemaschinen, die im Normalbetrieb synchron laufen, jeweils über einen zugeordneten (nicht gezeichneten) Schalter an eine gemeinsame dreiphasige Sammelschiene 8 angeschlossen. Jede Drehfeldmaschine 2, 4, 6 repräsentiert eine Gruppe mit einer größeren Anzahl von Hysteresemaschinen, die jeweils mit einer (nicht dargestellten) Zentrifuge gekoppelt sind. Es können auch mehr oder weniger als drei Gruppen vorgesehen sein. Die Sammelschiene 8 wird von einem Umrichter 10, der als Strom-Zwischenkreisumrichter ausgebildet ist, mit einer Spannung U, deren Frequenz f im Mittelfrequenzbereich liegt, gespeist. Zur Blindleistungskompensation liegt zwischen dem Ausgang des Umrichters 10 und der Sammelschiene 8 noch eine Kondensatorbatterie 12. Diese enthält drei Kondensatoren in Dreiecksschaltung. Die einzelnen Drehfeldmaschinen 2, 4, 6 werden im Normalbetrieb überkompensiert betrieben.

Der Umrichter 10 besteht aus einem lastseitigen Stromrichter (Wechselrichter) i4 und einem netzseitigen Stromrichter (Gleichrichter) 16, die beide durch einen Zwischenkreis miteinander verbunden sind. Der Zwischenkreis umfaßt zwei miteinander in Reihe geschaltete Drosselspulen 18 und 20 sowie einen Kondensator 22. Die Drosselspulen 18, 20 und der Kondensator 22 sind in symmetrischer T-Schaltung angeordnet.

Der netzgeführte Stromrichter 16 wird von einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 24 gespeist Er umfaßt als Ventile insbesondere Thyristoren, die in Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet sind. Die Steuerung der steuerbaren Ventile des Stromrichters 16 wird durch einen Steuersatz 26 bewirkt Diesem Steuersatz 26 wird eingangsseitig eine Steuerspannung zugeführt mit der die Zwischenkreisspannung am

Gleichspannungsausgang des Stromrichters 16 eingestellt werden kann.

Bei dem lastseitigen Stromrichter 14 handelt es sich um einen selbstgeführten Stromrichter, der als steuerbare Ventile insbesondere Thyristoren, beispielsweise in Drehstrom-Brückenschaltung, umfassen kann. Bevorzugt wird ein Stromrichter 14 mit geringen Energieverlusten im Dauerbetrieb verwendet, insbesondere ein Parallel-Schwingkreiswechselrichter. Der Stromrichter 14 wird von einem Frequenzsteuerglied gesteuert, das in bekannter Weise durch die Hintereinanderschaltung eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers 28 mit einem Wechselrichter-Steuersatz 30 gebildet ist. Der Steuersatz 30 nimmt hierbei die Verteilung der vom Spannungs-Frequenz-Umsetzer 28 gelieferten Zündsignale auf die einzelnen steuerbaren Ventile des Stromrichters 14 vor. Das Frequenzsteuerglied 28, 30 liefert somit nach Maßgabe seines Eingangssignals ur Zündsignale an die steuerbaren Ventile des Stromrichters 14. Das Eingangssignal Ui legt die Ausgangsfrequenz /"des Umrichters 10 fest. Diese liegt wie bereits angeführt — im Mittelfrequcnzbereich und kann z. B. 1 kHz betragen.

Bei der gezeigten Umrichterschaltung wird durch eine spezielle Aufschaltung ein stabiler Lastbetrieb im Asynchronismus gewährleistet. Ein solcher asynchroner Lastbetrieb kann insbesondere beim Hochfahren von Hysteresemaschinen vorliegen. Die Aufschaltung ermöglicht es, die sogenannte selbsterregte »Asynchrongeneratorschwingung« besonders wirksam zu dämpfen . Die Bezeichnung »Asynchrongenerator« leitet sich hierbei von der Tatsache ab, daß das System Asynchronmaschine-Zuleilungs-Kondensatorbatterie 12 ein Drehspannungssystem erzeugt, dessen Frequenz ungleich der Frequenz /' des am Ausgang des Stromrichters 14 erzeugten Drehstromsystems und auch ungleich der Frequenz mit der der Läufer der Drehfeldmaschinen 2, 4, 6 umläuft ist. Die »Asynchrongeneratorschwingung« wird bereits geringfügig durch den dämpfenden Einfluß des Stromrichters 14 reduziert, da dieser für die genannte Schwingung eine induktivohmsche Last darstellt. Die erwähnte Aufschaltung bewirkt jedoch eine Reduzierung, die noch erheblich weitergeht.

Die Aufschaltung erfolgt durch Eingabe eines speziell erzeugten Zusatzsignals Uj auf einen neu geschaffenen Stelleingang. Dieser Stelleingang ist der Phasenstelleingang eines zwischen dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 28 und dem Steuersatz 30 angeordneten Phasenschiebers 32. Das Eingangssignal des Phasenschiebers 32 ist mit <7 und das Ausgangssignal mit ρ bezeichnet. Als Zusatzsignal Ud wird eine additive Mischung von abgehobener Wirkspannungskomponente und abgehobener Blindspannungskomponente des an den Drehfeidmaschinen 2,4 6 liegenden Maschinenspannungsvektors Ugenommen. Die Bildung des Zusatzsignals Ua wird im folgenden näher beschrieben. Die normalerweise zeitlich äquidistanten Zündsignale für den lastseitigen Stromrichter 14 werden nach Maßgabe des Zusatzsignals i/rfum einen variierenden Phasenwinkel Δα. zeitlich verschoben.

Bei der folgenden Betrachtung wird zunächst davon ausgegangen, daß die Wirkspannungskomponente Un und die Blindspannungskomponente Un bereits durch irgendeine Schaltung gebildet sind.

Die beiden Komponenten Un und Un werden jeweils einem Bandpaß 34 bzw. 36 zugeführt Jeder Bandpaß 34, 36 sorgt dafür, daß die zugeführte Größe »abgehoben«

wird. Beim »Anheben« wird der stationäre Wert herausgefiltert, so daß nur der zeitlich veränderte Teil als »abgehobene« Größe weitergeleitet wird. Am Bandpaß 34 und 36 ist jeweils ein Einstellorgan > vorhanden, mit dem die abgehobene Wirk- bzw. Blindspannungskomponente AUn. AUn mit einem einstellbaren Faktor cosγ bzw. sin γ versehen wird. Der Winkel }' ist hierbei eine empirisch einstellbare Größe. Die beiden genannten Einstellorgane dienen zur optimalen Abstimmung. Die Parameter cos γ und sind γ sind dabei als Wichtungsfaktoren anzusehen.

Die am Ausgang des Bandpasses 34 auftretende gewichtete abgehobene Wirkspannungskomponente cosy. AUiι und die am Ausgang des Bandpasses 36 auftretende gewichtete abgehobene Blindspannungskomponente sin γ · AUn werden den beiden Eingängen einer Summierungstufe 38 zugeführt. Diese dient zum additiven Mischen der beiden Eingangsgrößen. Die am Ausgang auftretende gemischte Größe ist mit AU π bezeichnet. Sie wird einem P-Glied 40 zugeleitet. Dieses besitzt den Verstärkungsfaktor Ka der an einem weiteren Einstellorgan einstellbar ist. Auch dieses Einstellorgan dient zur Abstimmung. Am Ausgang des P-Gliedes 40 wird bereits das Zusatzsignal uj abgegriffen, das sich in folgender Form rechnerisch darstellen läßt:

= V,i ■ (cos )■ · Δ U_n + sin )· ■ Δ U_n) (2)

= ΑΊ ■ Δ U_n + K2 ■ Δ U₁₂ (1)

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, nach der das Zusatzsignal uj aus der Wirkspan-

j-, nungskomponente Un und der Blindspannungskomponente Un gewonnen werden kann. Danach werden die beiden Komponenten Un, Un zunächst jeweils einem P-Glied 44 bzw. 46 zugeführt. Diese beiden P-G!ieder 44, 46 besitzen Einstellorgane, mit denen sich ein

4(i Verstärkungsfaktor cos γ bzw. sin)' einstellen läßt. Beide Einstellorgane dienen bei dieser Ausführungsform zur Abstimmung. Am Ausgang des ersten P-Gliedes 44 wird somit eine gewichtete Wirkspannungskomponente cosy· Un und am Ausgang des zweiten P-Gliedes 46 eine gewichtete Blindspannungskomponente sin γ ■ Un abgegriffen. Die beiden gewichteten Komponenten werden einer Summierstufe 48 zugeführt, die als Ausgangssignal eine Größe bildet, die der Summe

(cosy · U_n + siny · U₁₂)

proportional ist. Dieses Ausgangssignal wird einem Bandpaß SO zugeleitet, der zur Aufhebung der veränderlichen Größe dient. Der Bandpaß 50 enthält ebenfalls ein Einstellorgan, an dem sich ein Verstärkungsfaktor Vd einstellen läßt. Wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 erhält man auch hier ein Zusatzsignal Ud, das sich durch

- Kt " (cosr - AU_n + siny · AU₁₂)

(2)

darstellen läßt.

In F i g. 1 ist dargestellt, daß sich die Wirkspannungskomponente Un beispielsweise mittels eines Dividieren gliedes 52 aus der Wirkleistung N_w durch Division durch den Betrag |/| des Stromes /gewinnen läßt Der Betrag |/| wird dabei mittels eines Meßwertumformers oder einer Normierstufe 54 und eines vorgeschalteten, im

Strom-Zwischenkreis angeordneten Stromwandlers 56 gebildet. Der Meßwertumformer 54 ist dabei (wie auch die im folgenden erwähnten Meßwertumformer) so ausgebildet, daß er seiner Eingangsgröße eine proportionale Ausgangsspannung zuordnet. Entsprechend kann auch die Blindleistungskomponente Un mittels eines weiteren Dividiergliedes 62 dadurch gebildet werden, daß die eingegebene Blindleistung Ni, ebenfalls durch den Betrag |/| des Stromes /des Stromrichters 14 gebildet wird.

Aus F i g. I ist weiter ersichtlich, daß die Wirkleistung /V₁₁ und die Blindleistung Ni, von einem Leistungsmcßglied 64, das zwischen dem Ausgang des Stromrichters 14 und der Sammelschiene 8 angeordnet ist, gebildet werden. Prinzipiell ist es gleichgültig, wie dieses Leistungsmeßglied 64 aufgebaut ist. Im vorliegenden Fall wird ein solches verwendet, dac im Prinzip in der deutschen Patentschrift 19 41 312 näher beschrieben ist. Allerdings sind bei der bekannten Schaltung abweichend von der Darstellung in Fig. 1 die Dividierglieder 52, 62 in die Schaltung mit einbezogen, so daß die Größen Un und Un von der Schaltung geliefert werden.

Nach Fig. 1 werden mittels eines Stromwandlers 66 und eines nachgeschalteten Meßwertumformers 68 der Phasenstrom ;« in der Phase R einerseits und mittels eines weiteren Stromwandlers 70 und eines nachgeschalteten Meßwertumformers 72 der Phasenstrom /s in der Phase 5andererseits ermittelt. Diese beiden Größen ir, is werden einem ersten Koordinatenwandler 74 zugeleitet. Dieser bildet zwei auf ein Koordinatensystem (λ, β) bezogene Ausgansgrößen U und i_;i, die einem Vektordreher 76 zugeleitet sind. Weiterhin wird mittels eines Spannungsabgriffes zwischen den Phasen R, Sund eines Meßwertumformers 78 die verkettete Spannung £/«.s" gemessen. Entsprechend wird auch mittels eines Abgriffes zwischen den Phasen 5, T und eines Meßwertumformers 80 die verkettete Spannung Usi gemessen. Beide Größen Uns und Ust werden einem weiteren Koordinatenwandler 82 zugeleitet, der auf dasselbe Koordinatensystem (λ, β) bezogene Ausgangsgrößen U_x und u$ abgibt. Auch diese beiden Ausgangsgrößen ti*, und U;t werden dem Vektordreher 76 zugeleitet. Mit Hilfe bekannter Verknüpfungsgleichungen bildet der Vektordreher 76 Ausgangsgrößen, die der Wirkleistung N_n bzw. der Blindleistung Ni, proportional sind. Diese Verknüpfungsgleichungen sind:

NJi) = iji) ■ tiJi) + i„{i) ■ ujt)

NJl) = ;"„(/) ■ U₁₁U)-iJD ■ uJi).

Gemäß dem Verbraucherzählpfeilsystem erscheint die Wirkleistung N_w\m motorischen Betrieb positiv, was einer Wirkleistungsaufnahme entspricht, die Blindleistung Nb hingegen erscheint negativ, was einer Blindleistungsabgabe entspricht

Aus dem Vektordiagramm von Fig.3 ist das Erscheinungsbild der genannten »Asynchrongeneratorschwingung« zu entnehmen. Diese Schwingung wird durch eine kreisförmige Form der Ortskurve des Maschinenspannungsvektors U im Umrichterstromsystem repräsentiert

Aus F i g. 3 ist zu entnehmen, daß der Vektor JJ der dreiphasigen Maschinenspannung U auf einer kreisförmigen Ortskurve mit dem Radius zH/umläuft Der Kreis ist durch die Selbsterregung der asynchron laufenden

Drehfeldmaschine charakterisiert. Bezüglich des Stromes/läßt sich der Maschinenspannungsvektor IJm eine Wirkspannungskomponente Un und eine Blindspannungskomponente Un zerlegen. Beiden Komponenten läßt sich je ein stationärer Gleichanteil zuordnen, der durch die Lage des Mittelpunkts des Kreises gekennzeichnet ist. Ausgehend von dem stationären Wert laßt sich eine zeitlich veränderliche abgehobene Wirkspannungskomponente AUn und eine zeitlich veränderliche abgehobene Blindspannungskomponente AUn festlegen.

Im unteren Teil von Fig. 4 ist die kreisförmige, mitlelpunktsverschobene Ortskurve des Maschinenspannungsvektors U nochmals dargestellt. Die voranstehend erwähnte Wichtung unter Berücksichtigung des Winkels γ mit den Wichtungsfaktoren cos γ und sin γ läßt sich nach Fig. 4 als eine Drehung des Maschinenspannungsvektors U um den Winkel γ aulfassen. Diese Drehung ist in F i g. 4 gezeigt. Der gedrehte Maschinenspannungsvektors U)i wird in einem Koordinatensystem ((X, ß) betrachtet. Es ist ersichtlich, daß die Abhebung des neuen Vektors A Lj bezüglich der «-Koordinate — bis auf den Faktor V,/— das Zusatzsignals υ,/ergibt.

In F i g. 5 sind verschiedene Zeitdiagramme dargestellt. Das erste Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 28. Es handelt sich hierbei um einzelne Spannungsimpulse. Wie aus dem zweiten Diagramm ersichtlich ist, wird mit jeder Anstiegsllanke eines dieser .Spannungsimpulse ein Sägezahngenerator gestartet, so daß ein Sägezahnsignal s zustandekommt. Alle 60°el erfolgt bei sechspulsigem Betrieb eine Zurücksetzung eines zeillich linear ansteigenden Sägezahns. Im dritten Diagramm ist das Ausgangssignal ρ des Phasenschiebers 32 für den Fall dargestellt, daß das Zusatzsignal uj gleich Null ist, daß also keine störende Asynchrongeneratorschwingung festgestellt wird. In diesem Fall werden die einzelnen Zündzeitpunkte der steuerbaren Ventile des Stromrichters t4 durch je einen Schnittpunkt des Sägezahnsignals 5 mit dem Zusatzsignal (/,/=0 bestimmt. Die sich ergebende Impulsfolge ρ zeichnet sich dadurch aus, daß die einzelnen Zündimpulse einen äquidistanten Abstand von je entsprechend 60° el haben. Wird dagegen von der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Schaltung eine Asynchrongeneratorschwingung festgestellt und daraufhin ein Zusatzsignal uj¥=0 abgegeben, so werden die Zündzeitpunkte nunmehr durch die Schnittpunkte der Sägezahnkurve smit dem Zusatzsignal uj festgelegt (vergleiche zweites Diagramm). Die hierbei entstehende Impulsfolge ρ ist im vierten Diagramm dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Zündzeitpunkte der einzelnen Ventile gemäß dem Verlauf des Zusatzsignals ujt) moduliert werden. Mit anderen Worten: Die einzelnen Zündzeitpunkte werden gegenüber dem ungestörten Verlauf um einen Winkel Au. phasenverschoben. Im vierten Diagramm ist auch eingezeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen zwei Zündungen nun nicht mehr äquidistant zu sein und keineswegs mehr einem Winkel von 60° el zu entsprechen braucht

Es soll noch einmal festgehalten werden, daß die optimale Einstellung des Verlaufs des Zusatzsignals u_d bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 an den Einstellorganen der beiden Bandpässe 34, 36 und am Einstellorgan des P-Gliedes 40 und bei der Ausführungsform nach F i g. 2 an den Einstellorganen der P-Glieder 44, 46 und des Bandpasses 50 empirisch vorgenommen wird.

In Fig.6 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt

Il

bei der ein Zusatzsignal u,n gebildet wird. Im Gegensatz, zur Stromrichterschaltung von F i g. I wird dieses Zusatzsignal u,n nicht zur Veränderung der Phasenlage der von der Steuerschaltung 28, 30 abgegebenen Steuerimpulse, sondern zur Veränderung der Frequenz dieser Steuerimpulse und damit zur Veränderung der Frequenz /' herangezogen. Auch hier wird eine entsprechende Aufschaltung vorgenommen. Die Aufschaltung nach Fig. I und F i g. b führen letztlich /i:m selben Ergebnis.

Nach F i g. 6 wird auch hier als Zusatzsignal /;,// eine additive Mischung von abgehobener Wirkspannungskomponente AUn und Blindenspannungskomponente AUn des an den Drehfeldmaschine!! 2, 4, 6 liegenden Maschinenspannungsvektors Ugenommen.

Es sei angenommen, daß die Wirkspannungskomponente Un und die Blindspannungskomponente (//.· durch irgendeine Schaltung, beispielsweise mich Fig. I gebildet sind, (ede Komponente ί//ι, Un. wird einem Bandpaß 74 bzw. 76 zugeführt, wo die Abhebung stattfindet. An jedem Bandpaß 74, 76 ist auch hier wieder ein Einstellorgan vorhanden, mit dem die abgehobene Wirkspannungskomponente Ji'/1 mit einem Faktor cos(j' — 90°) und die abgehobene Blindspannungskomponente AUi 2 mit einem Faktor sin()'-90 ) versehen wird. Der Winkel n = (j'-W) ist hierbei wieder eine empirisch einstellbare Größe: die Einstellorgane dienen zur optimalen Abstimmung. Die Faktoren cos ä und sin t) entsprechen auch hier wieder zwei um 90" gegeneinander versetzten Winkeln. Über diese Faktoren wird die Wichtung vorgenommen. Im Vergleich zu F i g. 1 sind hier ersichtlich andere Wichtungsfaktoren maßgeblich; um den Vergleich zu

erleichtern, werden die Wichtungsfaktoren mit dem bei Fig. 1 verwendeten Winkel)'ausgedrückt.

Die am Ausgang des Bandpasses 74 auftretende gewichtete Wirkspannungskomponente cosd-AUn > und die am Ausgang des Bandpasses 76 auftretende gewichtete abgehobene Biindspannungskomponenie smöAUi: werden den beiden Eingängen einer Summierslule 78 zugeführt. Ihrem Ausgang ist ein /'-Glied 80 nachgeschaltet, das die gemischte Größe

in J (, ι zugeführt erhält. Das /'-Glied 80 besitzt den Verstärkungsfaktor V₁//. der an einem Einsiellorgan einstellbar ist. Auch dieses F.instellorgan dient der optimalen Abstimmung. Am Ausgang des /"-Gliedes 80 wird das Zusatzsignal uji abgegriffen, das zusammen mit

η dem Frequenzsteuersignal </, einem Additionsglied 82 zugeführt wird. Mit dem Zusatzsignal u,u wird das vorgegebene Frequenzsieuersignal i/, korrigiert. Das Additionsglied 82 ist dem Spannungs-Frequenz-lInisetzer 28 vorgeschaltet.

:ii Aus der bisherigen Schilderung von F i g b ist ersichtlich, daß sich das Zusatzsignal iiji in folgender mathematischer Form darstellen läßt:

AU_n t- sin))· ¹X ΓΊ

AL_n + A":¹ · .It,,

(3a)

I la

«ι Auch mittels der Aufschaltung des Zusatzsignals ;/,,,. auf die Frequenz /"läßt sich bei optimaler Einstellung die Selbsterregung der Drehfeldmaschine 2, 4, 6 ausreichend dämpfen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Stromrichterschaltung mit einem über eine Steuerschaltung steuerbaren Stromrichter, der eine oder mehrere asynchron laufende Drehfeldmaschinen, insbesondere Hysteresemaschinen, mit einstellbarer Maschinenspannung speist und an dessen lastseitigen Ausgang ein Kondensator zur Blindleistungskompensation angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltung (28, 30) ein Zusatzsignal (uj, uji) aufgeschaltet ist, das ein gewichtetes Signal ist und sich aus dem sich zeitlich ändernden Anteil der Wirkspannungskomponente (AUn) und dem sich zeitlich ändernden Anteil der Blindspannungskomponente (AUi₂) des Maschinenspannuugsvektors (Li/zusammensetzt.

2. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzsignal (uj) nach der Beziehung