DE3721631C2

DE3721631C2 -

Info

Publication number: DE3721631C2
Application number: DE3721631A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Hitachi Jp Matsui; Toshiaki Tokaimura Ibaraki Jp Okuyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1990-06-13
Also published as: DE3721631A1; CN87104591A; US4764859A; CN1008864B; JPS6399770A; JPH0783599B2

Description

Die Erfindung betrifft zwei Einrichtungen und ein Verfahren zur Steuerung eines Direktumrichters mit Kreisstrom gemäß dem Oberbegriffs der Ansprüche 1, 2 bzw. des Anspruchs 3.

Mit Hilfe eines solchen Direktumrichters ist es möglich, einen Wechselstrommotor mit einem elektrischen Strom mit variabler Frequenz zu speisen der beispielsweise ein Induktionsmotor oder dergleichen sein kann.

Es ist bereits ein Direktumrichter mit Kreisstrom zur Verknüpfung von Eingangswechselspannungen bekannt, um eine Ausgangswechsel spannung mit einer Frequenz zu erzeugen, die sich von der der Eingangswechselspannung unterscheidet. Da ein derartiger Direktumrichter in der Lage ist, die Leitfähigkeitsperioden von Thyristoren in kontinuierlicher Weise umzuschalten bzw. zu verändern, die zu einer positiven und einer negativen Gruppe zusammengefaßt sind, läßt sich als Ausgangsstrom-Wellenform eine wenigstens annähernd sinusförmige Wellenform einstellen. Hierdurch werden ungewünschte Drehmomentschwankungen, die insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des die Last des Direktumrichters bildenden Motors auftreten, unterdrückt. Der bekannte Direktumrichter weist jedoch den Nachteil auf, daß sein Eigenleistungsfaktor vermindert ist, da der gesamte Kreisstrom eine nacheilende Blindkomponente bildet.

Aus DE 31 38 103 A1 ist ferner eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Kompensation einer derartigen Blindkomponente in der abgegebenen Leitung eines Direktumrichters mit Kreisstrom bekannt. Das Blindleistungs-Steuersystem nach dieser Veröffentlichung ist so ausgebildet, daß der Kreisstrom in den einzelnen Phasen des Umrichters unterschiedlich eingestellt wird. Dabei wird der Kreisstrom in derjenigen Phase reduziert, in der der Laststrom einen großen Absolutwert aufweist, während er in derjenigen Phase vermindert wird, in der der Laststrom einen kleineren Absolutwert besitzt. Auf diese Weise wird die Blindleistung unter Verwendung voreilender Blindkomponenten gesteuert, die durch am Leistungsempfangsende vorhandene Phasenschieberkondensatoren erzeugt werden, ohne daß es erforderlich ist, die Kapazität des Umrichters signifikant zu erhöhen.

Beim bekannten Blindleistungs-Steuersystem wird jedoch der Kreisstrom im Überlastzustand nicht in besonderer Weise gesteuert. Das bedeutet, daß bei Auftreten des Überlastzustandes ein über an Gleichstrom-Drossel auftretender Spannungsabfall erhöht wird, so daß sich die Ausgangsspannung des Umrichters in einer solchen Weise verändert, daß der die Last bildende Wechselstrommotor nicht mehr das gewünschte Drehmoment abgibt. Um dieses Problem zu überwinden, kann die Quellenspannung des Umrichters auf einen Spannungspegel angehoben werden, der erforderlich ist, wenn sich die Last im Überlastzustand befindet (dieser Spannungspegel ist gleich der Summe aus dem Spannungsabfall an der Gleichstrom-Drossel und der zur Last gelieferten Spannung). Mit einer derartigen Maßnahme wird jedoch die Blindkomponente erhöht, wenn sich die Last nicht mehr im Überlastzustand, sondern im sogenannten Leichtlast-Zustand befindet. Es wird also auch hier wiederum der Eigenleistungsfaktor (source power factor) herabgesetzt. Um den erhöhten Anteil der Blindkomponente mit Hilfe eines Phasenschieberkondensators am Leistungsempfangsende zu absorbieren, ist es erforderlich, die Kapazität des Phasenschieberkondensators zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und zwei Einrichtungen zur Steuerung eines Direktumrichters mit Kreisstrom zu schaffen, wobei die Quellenspannung auf eine erforderliche Spannung eingestellt werden kann, wenn sich die Last im maximalen Überlastzustand befindet, ohne daß dabei der Eigenleistungsfaktor im sogenannten Leichtlast-Zustand vermindert wird.

Lösungen dieser Aufgabe sind den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bis 3 zu entnehmen.

Danach wird der Kreisstrom so lange konstant gehalten, solange nicht die Summe aus dem an der Gleichstrom-Drosselspule auftretenden Spannungsabfall und der zur Last gelieferten Spannung (z. B. die Ausgangsspannung des Umrichters) eine Quellenspannung überschreitet. Übersteigt dagegen diese Summenspannung die Quellenspannung, so wird ein zusätzlicher Kreisstrom zur Reduzierung des Spannungsabfalls an der Gleichstrom-Drosselspule erzeugt. Dadurch läßt sich die Quellenspannung des Umrichters auf eine Spannung setzen, die von der Last im Überlastzustand gefordert wird, und zwar ohne Verminderung des Eigenleistungsfaktors im Leichtlast-Zu stand.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Direktumrichters mit Kreistrom mit zugeordneter Steuereinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2A bis 2C Wellenformen eines Kreisstroms,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Größe des Laststroms in Abhängigkeit seiner Kreisfrequenz,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Größe eines Kreis strombefehls in Abhängigkeit eines Produkts aus der Größe des Laststroms und seiner Kreisfrequenz,

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Direktumrichters mit Kreisstrom und

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Koeffizienten k und der Größe des Produkts aus Laststrom und seiner Kreisfrequenz.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Direktumrichter einen "po sitiven" Teilumrichter 2, z. B. eine positive Gruppe von Thyristoren, einen "negativen" Teilumrichter 3, z. B. eine negative Gruppe von Thyristoren, und eine Gleichstrom-Drossel 4, die einen Mittelabgriff aufweist. Sowohl der "positive" Teilumrichter 2 als auch der "negative" Teilumrichter 3 sind mit einem Leistungstransformator 1 verbunden. Im Zusammenhang mit Fig. 1 sei erwähnt, daß der "positive" Teilumrichter 2 und der "negative" Teilumrichter 3 nur für eine Phase eingezeichnet sind, und daß der mit dem Mittenabgriff der Gleichstrom-Drossel 4 verbundene Wechselstrommotor nur bezüglich einer Phase in Form einer Ersatzschaltung 5 dargestellt ist. Die Ausgangsspannungen v _P und v _N des "positiven" Teilumrichters 2 und des "negativen" Teilumrichters 3 lassen sich jeweils durch ein Gatepulssignal verändern, das durch eine Phasenansteuerschaltung 6 erzeugt wird. Eine Addierstufe 8 empfängt an einem Eingang einen Laststrombefehl oder -sollwert i _L* und an einem anderen Eingang ein Laststrom-Detektorsignal oder -istwert i _L, wobei das letztere durch einen Laststromdetektor 18 erzeugt und der Addierstufe 8 als Rückkopplungssignal zugeführt wird. Die Differenz zwischen dem Laststrombefehl i _L* und dem Laststrom-Detektorsignal i _L wird mit Hilfe eines Reglers 7 bzw. Verstärkers verstärkt, um ein Lastspannungs-Befehlssignal v _L* zu erhalten, mittels dessen eine für die Last 5 erforderliche Spannung einstellbar ist, wobei die Last 5 durch einen Wechselstrommotor gebildet wird. Ferner ist eine Addierstufe 10 vorhanden, die an einem Eingang einen Kreisstrombefehl i _O* und an einem anderen Eingang ein Kreisstrom-Detektorsignal i _O empfängt, wobei letzteres durch eine Kreisstrom-Detektorschaltung 14 erzeugt wird. Das Kreisstrom-Detektorsignal i _O von der Kreisstrom-Detektorschaltung 14 wird der Addierstufe 10 als Rückkopplungssignal zugeführt. Die Differenz zwischen diesen beiden Eingangssignalen i _O* und i _O wird mit Hilfe des Reglers 9 bzw. Verstärkers verstärkt, um auf diese Weise einen Spannungsbefehl v _O* am Ausgang des Reglers 9 zu erhalten. Das Kreisstrom-Detektorsignal i _O wird mit Hilfe der Kreisstrom-Detektorschaltung 14 arithmetisch bestimmt, und zwar auf der Grundlage eines Stromdetektorsignals i _P, das durch einen Umrichter-Ausgangsstromdetektor 19 geliefert wird, der mit dem "positiven" Teilumrichter 2 verbunden ist, sowie auf der Grundlage eines Stromdetektorsignals i _N, das von einem Umrichter-Ausgangsstromdetektor 20 geliefert wird, der mit dem "negativen" Teilumrichter 3 verbunden ist, sowie auf der Grundlage des Laststrom-Detektorsignals i _L, das durch den Laststromdetektor 18 erzeugt wird. Die Berechnung des Kreisstrom-Detektorsignals i _O erfolgt über die nachstehende Gleichung:

Die Ausgangsspannungsbefehle v _P* und v _N* für den "positiven" Teilumrichter 2 und den "negativen" Teilumrichter 3, die der Phasensteuerschaltung 6 zugeführt werden, werden mit Hilfe von Addierstufen 16 und 17 sowie mit Hilfe einer Invertierschaltung 15 gebildet, und zwar durch arithmetische Verarbeitung der Signale v _L* und v _O* über folgende Gleichungen:

v _P* = v _L* + v _O* (2)

v _N* = -v _L* + v _O* (3)

Werden jeweils die Verhältnisse der Ausgangsspannungenv _P und v _N des "positiven" und des "negativen" Teilumrichters zu den Befehlsspannungen v _P* und v _N* durch die Größen K _P und K _N ausgedrückt, so besteht zwischen letzteren folgender Zusammenhang:

K _P = -K _N (4)

Unter Verwendung der oben beschriebenen Beziehungen werden folgende Zusammenhänge zwischen den Größen v _P, v _N und v _L*, v _O* erhalten:

Die bis jetzt beschriebenen Schaltungselemente und arithmetischen Operationen lassen sich auch im Zusammenhang mit dem herkömmlichen Direktumrichter verwenden.

Detaillierte Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels

Der Spannungsbefehl v _O* für den erforderlichen Kreisstromfluß und der Spannungsbefehl v _L* für den erforderlichen Laststromfluß werden in der bereits oben beschriebenen Weise bestimmt.

Es sei nun angenommen, daß die Ausgangsspannungen des "positiven" Teilumrichters 2 und des "negativen" Teilumrichters 3 durch die Größen v _P und v _N repräsentiert werden, wobei die entsprechenden Ausgangsströme durch die Größen i _P und i _N dargestellt werden. Eine Klemmenspannung (sie stimmt mit der Phasenspannung überein) des die Last 5 bildenden Wechselstrommotors wird durch die Größe v _L ausgedrückt. Der Innenwiderstand des Wechselstrommotors wird durch die Größe R _L bezeichnet, wobei sein induktiver Blindwiderstand L _L ist. Ferner werden das Spannungsäquivalent zur elektromotorischen Gegenkraft des Motors e _M, der Laststrom des Motors mit i _L, der Widerstand der Gleichstrom(DC)-Drosselspule mit r, ihre Selbstinduktivität mit L, ihre Gegeninduktivität mit M und ein Differentialoperator d/dt mit p bezeichnet. Die Polaritäten der Spannungen und Ströme sind in Übereinstimmung mit den in Fig. 1 gezeigten Pfeilrichtungen gewählt. Unter diesen Bedingungen lassen sich die Spannungen v _P, v _N und v _L durch folgende Gleichungen ausdrücken:
a

v _P = (r + pL) · i _P + pM · i _N + v _L (7)

v _N = -pM · i _P - (r + pL) · i _N + v _L (8)

v _L = (R _L + pL _L) · i _L + e _M (9)

Unter Berücksichtigung der Polaritäten des Laststroms i _L und der Umrichter-Ausgangsströme i _P und i _N ergibt sich folgendes:

Für den Fall i _L O:
i _P = i _L + i _O, und i _N = i _O (10)

Für den Fall i _L < O:
i _P = i _O, und i _N = -i _L + i _O (11)

Anhand der Gleichungen (10) und (11) werden folgende Ausdrücke erhalten:

i _P - i _N = i _L (12a)

i _P + i _N = |i _L | + 2 · i _O (12b)

Unter Berücksichtigung der Gleichungen (7), (8) und (12) lassen sich die Gleichungen (5) und (6) wie folgt umschreiben:

Wie anhand der Gleichung (13) zu erkennen ist, wird der Laststrom i _L durch den Lastspannungsbefehl v _L* gesteuert. Nimmt in diesem Zusammenhang die Selbstinduktivität L den gleichen Wert wie die Gegeninduktivität M der Gleichstrom(DC)-Drosselspule 4 an, ist also L = M, so gilt wenigstens näherungsweise K _P · v _L* ≈ v _L, da « gegenüber v _L ist. Auf der anderen Seite wird der Spannungsbefehl v _O*, der zum Fließen des Kreisstroms i _O erforderlich ist, durch den Differentialwert des Absolutwerts des Laststroms i _L und durch den Differentialwert des Kreisstroms i _O bestimmt.

Dadurch wird erreicht, daß ein Kreisstrom I _OC mit flachem Verlauf, d. h. im wesentlichen konstanter Kreisstrom, entsprechend Fig. 2A fließt, wenn das Produkt aus der Größe des Laststroms und seiner Kreisfrequenz nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist. Auf der anderen Seite fließen Kreisströme i _O in Abhängigkeit der Größe des oben beschriebenen Produkts gemäß den Fig. 2B und 2C, wenn das genannte Produkt den vorbestimmten Wert überschreitet. Der Kreisstrombefehl i _O*, der durch die Kreisstrom-Befehlsschaltung 21 A des nach Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels erzeugt wird, erfüllt somit die folgende Bedingung:

Hierbei sind I _LP* ein Spitzenwert des Laststrombefehls, I _OC* ein im wesentlichen konstanter Kreisstrom-Befehlswert und k ein Koeffizient oder Faktor, der dem Produkt aus Laststrom und Kreisfrequenz des Laststroms entspricht. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Kreisstrom-Befehlsschaltung 21 A eine Multiplizierstufe 25 zur Bestimmung des Produkts aus der Größe I _LP* und der Kreisfrequenz ω sowie einen Funktionsgenerator (13) zur Erzeugung des Koeffizienten k in Übereinstimmung mit der Größe des Produkts enthält. Das Koeffizientensignal k wird einem Eingang einer Multiplizierstufe 30 zugeführt. Der Spitzenwert des Laststrombefehls I _LP* wird zum Ausgangssignal einer Absolutwertschaltung 24 hinzuaddiert, und zwar mit Hilfe einer Addierstufe 12. Die sich ergebende Summe wird von der Addierstufe 12 dem anderen Eingang der Multiplizierstufe 30 zugeführt. Auf diese Weise wird die arithmetische Berechnung in Übereinstimmung mit dem ersten Term auf der rechten Seite der Gleichung (15) ausgeführt. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 30 wird zu einer Addierstufe 11 übertragen.

Die Spannung v _S, die für die Last 5 im Überlastzustand erforderlich ist, wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Hierbei ist I _Lmax der Stromwert bei der maximalen Kreisfrequenz.

Im Falle eines flach verlaufenden Kreisstroms gemäß Fig. 2A wird ein Spannungsabfall über der Gleichstrom(DC)-Drosselspule 4 aufgrund des Laststroms erzeugt. In diesem Fall wird also eine Ausgangsspannung v _{P 1} des Umrichters erhalten, die sich durch folgende Gleichung bestimmt:

In der Fig. 3 sind der Bereich des Laststroms und der Bereich der Kreisfrequenz des Laststroms dargestellt, und zwar bezogen auf die drei verschiedenen Kreisströme gemäß den Fig. 2A, 2B und 2C. Genauer gesagt kann der flache Kreisstrom nach Fig. 2A nur in einem Bereich fließen, der in Fig. 3 durch folgende Wege eingegrenzt ist: "O → I _Lmax → C → B → ω _max". Die Kreisstrom-Betriebsart nach Fig. 2C entspricht dabei dem in Fig. 3 gezeigten Punkt A, während die Kreisstrom-Betriebsart nach Fig. 2B in einem Bereich durchführbar ist, der durch folgende Wege bzw. Kurvenstücke eingeschlossen ist: "A → C → B". Für den Fall, daß die Widerstände der Gleichstrom-Drossel und der Last sehr klein gegenüber der Größe der Reaktanz bzw. der Größe des Blindwiderstands sind, läßt sich die durch die Grenzkurve C-B dargestellte Beziehung zwischen den Betriebsarten nach den Fig. 2A und 2B anhand der Gleichungen (16) und (17) wie folgt bestimmen:

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Größe des Koeffizienten k des Kreisstrombefehls i _O* gemäß Gleichung (15) schwankt, und zwar in Abhängigkeit eines Produktes aus der Größe des Laststroms I _L und seiner Kreisfrequenz ω (z. B. der maximale Differentialwert des Laststroms), und zwar wie folgt:

Ist ω · I _L (ω · I _L)_c,
so gilt: k = 0 (19)

Ist ω · I _L ω _max · I _Lmax,
so gilt: k = 1 (20)

Ist ω _max · I _Lmax < ω · I _L < (ω · I _L)_c,

wobei (ω · I _L)_c = {L _L/(L _L + L) } · ω _max · I _Lmax- ist.

Detaillierte Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels

Es sei darauf hingewiesen, daß es im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erforderlich ist, einen glatten Wechsel zwischen den drei oben genannten Betriebsarten durchzuführen, also zwischen der Betriebsart mit flachem, d. h. im wesentlichen konstantem Kreisstrom gemäß Fig. 2A, der Betriebsart mit einem Kreisstrom gemäß Fig. 2B und der Betriebsart mit einem Kreisstrom gemäß Fig. 2C. Ferner sei bemerkt, daß die Kreisströme nach den Fig. 2B und 2C jeweils eine Wechselstromkomponente enthalten. Wie diese Figuren zeigen, ist die Frequenz der konvexen Wellenform doppelt so groß wie die des Laststroms i _L, was bedeutet, daß der Kreisstrom mit konvexer Wellenform innerhalb des bis jetzt beschriebenen Kreisstrom-Steuersystems (ACR-System) aufgrund der Ansprechverzögerung dieses Systems nur schwer fließen kann. Weist beispielsweise der Laststrom eine hohe Frequenz auf, so kann der Steuersystemausgang aufgrund der Sprechverzögerung eine umgekehrte Polarität annehmen. Im schlechtesten Fall würde selbst der Spitzenwert des Kreisstroms so verstärkt werden, daß ein Überstrompegel detektiert wird.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird das oben beschriebene Problem überwunden, wobei die Umrichterspannung zum Treiben des Kreisstroms getrennt nach Gleichstrom- und Wechselstromkomponenten behandelt wird. Die Gleichspannungskomponente wird von einem Ausgang einer Stromsteuerschaltung geliefert, während die Wechselspannungskomponente von einer Schaltung 22 zur Kompensation des Spannungsabfalls an der Gleichspannungs-Drossel geliefert wird.

Ein Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ein Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Kreisstrom-Befehlsschaltung 21 B eine Schaltung 26 zur proportionalen Veränderung des Verstärkungsgrads bzw. zur Multiplikation des Befehls I _LP* für den Laststromspitzenwert mit einem vorbestimmten Verstärkungsgrad enthält und darüber hinaus eine Addierstufe 11 aufweist, mit deren Hilfe das Ausgangssignal der Schaltung 26 zum Befehl I _OC* für einen flachen Kreisstrom hinzuaddiert wird. Die Addierstufe 11 ist so ausgebildet, daß sie ein konstantes Gleichstromsignal ausgibt. Die Addierstufe 10 empfängt an einem Eingang das Ausgangssignal einer Rückkopplungssignalschaltung 31 zur arithmetischen Bestimmung der Gleichstromkomponente des Kreisstroms. Der andere Eingang der Addierstufe 10 ist mit dem Ausgang der Addierstufe 11 verbunden.

Hinsichtlich des Wechselspannungskomponentenbefehls für den Kreisstrom wird das Ausgangssignal der Spannungsabfall- Kompensationsschaltung 22 zur Kompensation des Spannungsabfalls an der Gleichstrom-Drossel 4 einer Verstärkungsfaktor-Korrekturschaltung 35 zugeführt, um arithmetisch verarbeitet zu werden. Das Ausgangssignal der Verstärkungsfaktor-Korrekturschaltung 35 wird zu einer Addierstufe 32 geliefert. Dort wird es zum Ausgangssignal des Reglers 9 hinzuaddiert.

Die arithmetische Rückkopplungs-Signalschaltung 31 enthält eine Absolutwertschaltung 28 zur Bildung eines Absolutwertsignals anhand des Detektorausgangssignals des Laststromdetektors 18, eine Schaltung 27 zur proportionalen Veränderung des Verstärkungsfaktors bzw. zur Multiplikation des Ausgangssignals der Absolutwertschaltung 28 mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor sowie eine Addierstufe 29 zur Addition des Ausgangssignals der Schaltung 27 mit dem Detektorsignal des Kreisstromdetektors 14.

In der Spannungsabfall-Kompensationsschaltung 22 zur Kompensation des Spannungsabfalls an der Gleichstrom- Drossel wird der Laststrombefehl i _L* einer Schaltung 36 zur proportionalen Veränderung des Verstärkungsfaktors zugeführt, einer Differenzierstufe 37 sowie einer Polaritätsdetektorschaltung 39. Das Ausgangssignal der Differenzierstufe 37 wird einer Schaltung 38 zur proportionalen Veränderung des Verstärkungsfaktors zugeführt, um damit auf arithmetischem Wege einen Reaktanzspannungsabfall an der Gleichstrom-Drossel 4 aufgrund des Laststroms zu bestimmen. Das Ausgangssignal der Schaltung 38 zur proportionalen Veränderung des Verstärkungsfaktors wird einer Addierstufe 40 zugeführt, in der es zum Ausgangssignal der Schaltung 36 hinzuaddiert wird. Auf diese Weise wird auf arithmetischem Wege ein Widerstandsspannungsabfall an der Gleichstrom-Drossel bestimmt. Das Ausgangssignal der Addierstufe 40 wird dann mit dem Ausgangssignal der Polaritätsdetektorschaltung 39 in einer Multiplizierstufe 41 multipliziert.

Als nächstes wird das dem zweiten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Prinzip näher erläutert. Hierzu wird angenommen, daß ein Kreisstrom in Übereinstimmung mit der Gleichung (15) erzeugt wird und daß sich der Spannungsbefehl v _O* zum Treiben des Kreisstroms unter Verwendung der Gleichungen (14) und (15) wie folgt bestimmt:

Der erste Term der Gleichung (22) repräsentiert den Differentialwert des Laststrombefehls i _L* (Wechselstrom), multipliziert mit dem Koeffizienten (1-k), und stimmt mit dem Spannungsbefehl für die Wechselstrom-Komponente überein. Der zweite Term repräsentiert die Signalgröße proportional zu derjenigen des Laststromsignals und definiert den Wert des Gleichspannungsabfalls, also den Wert des Spannungsbefehls für die Gleichstrom-Komponente.

Entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der durch den ersten Term der Gleichung (22) gebildete Spannungsbefehl für die Wechselspannungskomponente durch Multiplikation des Ausgangssignals der Spannungsabfall-Kompensationsschaltung 22 mit dem Koeffizienten (1-k) erhalten, und zwar durch die Korrekturschaltung 35. Der durch den zweiten Term der Gleichung (22) beschriebene Spannungsbefehl für die Gleichstrom-Komponente wird in Form eines Ausgangssignals vom Kreisstromregler 9 geliefert. Unter diesen Bedingungen werden der von der Kreisstrom-Befehlsschaltung 21 B erzeugte Strombefehlswert und sein Rückkopplungsanteil arithmetisch durch die Rückkopplungsschaltung 31 wie folgt bestimmt:

Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren wird das Eingangssignal zur Kreisstrom-Steuerschaltung durch die Gleichstromkomponente gebildet und ist daher unabhängig von der Kreisfrequenz des Laststroms. Dies trifft für alle Betriebsarten gemäß den Fig. 2A, 2B oder 2C zu. Das bedeutet, daß die Frequenz des Laststroms unabhängig von der im Kreisstrom-Steuersystem (ACR-System) vorhandenen Antwortverzögerung eingestellt werden kann, so daß das oben erwähnte Problem nicht mehr auftritt. Durch Bestimmung des Koeffizienten k in Übereinstimmung mit dem Produkt der Größe aus dem Laststrom und seiner Kreisfrequenz entsprechend Fig. 6 können darüber hinaus der Befehl für die Kreisstrom-Steuerschaltung, der Rückkopplungsanteil und der Verstärkungsgrad für die Spannungsabfall-Kompensationsschaltung 22 gleichzeitig verändert werden, so daß ein glatter Wechsel zwischen den einzelnen Steuerbetriebsarten durchgeführt werden kann.

Bei den oben beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen des Direktumrichters wurden die entsprechenden Steuersysteme in Form analoger Schaltungen ausgeführt, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Vielmehr kann auch ein digital arbeitendes Steuersystem zum Einsatz kommen, beispielsweise ein Mikroprozessor. Es wurde ferner erwähnt, daß der Koeffizient k in Abhängigkeit der Größe des Produkts aus dem Laststrom und seiner Kreisfrequenz verändert werden kann. Es ist aber auch möglich, den Koeffizienten k nur in Abhängigkeit der Größe des Laststroms zu verändern, wenn eine Änderung in der Kreisfrequenz vernachlässigbar ist.

Claims

1. Einrichtung zur Steuerung eines Direktumrichters mit Kreisstrom, umfassend einen "positiven" Teilumrichter (2) und einen "negativen" Teilumrichter (3), die über eine Gleich strom-Drossel (4) antiparallel geschaltet sind, wobei zwischen Mittelabgriff der Drossel (4) und Verbindungspunkt der beiden Teilumrichter (2, 3) eine einphasige Last (5) ist, mit einer Phasenansteuerschaltung (6), welche in Steuerabhän gigkeit steht von der Summe (mittels 17) und der Differenz (mittels 15, 16) der Ausgangsgrößen eines Kreisstromregelkrei ses (10, 9, 14, 19, 20, 18) und eines Laststromregelkreises (8, 7, 18), dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisstrom-Sollwert (i _O*) mittels einer Kreisstrom-Befehlsschaltung (21 A) nach der Beziehung gebildet wird, wobei i _L* ein Laststrombefehl, I _LP* ein Spitzenwert des Laststrombefehls, I _OC* ein im wesentlichen konstanter Kreisstrom-Befehlswert und k ein Faktor ist, der dem Produkt aus Spitenwert (I _LP*) des Laststrombefehls und Kreisfrequenz (ω) des Laststroms (i _L) entspricht.

2. Einrichtung zur Steuerung eines Direktumrichters mit Kreisstrom, umfassend einen "positiven" Teilumrichter (2) und einen "negativen" Teilumrichter (3), die über eine Gleich strom-Drossel (4) antiparallel geschaltet sind, wobei zwischen Mittelabgriff der Drossel (4) und Verbindungspunkt der beiden Teilumrichter (2, 3) eine einphasige Last (5) vorgesehen ist, mit einer Phasenansteuerschaltung (6), welche in Steuerabhän gigkeit steht von der Summe (mittels 17) und der Differenz (mittels 15, 16) der Ausgangsgrößen eines Kreisstromregelkrei ses (10, 9, 14, 19, 20, 18) und eines Laststromregelkreises (8, 7, 18), dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Subtrahierglied (10) zur Bildung der Kreis stromregelabweichung und Kreisstromdetektor (14) eine Vorrich tung (31) vorgesehen ist, die ein Addierglied (29) aufweist, dessen freier Eingang mit dem Absolutwert (|i _L|) des Last stroms (i _L) - multipliziert mit einem Faktor (k/2) - beauf schlagt ist,
daß der Kreisstromsollwert (i _O*) mittels einer Kreis strom-Befehlsschaltung (21 B) gebildet ist, die ein weiteres Addierglied (11) aufweist, das wiederum mit dem Spitzenwert des Laststrombefehls (I _LP*) und einem Befehl für einen im wesentlichen konstanten Kreisstrom (I _OC*) beaufschlagt ist, und
daß eine Kompensationsschaltung (22) vorgesehen ist, mit der der Spannungsabfall über der Gleichstromdrossel (4) in Ab hängigkeit vom Laststromsollwert (i _L*) ermittelt und - über eine Korrekturschaltung (35) - dem Minus-Eingang eines Subtra hiergliedes (32) zugeführt wird, dessen Plus-Eingang mit der Ausgangsgröße des Kreisstromregelkreises (10, 9, 14, 19, 20, 18) beaufschlagt ist.

3. Verfahren zur Steuerung eines Direktumrichters mit Kreis strom, wobei ein "positiver" Teilumrichter (2) und ein "nega tiver" Teilumrichter (3) über eine Gleichstrom-Drossel (4) antiparallel geschaltet sind, um eine Last (5) mit Wechsel strom vorgegebener Frequenz zu speisen, dadurch gekennzeichnet,
daß dann, wenn der Spitzenwert (I _LP*) des Laststrombe fehls des Direktumrichters unter einem Laststrom-Nennwert liegt, der durch den "positiven" und den "negativen" Teilumrichter (2, 3) fließende Kreisstrom (i _O) auf einen konstanten Wert geregelt wird, und
daß dann, wenn der Spitzenwert (I _LP*) des Laststrombe fehls über dem Laststrom-Nennwert liegt, der Kreisstrom (i _O) ge mäß einem aus dem Spitzenwert (I _LP*) und dem Absolutwert (|i _L|*) des Laststrombefehls gewonnenen Kreisstrom-Befehls wert (i _O*) so gesteuert wird, daß der Spannungsabfall an der Gleichstrom-Drossel (4) abnimmt.