METHOD AND DEVICE FOR THE CONTROL, DURING THE STARTING PHASE, OF A LOAD-CONTROLLED OSCILLATORY-CIRCUIT INVERTER

Abstract: 1. A method for controlling a load-commutated parallel oscillating circuit invertor with the aid of a switching means, to which the sum of proportional magnitudes of the invertor output voltage (U), the output voltage slope (U) and the invertor input current (Id ) are supplied, and which, by changing over from one signal state to the other signal state, triggers the firing pulses (Ua ) for the invertor valves, characterized in that an additional signal (UZ ), which at the beginning of the starting process of the invertor has its highest value, continually decreases during the starting process and a few oscillation periods after the beginning of the starting process dies away, is added to the three mentioned magnitudes of the invertor output voltage (U), the output voltage slope (U) and the invertor input current (Id ).

Description: Verfahren und Einrichtung zur Steuerung eines lastgeführten Parallelschwingkreiswechselrichters beim Startvorgang. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung eines lastgeführten Parallelschwingkreiswechselrichters mit Hilfe eines Schaltungsmittels, dem die Summe verhältnisgleicher Grössen der Wechselrichter-Ausgangsspannung, der Ausgangsspannungssteilheit sowie des Wechselrichter-Eingangsstromes zugeführt werden und das durch Umkippen von einem Signalzustand in den anderen Signalzustand die Zündimpulse für die Wechselrichtervenr tile auslöst. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-PS 16 13 761 bekannt. Paralielschwingkreiswechselrichter dienen beim induktiven Erwärmen und Schmelzen zur Versorgung des Lastkreises mit Mittelfrequenz-Energie. Bei der aus der DE-PS 16 13 761 bekannten Einrichtung erfolgt die Bildung der Wechselrich ter-Zündimpulse über Summierverstärker mit nachgeschalteter bistabiler Kippstufe. Dazu werden die Wechselrichter-Ausgangsspannung, die Ausgangsspannungssteilheit und der Wechselrichter-Eingangsstrom vorzeichenbehaftet summiert. Die Zeitpunkte für die Auslösung der Zündimpulse werden so gelegt, dass über einen lastabhängigen Voreilwinkel die Schonzeit der Ventile ihren kleinsten Wert bei Nennlast erreicht. Damit wird der optimal mögliche Leistungsfaktor des Parallelschwingkreis-Wechselrichters erzielt. Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass beim Startvorgang unter extrem schwierigen Lastkreisverhältnissen wie beispielsweise bei sehr geringer Güte und hoher Dämpfung (Kaltstart) - die zur Anfachung der Lastkreisschwingungen aus einer Starteinrichtung bezogene Startenergie schnell entladen ist. Der Wechselrichtereingangsstrom steigt relativ langsam. Die Spannung im Lastkreis bleibt zunächst klein. Das Verhältnis zwischen Strom und Spannung ist sehr ungünstig. Die Kommutierungsvorgänge im Wechelrichter dauern im Extremfall so lange, dass für die Ventile nicht genügend Schonzeit bleibt, da mit dem bekannten Verfahren die Zündzeitpunkte nicht genügend zeitlich voreilend ausgelöst werden. Damit ist ein sicherer Startvorgang gefährdet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines lastgeführten Parallelschwingkreiswechselrichters zu entwickeln, das bei jedem möglichen Lastkreisverhältnis einen sicheren Startvorgang mit genügend voreilenden Zündzeitpunkten der Ventile gewährleistet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zu den drei genannten Grössen Wechselrichter-Ausgangsspannung, Ausgangsspannungssteilheit und Wechselrichter-Eingangsstrom ein zu Beginn des Startvorganges des Wechselrichters seinen Höchstwert aufweisendes, sich während des Startvorganges kontinuierlich verminderndes und einige Schwingungsperioden nach dem Beginn des Startvorganges abgeklungenes Zusatzsignal hinzu addiert wird. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die vorgenommene Beeinflussung der Steuerung der Wechselrichter-Zündimpulse während des Startvorganges eine Starterleichterung erfolgt. Es wird erreicht, dass die Zündzeitpunkte im Startaugenblick zeitlich so weit voreilend liegen, dass auch bei extrem langen Kommutierungszeiten noch genügend Schonzeit für die Ventile verbleibt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Zündeinsatzsteuerung mit zwei getrennten Wegen zur Erzeugung der um 1800 versetzten Zündimpulse, Fig. 2 ein Blockschaltbild der Zündeinsatzsteuerung mit einem gemeinsamen Weg zur Erzeugung der um 1800 versetzten Zündimpulse, Fig. 3 eine schaltungstechnische Ausführung der Anord nung gemäss Fig. 2, Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der zu summierenden Sig nale und die Lage der Zündzeitpunkte. In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Zündeinsatzsteuerung mit zwei getrennten Wegen zur Erzeugung der um 1800 versetzten Zündimpulse dargestellt. Es sind zwei Summierverstärker 1 und 3 vorgesehen, die jeweils mit einem bistabilen Kippglied 2 und 4 beschaltet sind. Dem Summierverstärker 1 werden eingangsseitig eine der Wechselrichter-Ausgangsspannung u proportionale Grösse +K1 . u, eine der Ausgangsspannungssteilheit du/dt proportionale Grösse +K2 . du/dt, eine dem Wechselrichter-Eingangsstrom Id proportionale Grösse +K3 . Id sowie eine einem Zusatzsignal uZ proportionale Grösse +K4 . uz zugeführt. K1, K2 K3 und K4 sind da bei Proportionalitätsfaktoren. Bei den einzelnen Summanden handelt es sich stets um Ströme, so dass die Proportionali tätsfaktoren K1, K2 und K4 dimensionsbehaftet sind. Dem Summierverstärker 3 werden die Grössen +K1 . u, +K2 . du/dt, -K3 . Id sowie -K4 . UZ zugeführt. Am Ausgang des Summierverstärkers 1 steht die Summe der Ströme K1 . u + K2 . du/dt + K3 . Id + K4 . UZ an. Das bistabile Kippglied 2 gibt an seinem Ausgang den Zündimpuls dann ab, wenn der Summenstrom vom Negativen ins Positive übergeht. Am Ausgang des Summierverstärkers 3 steht die Summe der Ströme K1 . u + K2 . du/dt - K3 Id - K4 uz an. Das bistabile Kippglied 4 gibt an seinem Ausgang den um 1800 versetzten Zündimpuls dann ab, wenn der Summenstrom vom Positiven ins Negative wechselt. Die Anordnung gemäss Fig. 1 sieht zwei getrennte Wege zur Steuerung des Zündimpulseinsatzes für die beiden um 1800 versetzten Zündimpulse der beiden Ventilgruppen des Wechselrichters vor. Sind nun Differenzen im Nullpunkt-, Phasen- und Amplitudenfehler der beiden Summierverstärker 1, 3 sowie unterschiedliche Schwellwerte und Laufzeiten in den beiden bistabilen Kippgliedern 2, 4 vorhanden, dann treten unsymmetrische, d.h. nicht mehr genau um 1800 verschobene Zündimpulse auf. In einer in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführung werden deshalb zur Zündimpulsauslösung nur ein Summierver stärker 5 und ein bistabiles Kippglied 6 verwendet. Fehler wirken sich dann gleichmässig auf beide Zündimpulse aus. Dem Summierverstärker 5 werden über einen Zweiweggleichrichter 7 der positive ungeglättete Gleichrichtwert +Kl/u/ der der Ausgangspannung proportionalen Grösse K1 . u, über einen zweiten Zweiweggleichrichter 8 der negative ungeglättete Gleichrichtwert -K2 . /du/dt/ der der Ausgangsspannungssteilheit proportionalen Grösse K2 . du/dt und direkt die negative, dem Gleichstrom proportionale Grösse -K3 . Id sowie die dem Zusatzsignal uZ proportionale Grösse -K4 . UZ zugeführt. Beim Polaritätswechsel der Summe vom Positiven ins Negative, der in einer Periode der Ausgangsspannung zweimal erfolgt und vom bistabilen Kippglied 6 erfasst wird, werden abwechselnd die beiden Ventilgruppen des Wechselrichters gezündet. In Fig. 3 ist eine schaltungstechnische Ausführung der Anordnung gemäss Fig. 2 dargestellt. Über die Primärwicklung eines Spannungswandlers 9 wird die Wechselrichter-Ausgangsspannung u in die Zündeinsatzsteuerung eingespeist. Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 9 hat eine Mittelanzapfung, die auf Null-Potential liegt und bildet zusammen mit zwei Dioden 10, .11 einen Gleichrichter in Mittelpunktschaltung. Die Anoden der Dioden 10, 11 sind zusammengeschaltet und über einen einstellbaren Widerstand 12 mit dem Summationspunkt e verbunden. Mit dem Widerstand 12 ist der Proportionalitätsfaktor K1 einstellbar, so dass die Grösse K1/u/ in den Summationspunkt e eingespeist wird. Über die Primärwicklung eines Stromwandlers 13 wird der der Ausgangsspannungssteilheit du/dt proportionale Ladestrom C . du/dt eines zum Ausgang des Wechselrichters parallel geschalteten Kondensators C, der in der Fig. 3 nicht dargestellt ist, in die Zündeinsatzsteuerung eingespeist. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 13 speist einen aus vier Dioden 14, 15, 16, 17 bestehenden Gleichrichter in Brückenschaltung. Die verbundenen Anoden der Dioden 14 und 15 liegen auf Null-Potential. Die verbundenen Kathoden der Dioden 16, 17 liegen über einen Widerstand 18 auf Null-Potential und sind über einen einstellbaren Widerstand 19 mit dem Summationspunkt e verbunden. Der Widerstand 19 dient zur Einstellung des Proportionalitätsfaktors K2, so dass die Grösse K2/du/dt/ in den Summationspunkt e eingespeist wird. Der Wechselrichter-Eingangsstrom Id wird der Zündeinsatzsteuerung über einen einstellbaren Widerstand 20 sowie einen weiteren, mit einem Abgriff des Widerstandes 20 verbundenen Widerstand 21 zugeführt. Der Widerstand 20 liegt dabei mit seinem Anschluss auf Null-Potential und dient zur Einstellung des Proportionalitätsfaktors K3, so dass die Grösse K3 . Id in den Summationspunkt e eingespeist wird. Zur Einspeisung der Grösse K u Z in die Zündeinsatzsteuerung dient eine RC-Kombination, bestehend aus einem Kondensator 23 und einem Widerstand 24. Jeweils eine der Anschlussklemmen von Kondensator 23 und Widerstand 24 liegen auf Null-Potential, während die jeweils weiteren Anschlussklemmen zusammengeschaltet und mit einem Schalter 22 verbunden sind. Ein weiterer Widerstand 25 ist mit einem Ab griff des Widerstandes 24 sowie mit dem Summationspunkt e verbunden. Der ausgangsseitige Strom des Widerstandes 25 beträgt K4 , uZ, Die Aufladung des Kondensators 23 über den geschlossenen, mit einer positiven Spannungsquelle verbundenen Schalter 22 erfolgt im Aus-Zustand des Wechselrichters. Zu Beginn des Startvorgangs des Wechselrichters wird der Schalter 22 geöffnet und der Kondensator 23 entlädt sich über den Widerstand 24. Hierbei bestimmen die Grösse der Kapazität des Kondensators 22 die zeitliche Dauer des sich zeitlich vermindernden Zusatzsignals u und der ohmsche Wert des Widerstandes 24 die zusätzliche Anfangsverschiebung der Zündzeitpunkte gegenüber dem Normalbetrieb. Die über den Summationspunkt e eingespeiste Summe # ie der Ströme Kl/u/ + K2/du/dt/ + K3 . Id + K4 . u Z wird einem Schaltungsmittel 26 zugeleitet, das von seiner Funktion her einen Summierverstärker mit einem bistabilen Kippglied vereinigt. Das Schaltungsmittel 26 gibt bei jedem Polaritätswechsel des Summenstromes # ie vom Positiven ins Negative, der in einer Periode der Wechselrichter-Ausgangsspannung u zweimal erfolgt, einen Zündimpuls zur abwechselnden Zündung der beiden Ventilgruppen des Wechselrichters ab. Die Ausgangsspannung des Schaltungsmittels 26 ist mit ua bezeichnet und gibt die zeitliche Abfolge der Zündimpulse an. Der zeitliche Verlauf der zu summierenden Ströme Kl/u/, K2/du/dt/, K3 Id, K4 uz, der Summenstrom ie und die Lage der Zündzeitpunkte, repräsentiert durch die Ausgangsspannung u a des Schaltungsmittels 26 sind in Fig. 4 dargestellt. Im oberen Teil der Fig. 4 ist der Verlauf der einzelnen summenbildenden Ströme und des Summenstromes # e über der Zeitachse t aufgetragen. Mit Kl . ,¯u/ ist der ungeglättete, positive Gleichrichtwert des der Wechselrichterausgangsspannung proportionalen Stromes bezeichnet; er verläuft oberhalb der Zeitachse t. Unterhalb der Zeitachse sind der negative ungeglättete Gleichrichtwert K2 .du/dt/ des der Ausgangsspannungssteilheit proportionalen Stromes eingezeichnet, ebenso wie der dem Wechselrichtereingangsstrom proportionale Strom K3 . Id. Das Zusatzsignal K4 . u verläuft unterhalb der Zeitachse t. Es weist zu Beginn des Startvorganges des Wechselrichters seinen Höchstwert auf und nähert sich mit zunehmender Zeit der t-Achse. Das Zusatzsignal K4 . uZ ist einige Schwingungsperioden nach dem Beginn des Startvorganges abgeklungen. Aus der Addition dieser vier Ströme ergibt sich der Summenstrom ie, der einen etwa dreieckförmigen Verlauf beiderseits der Zeitachse hat. Im unteren Teil ist der Verlauf der Ausgangsspannung u a des Schaltungsmittels 26 über der Zeit und in Abhängigkeit von dem Nulldurchgang des Summenstromes # e aufgetragen. Bei jedem Vorzeichenwechsel des Summenstromes # ie vom Positiven zum Negativen erfolgt ein Wechsel der Spannung ua von dem Wert 1 auf den Wert 0. Dieser Spannungssprung markiert jeweils den Zündimpuls. Mit Hilfe des zeitlich abklingenden Zusatzsignales 1(4 . uz wird erreicht, dass die Zündzeitpunkte im Startaugenblick zeitlich soweit voreilend liegen, dass auch bei extrem langen Kommutierungszeiten noch genügend Schonzeit für die Ventile verbleibt. Mit dem Abklingen des Zusatzsignales K4 u wandern die Zündzeitpunkte gleitend in den durch die Grössen u, du/dt, und Id normalerweise bestimmten Zeitpunkt. Dann ist auch die Lastkreisspannung soweit gestiegen, dass die aus der DE-PS 16 13 761 bekannte Steuerung den Normalbetrieb sicher übernehmen kann.

Claims: Ansprüche 1. Verfahren zur Steuerung eines lastgeführten Parallelschwingkreiswechselrichter mit Hilfe eines Schatungs- mittels, dem die Summe verhältnisgleicher Grössen der Wechselrichter-Ausgangsspannung, der Ausgangsspannungssteilheit sowie des. Wechselrichters-Eingangsstromes zugeführt werden und das durch Umkippen von einem Signalzustand in den anderen Signalzustand die Zündimpulse für die Wechselrichterventile auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass zu den drei genannten Grössen Wechselrichter-Ausgangsspannung (u), Ausgangsspannungssteilheit (du/dt) und Wechselrichter-Eingangsstrom (Id) ein zu Beginn des Startvorganges des Wechselrichters seinen höchsten Wert aufweisendes, sich während des Startvorganges kontinuierlich verminderndes und einige Schwingungsperioden nach dem Beginn des Startvorganges abgeklungenes Zusatzsignal (uz) hinzu addiert wird. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (22) mit seinem ersten Anschluss an einer positiven Spannungsquelle und mit seinem zweiten Anschluss an einem Kondensator (23) mit parallel geschaltetem Widerstand (24) angeschlossen ist, wobei der Schalter (22) zu Beginn des Startvorganges des Wechselrichters geöffnet wird und an einem Abgriff des Widerstandes (24) die dem Zusatzsignal (uz) proportionale Grösse (K4 . uz) entnehmbar ist Fig 3). 3. Einrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungsmittel aus zwei Summierverstärkern (1, 3) mit nachgeschalteten bistabilen Kippgliedern (2, 4) besteht, wobei der der Wechselrichter-Ausgangsspannung (u) proportionale Summand (K1 . u) und der der Ausgangsspannungssteilheit (du/dt) proportionale Summand (K2 . du/dt) den Summierverstärkern (1, 3) mit gleicher Polarität und der dem Wechselrichter-Eingangsstrom (Id) proportionale Summand (K3 . Id) sowie der dem Zusatzsignal (uz) proportionale Summand (K4 . uz) den Summierverstärkern (1, 3) mit entgegengesetzten Polaritäten zuführbar sind (Fig. 1). 4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungsmittel aus einem Summierverstärker (5) mit nachgeschalte temibistabilen Kippglied (6) besteht, wobei dem Summierverstärker (5) der positive Wert der der Wechselrichterausgangsspannung (u) proportionalen Grösse (Kl/u/) über einen Zweiweg-Gleichrichter (7), der negative Wert der der Ausgangsspannungssteilheit (du/dt) proportionalen Grösse (K2/du/dt/) über einen Zweiweggleichrichter (8) sowie die negativen Werte der dem Wechselrichter-Eingangsstrom (Id) proportionalen Grösse (-K3 . Id) und der dem Zusatzsignal (uz) proportionalen Grösse (-K4. UZ) zuführbar sind (Fig. 2).

Inventors: DREES, GERD WILHELM, DIPL.-ING., FABIANOWSKI, JAN, DR., KIEFFER, FERDINAND
Applicants: BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: H02M7
IPC codes: H02M7