DD217677A1 - Nachfuehrung der steuerfrequenz eines umrichters fuer induktive erwaermung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachfuehrung der Steuerfrequenz eines Umrichters fuer die induktive Erwaermung mit dem Ziel, trotz der sich aendernden Parameter des Lastkreises stets eine optimale Betriebsweise der Anlage zu gewaehrleisten. Das Verfahren arbeitet erfindungsgemaess mit nur einer Istwert-Groesse, der Ausgangsspannung des Umrichters und an Stelle einer zweiten aus dem Leistungsteil des Umrichters heranzuziehenden Istwert-Groesse wird eine im Steuergeraet selbst vorliegende, zur Bildung der Zuendimpulse bestimmte Impulsfolge genutzt. Hiermit ist die Moeglichkeit einer raeumlich getrennten Aufstellung von Umrichter und Erwaermungsmaschine beguenstigt. Weitere Bestandteile der Erfindung betreffen eine Vergroesserung des Wirkungsbereiches und der Stoerfestigkeit der Regelung sowie die Verringerung des Aufwandes der Schaltungstechnischen Realisierung.

Description

Titel der Erfindung

Nachführung der Steuerfrequenz eines Umrichters für induktive . Erwärmung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachführung der Steuer-'frequenz eines Umrichters, welcher MP- oder HP-Strom für induktive Erwärmungsprozesse erzeugt, sowie eine Schaltungsanordnung zu dessen Realisierung. . -

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen.

Statische Umrichter auf der Basis von Halbleiter-Leistungsbauelementen, insbesondere Thyristoren, die Hetzwechselstrom in einen MP- oder HP-Strom umwandeln und an Einrichtungen zur induktiven Erwärmung bereitstellen, kommen in zunehmendem Maße zum breiten industriellen Einsatz. Eine Besonderheit der Betriebsweise derartiger Umrichter ergibt sich durch die technologisch bedingten Schwankungen der Parameter der durch Induktor und Kompensationskapazität gebildeten Lastanordnung. Ziel des Steuerverfahrens muß es sein, unabhängig von den Veränderungen in der Last den sicheren Betrieb des Umrichters zu gewährleisten und nach Möglichkeit einen Arbeitspunkt einzunehmen, der maximalem Leistungsdurchsatz bei hohem Wirkungsgrad entspricht.

Pur die hier betrachtete ,Klasse von Umrichterschaltungen lassen sich diese Verhältnisse prinzipiell durch Hachführung der Ansteuerfrequenz beeinflussen, wofür in zahlreichen Quellen Lösungen vorgeschlagen werden.

Sine vorbekannte Ausführung iat.ein Verfahren, nach dessen Konzeption sowohl.das Erfordernis eines sicheren Betriebes als auch das -Ziel maximalen Leistungsdurchsataes berücksichtigt wird. Der , die Leistung betreffende Lösungsteil besitzt jedoch einen Nachteil, welcher sich aus der Tatsache ergibt, daß zur Verringerung der Zahl der Schnittstellen im Gerät die Prequenzregelung auf der Basis nur eines Istwertes, des Eingangsgleichstromes I,, konzipiert wurde« Die in diesem Zusammenhang vorgeschlagene Maximalwert-Stromregelung besitzt prinzipbedingt eine unstetige Arbeitsv/eise mit Zweipunktverhalten, was eine ?endelung des Arbeitspunktes um das Leistungsmaximum zur Folge hat. hierdurch bleibt der Mittelwert der Leistung gegenüber dein Maximalwert zurück, so daß die projektierte Leistung des Umrichters nicht vollständig genutzt werden kann. . . . ·

Andere-Lösungen, die auf der Basis stetiger Regelungen'arbeiten, ziehen zur Bestimmung des optimalen Arbeitspunktes verschiedene weitere Größen heran. 3o v/erden z. 3. der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung im Lastkreis, der induktive und der kapazitive Strom eines Parallelschwingkreises sowie die induktive..und die kapazitive Spannung eines Reihenschwingkreises ausgewertet. Sin Sacliteil dieser Verfahren ergibt sich durch das Erfordernis, ' zwei unterschiedliche-Istwerte zu erfassen und zu verknüpfen. Pur den in der Induktionserwärmung verbreiteten Fall einer Ausbildung des Last kr eis es als Parallelschwingkreis sind einer oder beide Istwerte in Form von Strömen zu entnehmen, weswegen- zusätzliche. Meßglieder erforderlich werden. ' Während ümrüst- und Abgleicharbeiten wird der Umrichter häufig beinichtabgestimmtem Lastkreis gestartet und betrieben. In diesen Betriebsfällen sind die gegenwärtigen Verfahren meistens nicht in der Lage, den Arbeitspunkt des Umrichters in den Fang-, bereich der Frequenznachführung hineinzuziehen, so daß zusätzliche Starthilfseinrichtungen erforderlich werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Frequenznachführung eines Umrichters für die induktive Erwärmung, mit dem die Einstellung eines angestrebten optimalen Arbeitspunktes des Umrichters bei stetiger Arbeitsweise der Regelung gewährleistet wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung ,,

Die Aufgabe der 3rfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, das nur mit einer, möglichst leicht erfaßbaren Istwert-Größe auskommt. Die Art der Istwerterfassung soll die Möglichkeit einer räumlichen Trennung von Umrichter und Lastkreis nicht einschränken. Die Frequenznachführung soll so beschaffen sein,-daß auch bei . nichtangepaßtem Lastkreis Start und Betrieb des Umrichters möglich sind. . ' ' · ·'

ErfindungSgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem Bestimmung und Einstellung des optimalen Arbeitspunktes anhand nur einer aus dem Leistungsteil zu erfassenden Istwert-Größe.der Umrichter-Ausgangsspannung erfolgt und daß anstelle einer zweiten aus dem Leistungsteil des Umrichters heranzuziehenden Istwert-Größe eine im Steuergerät selbst vorliegende, zur Bildung der Zündimpulse bestimmte Impulsfolge genutzt wird.. Die aus dem Istwert der Umrichter-Ausgangsspannung abgeleitete Impulsfolge wird mit der Impulsfolge der Zündimpulse verglichen und die Dauer der gemeinsamen Impulspause beider Impulsfolgen zum Zwecke der Frequenznachführung in Richtung auf den optimalen Arbeitspunkt des Umrichters ausgewertet.

Ausführungsbeispiel . - .

Das erfindungsgemäSe Verfahren wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Aus dem Leistungsteil wird nur eine Istwert-Größe, die Umrichter-Aus gangs spannung u_T erfaßt.

.' , ν' . - 4 - - '

Durch ho diolen igen Anschluß an die Singänge eines Differenzverstärkers 1 ist- faktisch eine Potentialtrennung zwischen Leistungskreis und Steuereinrichtung sichergestellt. Si ach Passieren eines Filters 2 steht am Ausgang des !Comparators 3 eine Impulsfolge mit Last frequenz zur Verfügung; '

Der für den Regelvergleich erforderliche zweite Informationskanal wird nicht aus dem Leistungsteil des Umrichters bezogen,, sondern es wird erfindungsgemä'ß hierzu eine zur Bildung der Zündinipulse -bestimmte Impulsfolge genutzt. Der Vergleich beider Impulsfolgen ,geschieht mittels einer logischen.Verknüpfung 5, in deren Ergebnis eine Spannung zur Verfugung steht,"deren Mittelwert proportional der gemeinsamen Impulspause beider Impulsfolgen ist. Diese Spannung gelangt auf einen Komparator 6 mit Integrierverhalten, dessen Ausgangsspannung sich in. Abhängigkeit von der Größe der Singang'sspannung und der Höhe des eingestellten Komparator-Schwellwertes stetig vergrößert oder verkleinert. Sin darauffolgender spannungsgesteuerter Generator 7 liefert Rechteckimpulse einer dementsprechend veränderlichen Frequenz., die dem liveau der Umrichter-ITennfrequenz entspricht. . . · ' . ' . ' .Der. beschriebene. Vergleich beider Impulsfolgen'wird jedoch nicht auf der.Ebene der ITennfrequenz des Umrichters durchgeführt, sondern erfolgt .,erfindungsgemäß bei deren halbem Wert. Hierdurch wird der Regelbereich der Frequenznachführung erweitert;, so daß ein sicherer Betrieb des Umrichters auch in Fallen grober Fehlanpassung: der Last (z, B. bei Abgleicharbeiten nach Induktorwechsel) gewährleistet Ist. TTach dem erfindungsgemäSe'n. Verfahren erfolgt eine Frequenzteilung sowohl der aus dem Istwert aufbereiteten und am Ausgang des Eomparators -3 vorliegenden als auch der vom Generator 7 erzeugten Impulsfolge in getrennten Flip-Flop-Stuien 4; 3* " Aus den Signalen, die dem invertierenden und dem nicht invertierenden Ausgang der. Stufe 9 zu entnehmen sind, werden außerdem über Zeitglieder 12 die Zündimpulse für beide Diagonalen des im ¹ Umrichter enthaltenen Wechselrichters gewonnen. Um bei dem Vergleich in der Verknüpfung.5 die zur Realisierung der gewünschten Hegelkennlinie der Frequenznachführung erforderliche Phasenlage der beiden verwendeten.Impulsfolgen sicherzu-.

stellen, ist prinzipiell eine Voreinstellung der Plip-Flop-Stu-. .fen 4; 9 ausreichend. Um jedoch, die Störfestigkeit der Anordnung und damit die Stabilität des Verfahrens zu erhöhen, erfolgt erfindungsgemäS ein periodisches Setzen der Flip-Flop-Stufe 4 im Takt der von der Stufe 9 ausgegebenen und durch. Zeitglieder 12 geformten Zundimpulse.

Die Blocke 10 und 11 sind logische Verknüpfungsglieder, die gewährleisten, daß im Falle des Signales "Freihältezeit unterschritten" die Steuerfrequenz dem oberen Grenzwert zustrebt und ,daß im Falle des Signales "HF AUS¹¹ ausätzlieh hierzu über das logische Verknüpfungsglied 8 die Zündimpulse gesperrt werden.

Claims (4)

1. Erfindungsansprüche

   1. Verfahren zur nachführung der 3teuer frequenz eines Umrichters für die induktive Erwärmung dadurch gekennzeichnet, daß Bestimmung und Einstellung des optimalen Arbeitspunktes an Hand nur einer au3 dem Leistungsteil zu erfassenden Istwert-Größe, der Umrichter-Ausgangsspannung, erfolgt,, und daß an Stelle einer zweiten, aus dem Leistungsteil de3 Umrichters heranzuziehenden Istwert-Größe eine im Steuergerät selbst vorliegende, zur Bildung der Zündimpulse bestimmte Impulsfolge genutzt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die aus dem Istwert der Umrichter-Ausgangsspannung abgeleitete Impulsfolge mit der Impulsfolge der Zündimpulse verglichen und die Dauer der gemeinsamen Impulspause beider Impulsfolgen zum Zwecke der Frequenznachführung in Richtung auf den optimalen

   " Arbeitspunkt des Umrichters ausgewertet wird..
3. 3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Auswertung zur. Erweiterung des Regelbereiches der Frequenznachführuhg auf der Ebene ,der halben ümrichter-K"ennfrequenz durch-

   .. ..führbar ist. > -
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß durch periodisches Setzen einer im Kanal der Aufbereitung de3 Istwertes der Umric.hter-Ausgangsspannung liegenden Flip-Flop-Stufe durch einen. Z Lind impuls eine Erhöhung der Störfestigkeit der Regelkennlinie der Frequenznachführung'erfolgt.

   Hierzu 1 Seile· Zeichnungen