AFSTUDEERVERSLAG EEN MODELOPSTELLING VAN EE~ HVDC-SYSTEEM, VOEDEND ZWAK AUTONOOM DRAAISTROOMNET EM M.J. Hoeijmakers

Transcriptie

1 TEC}-N;E:C;";~:=: ;'-i--..:::':-'=:~:'::':i'-i00l Ei,:DhGV,:,i\) STUDf:::: ~:; :;~ ~.. lc';';- 'i~-'~[~< ~:"'" E r- \~ - ~ - ~,... " L..... " :.\... :......, ""~_."\ ~ -~---"""" '-- ''''''''-~'''''-''',""...,~.,,:r.~~~i AFSTUDEERVERSLAG EEN MODELOPSTELLNG VAN EE~ HVDC-SYSTEEM, VOEDEND N EEN ZWAK AUTONOOM DRAASTROOMNET EM M.J. Hoeijmakers Hoogleraar: prof. ire J.A. Schot Mentor: ~r. W.J. de Zeeuw Maart 1980

2 Technische Hogeschool Eindhoven biz. van.afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica NHOUD bz. Samenvatting 1 Summary 2 De belangrijkste gebruikte symbolen 3 Enige opmerkingen betreffende de schakelingen 6 nleiding 7 1 Ret omzetten van een geijkspanning in een driefasenwisselspanning 1.1 Ret vermogenscircuit De spanningsregeling De vermogensregeling Toepassing van het systeem bij een autonome 14 windenergiecentrale 2 De mutator 2.1 nleiding De mutatorsturing Ret impulsfasesturingssysteem Grenzen aan de ontsteek~oekinstelling Realisering van het impulsfasesturingssysteem De ogische schakeling De ontsteekhoekmeting De frequentiemeting De commutatie van de stromen door de thyristoren De spanning aan geijkspanningszijde van de mutator 54 3 De als geijkrichter werkende mutator 3.1 nleiding 3.2 De uitvoering van het ontsteeksysteem 3.3 De stroomregeling

3 Technische Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. van bz. 4 De als wisselrichter werkende mutator 4.1 Het door de mutator opgenomen blindvermogen De doofhoekregeling Het kippen van de mutator De vangschakeling De uitvoering van de mutator De synchrone machine 5.1 De basisvergelijkingen van de synchrone machine De gebruikte synchrone machine De synchrone machine als wisselspanningsbron De synchrone machine als elektromechanische energie-omzetter De spanningsregeling 6.1 Het verband tussen de bekrachtigingsspanning en de statorspanning van de synchrone machine De spanningsregelaar Het statisch en dynamisch gedrag van de spanningsregelaar De praktische uitvoering van de spanningregelaar De vermogensregeling 7.1 Het principe van de vermogensregeling De uitvoering van de vermogensregeling De beveiliging en het in- en uitschakelen van de proefopstelling 8.1 De beveiliging van de componenten Het in- en uitschakelen van de proefopstelling 145

4 Technische Hogeschool Eindhoven.Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. van bz.. 9 Conclusie en aanbevelingen 9.1 Conclusie Aanbevelingen 155 Literatuur 159 Bijage 1: De spanning over een thyristor bij enkele waarden van de ontsteekhoek 160 Bijage 2: Enige gegevens van gebruikte componenten 162

5 Technische Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 1 van SAMENVATTNG n dit afstudeerverslag wordt een omzetter beschreven voor de overdracht van energie van een gelijkspanningsbron naar een driefasenwisselspanningsnet. Hierbij is de genoemde omzetter de enige voeding van het wisselspanningsnet. n de omzetter wordt een driefasenbrugmutator en een synchrone machine gebruikt. De synchrone machine levert slechts het blindvermogen voor het driefasenwisselspanningsnet en de als wisselrichtar werkende mutator. Deze omzetter is bestemd voor een autonome windenergiecentrale. Hierbij wekt een aan de windturbine gekoppelde generator een gelijkspanning Ope Via de beschreven omzetter wordt energie geleverd aan het driefasenwisselspanningnet. Dit systeem wordt nagebootst met een proefopstelling waarin de energie niet wordt verkregen met behulp van een windturbine, maar wordt betrokken van een driefasenvoeding. Met een tweede driefasenbrugmutator, werkend als gelijkrichter, wordt de eerder genoemde ge11jkspanning verkregen. Bij beida genoe~de mutatoren is als stuursysteem het impulsfasesturingssysteem gebruikt. Dit systeem en de realisering van de mutatorsturing worden behandeld. Vervolgens wordt aandacht besteed aan de als gelijkspanningsbron functionerende mutator. Bij de behandeling van de als wisselrichter werkende mutator wordt aangegeven hoe het door deze mutator opgenomen blindvermogen zo klein mogelijk gehouden kan worden met een doofhoekregeling. Er is een methode aangegeven om de gevolgen van het kippen van de mutator te beperken. Verder wordt nader ingegaan op de betekenis van de synchrone machine in de omzetter. Met de gerealiseerde vermogensregeling wordt door variatie van de ontsteekhoek van de als gelij~richter werkende mutator gezorgd voor vermogensevenwicht, zodat er een constante frequentie in het wisselspanningsnet optreedt.

6 Technische Hogeschool Eindhoven.Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 2 van SUMMARY n this report a converter for the transfer of energy from a direct-voltage source to a three phase alternatingvoltage grid is described. The converter mentioned is the only supply of the three phase grid. The converter consists of a three phase machine commutated current fed bridge inverter and a synchronous machine. The synchronous machine only supplies the reactive power needed by the inverter and by the load of the grid. The converter has been designed for an autonomous wind energy power system. n this system a generator coupled to a wind turbine generates a direct voltage. By means of the converter described the energy is supplied to the three phase grid. n the experimental set-up a three phase bridge rectifier is used as a direct voltage source. Both the rectifier and the inverter are controlled by a pulse phase control system. This system and the realization of the control systems are described. After that attention is paid to the rectifier acting as a direct voltage source. The pulse phase control system of the inverter is influenced by an extinction angle control. n this way the reactive power needed by the inverter is minimized. A method is given to restrict the consequences of commutation failures. The meaning of the synchronous machine in the converter is also described. The power control system takes care of the power balance of the system by means of the fire angle of the rectifier. n this way the frequency of the alternating-voltage grid is kept on a constant value.

7 Technische Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 3 van DE BELANGRJKSTE GEBRUKTE SYMBOLEN Symbool omschrijving C : capaciteit; in het bijzonder de condensator van het impulsfasesturingssysteem f f n i i g i Ti g J K - L L c M n p --.' constante : frequentie : frequentie van het wisselspanningsnet : stroom : stroom in de gelijkstroomverbinding : stroom door thyristor Ti!e : gemiddelde waarde van i g : massatraagheidsmoment : verhoudingsgetal u /u constante a p : zelfinductie : zelfinductie,van belang zijnde voor de commutatie : co~fficient van wederzijdse inductie : aantal windingen : Laplace-variabele :~poolpaartal P : vermogen Pbelasting: het door de belasting aan het belastingsnet onttrokken vermogen Pextra : het door de extra belasting opgenomen vermogen P. : het vermogen dat aan gelijkspanningszijde van ~n mutator B wordt toegevoerd Pverlies : het vermogen,gedissipeerd in de synchrone machine en in mutator B R weerstand t tijd t q hersteltijd van een thyristor!en dit rapport worden hoofdletters niet gebruikt voor effectieve waarden.

8 Technische Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 4 van symbool omschrijving T tt " T n U U c " u Dgel u f u g uis uwens: u Tgel : Uo( Uclis 'Uo<'wens U g U 0 0< : 1.S o(wens: ~ : '{ : [; : Sis : b wens : grootte van een tijdinterval periodetijd koppel periodetijd van de netwisselspanning spanning de spanning over de condensator C in het impulsfasesturingssysteem de spanning op fase c van de synchrone machine de spanning~er een diode in geleiding de spanning op de uitgang van de frequentiemeetschakeling de spanning aan gelijkspanningszijde van de mutator spanning,overeenkomend met de gemeten waarde van i g spanning,overeenkomend met de gewenste waarde van g spanning over een thyristor in geleiding spanning op de fasesturingsingang van het impulsfasesturingssysteem spanning,overeenkomend,met de gemeten waarde van~ gemiddelde waarde van U c (spanning over de condensator C in het impulsfasesturingssysteem) gemiddelde waarde van u g voedingsspanning bij spanningsregeling hoek; in het bijzonder de ontsteekhoek van de mutator de werkelijke waarde vane< de gewenste waarde vano( hoek fasehoek doofhoek de gemeten waarde van de doofhoek de gewenste waarde van de doofhoek

9 Technische Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 5::: van symbool omschrijving f) : hoek; in het bij zonder voor de bepaling van de stand van de rotor ten opzichte van de stator in de synchrone machine,u if ~ : f UJ Q overlappingshoek tijdconstante tijdconstante fasehoek hoekfrequentie van de wisselspanning hoeksnelheid van de rotor van de synchrone machine veel gebruikte indices index omschrijving a betreffende fase a van de synchrone machine b n n " b " " " C " " c " " " d ~ betreffende condensator C van het impulsfase- sturingssysteem betreffende de demperwikkeling van de synchrone machine f betreffende de bekrachtigingswikkeling van de synchrone machine A betreffende mutator A B n t B R betreffende fase R S betreffende fase S T betreffende fase T ".

10 Technische Hogeschool Eindhoven Afdeling der etektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 6 van ENGE OPMERKNGEN BETREFFENDE DE SCHAKELNGEN Alle spanningen die in de schakelingen vermeld zijn, zijn gemeten tussen het betrokken punt enjl. De gebruikte voedingsspanningen voor de stuurelektronica zijn +15 V en -15 V ten opzichte van JL. Op veel plaatsen wordt in plaats van +15 V een +-teken en in plaats van -15 V een --teken geplaatst. Tenzij anders vermeld is, zijn de operationele versterkers van het type 741, de NAND-poorten van het type FZH 111, de JK-flipflops van het type H 111, de negatoren van het type H 112 en de dioden van het type 1N 4148.

11 Technische Hogeschool Eindhoven.Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 7 van NLEDNG Er zijn verschillende situaties waarin elektrische energie beschikbaar is in de vorm van een gelijkspanning. Dit is bijvoorbeeld het geval bij: een accubatterij, een gelijkstroomgenerator, een wisselstroomgenerator met gelijkrichter, een combinatie van zonnecellen, een magnetohydrodynamische generator (M.H.D.) of een gelijkstroomverbinding. De meeste elektrische apparaten zijn echter gemaakt om aangesloten te worden op een wisselspanningsnet met een constante spanning (220 V) en een constante frequentie (50 Hz). Voor elektrische machines is dan meestal een symmetrisch driefasig spanningssysteem (380/220 V) nodig. Ret is dan ook vaak gewenst dat de beschikbare gelijkspanning omgezet wordt in een driefasig wisselspar~ingssysteem. Bij een gelijkstroomenergietransportsysteem wordt veelal gebruik gemaakt van driefasenbru~utatorenvoor de omzetting van wisselspanning in gelijkspanning en omgekeerd. Een mutator heeft aan i~sselspanningszijdeechter een wisselspanningsbron nodig voor de commutatie van de stromen door de thyristoren. Als met het gelijkstroomenergietransportsysteem energie geleverd wordt aan een draaistroomnet met nog andere voedingsbronnen, geeft dit in het algemeen weinig problemen. Wordt echter aleen door de gelijkstroomverbinding energie geleverd aan ditnet, dan zal een andere wisselspanningsbron voor de commutatie van de stromen door de thyristoren moeten zorgen. Een met synchrone snelheid draaiende synchrone machine is hiervoor ges chikt. <. Deze gedachte was de aanzet tot de uitbreiding van de bij

12 Tectmische Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 8 van de vakgroep Elektromechanica aanwezige modelopstelling van een hoogspanningsgelijkstroomverbinding (zie (L1)) met een combinatie van een synchrone machine met eerr gelijkstroommachine. n dit verslag wordt nader ingegaan op een aantal aspecten van het ontwerpen, realiseren en beproeven van deze uitgebreide opstelling. Er zal bovendien enige aandacht besteed worden aan de praktische toepassing van de combinatia van een mutator met een synchrone machine voor de realisatie van een autonome windenergiecentrale. Men kan hierbij namelijk nuttig gebruik maken van een gelijkstroomtnssentrap. :

13 Telllu'tische Hogeschool Eindhoven.Atdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 9 van 1 RET OMZETTEN VAN GELJKSPANNNG N EEN DREFASEN WSSELSPANNNG 1.1 Het vermogenscircuit Een eenvoudige methode om gelijkspanning om te zetten in een driefasenwisselspanning is die waarbij een gelijkstroommotor een synchrone generator aandri j ft (zie fig 1.JJ. belast Fig De gelijkstroommotor-synchrone generator- i.~~' omzetter. De spanning van het draaistroomnet kan worden gevarieerd door de bekrachtiging van de synchrone machine te varieren. De frequentie van het draaistroomnet wordt bepaald door het toerental van de synchrone gene~ator. Het toerental - " van deze machine kan worden gevarieerd met behulp van de ankerspanning van de gelijkstroommotor en gedeeltelijk ook met behulp van de bekrachtiging hiervan. Deze toerentalsturing is vergelijkbaar met de "stoomklep" van een conventionele elektriciteitscentrale. De hiervoor beschreven omzetter kan worden uitgebreid met een mutator zoals dat in fig. 1.2 is geschetst. De mutator kan nu een deel van de energie overbrengen van het gelijkstroomnet naar het draaistroomnet. Dit deel kan vergroot worden tot het door de belasting

14 T...isch.e Hogeschool Eindhoven Ak:feling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 10 van gevraagde vermogen. De synchrone machine levert dan beastingsnet Fig De gelijkstroommotor-sjmchrone generator omzetter uitgebreid met een mutator ". geen energie meer aan het draaistroomnet. Deze machine zorgt onder meer voor het driefasig spanningssysteem dat nodig is voor de aommutatie van de thyristoren van de mutator. De gelijkstroommotor dient aleen om de synchrone machine met het juista toerental (netfrequentie) ta laten draaien. Daartoe wordt via de koppelingsas tussen de beide machines energie ter dekking van de verliezen van de synchrone machine overgedragen. De volgende fase is dat de synchrone machine als motor werkt en zijn eigen verliesenergie aan het draaistroomnet onttrekt. De mechanische koppeling tussen de synchrone machine en de gelijkstroommachine kan nu'verbroken worden. Het zo ontstane vermogenscircuit Fig De omzetter bestaande uit de combinatie van een mutator met een synchrone machine.

15 T...isch.e Hogeschool Eindhoven Atdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica bz. 11 van is geschetst in fig De synchrone machine werkt nu als zogenaamde synahrone condensator. n de proefopstelling is voor de regelbare gelijkspanningsbron gebruik gemaakt van een mutator die zijn energie onttrekt aan het landelijk net (zie fig 1.4). Y08ded net Fig He~ vermogenscircuit van de proefopstelling. Voor de combinatie van de twee via een smoorspoel gekoppelde mutatoren kon dankbaar gebruik gemaakt worden van de door Van Angeren vervaardigde "modelopstelling van een hoogspanningsgelijkstroomverbinding" (zie (L1)). 1.2 De spanningsregeling Zoals reeds eerder vermeld is, kan de spanning van het belastingsdraaistroomnet geregeld worden met behulp van de bekrachtiging van de synchrone machine. ndien de synchrone machine (zie fig. 1.4) met nominaal toerental draait, zal bij afwezigheid van belasting en bij uitgeschakelde mutator een bepaalde bekrachtiging van de synchrone machine nodig zijn om de gewenste spanning op het draaistroomnet te verkrijgen. Deze bekrachtiging wordt de nullastbekrachtiging genoemd. Om de spanning op het belastingsnet constant te houden bij een bepaalde belasting, moet de bek~achtiging groter zijn naarmate het door de belasting gevraagde blindvermogen,groter is. Behalve door de belasting wordt er ook door de mutator blindvermogen aan het net onttrokken. Dit blindvermogen is

16 T8lnisch.e Hogeschool Eindhoven.Atdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 12 van afhankelijk van de gelijkstroom in de gelijkstroomverbinding en de ontsteekhoek van de aan de synchrune machine gekoppelde mutator. Om de spanning op het net zo goed mogelijk constant te houden wordt de bekrachtiging van de synchrone machine gestuurd door een spanningsregeling. Op deze regeling wordt verder ingegaan in hoofdstuk 6. n ge~l van een grote behoefte aan blindvermogen is het eventueel mogelijk om condensatoren parallel aan ~et net te schakelen. Deze kunnen dan in een constant deel van de behoefte aan blindvermogen voldoen. De condensatoren kunnen deel uitmaken van een filter om de: harmonischen die de mutator produceert te onderdrukken. 1.3 De vermogensregeling Voor het vermogenscircuit kan de volgende evenwichtsbetrekking worden opgeschreven: d.n P. = P " + P b 1 t" + ~a:r ~n ver ~es e as ~ng au De termen in deza betrekking stellen voor: Pin : het vermogen dat aan de gelijkspanningszijde aan deo mutator wordt toegevoerd. Pvarlies : het elektrisch vermogen dat gedissipeerd wordt in de mutator en in de. synchrone machina en he~ mechanisch verliesvermogen van de syn<:hrone machina. P he~ belasting( door de belasting aan het net onttrokken vermogen. J1t d.sl dt : het vermogen nodig om de rotor van de synchrone machine een hoekversnelling te geven. Hierin zijn:

17 Technische Hogeschool Eindhoven,Afdeling der efektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 13 van J: het massatraagheidsmoment van de rotor van de synchrone machine. ~: de hoeksnelheid van de rotor van de synchrone machine. t: de tijd. Voor een eenvoudige beschouwing wordt verondersteld dat het door de belasting opgenomen vermogen Pbelasting onafhankelijk is van de frequentie en dat het verliesvermogen Pverlies en de netspanning constant zijn. Bij een bepaald belastingsvermogen P b e 1 as t wordt met ~ng het toegevoerde vermogen P. de grootte ven de hoekver- ~ ~n snelling at bepaald. Pin kan worden beinvloed met behulp van de ontsteekhoeken van de twee mutatoren. Heeft de netfre~uentie de juiste waarde, dan zal de hoekversnelling van de rotor van de synchrone machine nul moeten zijn. Om dit te bereiken moeten de ontsteekhoeken van de mutatoren zodanig ingesteld worden dat: P. = P 1 + P b 1 t ~n ver ~es e as ~ng s de netfre~uentie echter te laag, dan zal Pin groter moeten zijn dan de waarde die uit (1.2) vogt. De hoekversnelling ~ is nu positief, zodat de hoeksnelheid van de rotor -en dus de netfrequentie- toe zal nemen. Ret toegevoerde vermogen dat nodig is voor de rotorhoekversnelling wordt bepaald door een frequentieregelaar. Het door de belasting opgenomen vermogen wordt gemeten. Voor het verliesvermogen wordt voorlopig gebruik gemaakt van een geschatte waarde. De fouten die in deze termen van (1.2) aanwezig zijn, komen tot uiting in een rotorhoekversnelling (zie (1.1). De hierdoor onts~ane fre~uentie-afwijkingkan vervolgens worden gecorrigeerd door de frequentieregelaar. n hoofdstuk 7 wordt aandacht besteed aan de uitvoering

18 Tecl1nische Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 14 van van de vermogensregeling. De werking van de regelcircuits is in fig. 1.5 schematisch aangegeven. voedend net A beasling& net Fig. 1.5 De proefopstelling met regelcircuits 1.4 Toepassing van het systeem bij een autonome windenergiecentrale Het is erg duur om afgezonderd gelegen plaatsen aan te sluiten op een bestaand elektriciteitsnet. Men gebruikt daarom op die plaatsen meestal eigen opwekeenheden zoals dieselaggregaten. s er voldoende windenergie beschikbaar, dan kan men echter ook gebruik maken van een windturbine. Omdat de windsnelheid niet constant is, en men tach een constante netfrequentie wil hebben, is het erg moeilijk om een goed bedrijf te voeren met een synchrone generator die rechtstreeks aan de windturbine is gekoppeld. Men kan dit probleem oplossen door gebruik te maken van een gelijkstroomtussentrap. De win4turbine wordt gekoppeld aan een synchrone generator met gelijkrichter of aan een gelijkstroomgenerator. Met behulp van de combinatie van een mutator met een synchrone

19 Technische Hogeschool Eindhoven.Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 15 van machine kan vervolgens een draaistroomnet gevoed worden. Voor het geval dat een synchrone generator met gelijkrichter wordt toegepast is een mogelijke opzet geschetst in fig epamngaregeing beasting8.. net '''vr be' ".iito\llln1 Fig Een autonome windenenergiecentrale Ret aan het systeem toegevoerde vermogen kan nu gestuurd worden door middel van bladhoekverstelling van de windturbine. Onder bepaalde omstandigheden kan dit ook gerealiseerd worden via de variatie van de bekrachtiging van de turbinegenerator of via de vari.atie: van de ontsteekhoek van de mutator. 'Eenandere mogelijkheid is dat er zoveel mogelijk energie aan de wind wordt onttrokken. Met andere woorden het toegevoerde vermogen CP in in (1.1)) is steeds maximaal. Om toch een vermogensevenwicht te krijgen (volgens(1.1)) bij een constante frequentie moet het belastingsvermogen gevarieerd worden. Een deel van dit vermogen wordt bepaald door de belasting van,het draaistroomnet. Aan dit deel moet een extra belasting (met een opgenomen vermogen Pextra) toe~evoegd worden om te zorgen voor het vermogensevenwicht. Dit extra

20 Technische Hogeschool Eindhoven.Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 16 van vermogen vogt uit (1.1): p =P. -P. _p. _J.5l.d.n extra 1n ver1es beast1ng at De zo ontstane windenergiecentrale is i~ fig 1.7 schematisch weergegeven. De extra belasting kan belastingsnet belestingsvennogen + optimauserende regeling f~ regeling t==t1 Fig Een autonome windenergiecentrale met regelbare extra belasting. bijvoorbeeld bestaan uit een regelbaar verwarmingselemen~ voor warmwatervoorziening of uit een opstelling voor het maken van waterstof en zuurstof voor brandstofcellen. Bij een tekort aan of afwezigheid van windenergie kan de synchrone condensator gekoppeld worden a~~ een dieselmotor. De synchrone. machine werkt dan dus als generator in plaats van als condensator. Snee, kleine variaties in toegevoerd of opgenomen vermogen, waarop de ve~ogensregelingniet snel genoeg kan reageren, kunnen opgevangen worden door een viegwiel te koppelen aan de synchrone condensator. Als het door de belasting opgenomen vermogen groter is dan het

21 Technische Hogeschool Eindhoven,Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 17 van toegevoerde vermogen min het verliesvermogen zal de rotorhoeksnelheid' van de synchrone machine dalen (zie (1.1». Deze daling is kleiner naarmate het massatraagheidsmoment van de rotor Q:J)\ groter is. Dit massatraagheidsmoment kan DXnstmatig vergroot worden met behulp van een vliegwiel. Bij deze daling van de rotorhoeksnelheid wordt energie aan de kinetische energie van het vliegwiel en de rotor van de synchrone machine onttrokken. De synchrone machine werkt dan als generator. s het door de belasting opgenomen vermogen kleiner dan het toegevoerde vermogen min het verliesvermogen, dan is het resultaat dat de kinetische energie van het vliegwiel en de rotor van de synchrone machine vergroot wordt. De synchrone machine werkt dan als dan als motor.

22 T~che Hogeschool Eindhoven.A~ng der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 18 van 2 DE MUTATOR 2.1 nleiding Als gelijkspanning-wisselspanningomzetter wordt een volledig stuurbare driefasenbrugmutator gebruikt. n fig. 2.1 is hiervan een schema getekend en zijn enkele + ig R + Urn T~ + Fig De volledig stuurbare driefasenbrugmutator grootheden gedefinieerd. Door middel van periodiek schakelen van de thyristoren kunnen verbindingen tot stand gebracht worden tussen elk van de wisselspanningsfasen en de gelijkspanningskle~~en. Telkens na 60 0 (elektrisch) wordt een thyristor ontstoken. De thyristor krijgt hierbij een pus aangeboden die lang is. De volgorde is hierbij: T 1 - T 6 - T 3 - T 2 - T 5 T 4. n fig. 2.2 is dit schematisch aangegeven. Fig De volgorde van de thyristorontsteekpulsen. Men kan de mutator sturen door de ontsteekhoek octe varieren. De ontsteekhoek ~ is de hoek tussen de natuurlijke ontsteekhoek van een thyristor (de hoek waarbij de thyristor in geleiding zou gaan wanneer ale thyristoren een constante gate-stroom krijgen) en de hoek waarbij

23 Telltanisdle Hogeschool Eindhoven A~ng der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 19 van deze thyristor ontstoken wordt. n fig. 2.3 ven voor thyristor T1 bij waarden van ~ van 0:=0 0 ' ~ --- URs -Urn is dit aangege 0 0, 90 en a wt u b ---. wt u c ---. wt a-so Fig. 2.3 De ontsteekhoek ~van T 1 voor gelijkrichten, gemiddelde spanning nul en wisselrichten. De dikgetrokken lijn stelt hierin u g voor. Hierbij is aangenomen dat de spanning over een thyristo~ in geleiding nul is en dat de commutatietijd verwaarloosbaar klein is. De waarde 0<= is in werkelijkheid niet haalbaar vanwege de commutatietijd en de dooftijd (kipgevaar). Daar i g altijd positief is, wordt de richting van de energiestroom bepaald door de polariteit van u g Men kan

24 T...sche Hogeschool Eindhoven.Akieting der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 20 van hierbij onderscheiden: gemiddelde waarde van u g > 0: gemiddelde waarde van u = 0: g gemiddelde waarde van Ug~O: geijkrichterbedrijf; o ~o«900; fig. 2.3a 0<. = 90 0 ; fig 2.3b wisselrichterbedrijf; 90 0 <0«180 0 ; fig. 2.3c 2.2 De mutatorsturing De mtitatorsturing heeft als doel de thyristoren in de brug op het gewenste moment te ontsteken. n de praktijk betekent dit dat de sturing bij de gewenste hoek 0( (zie fig. 2.3) een pus met een engte van af moet geven. Deze ontsteekhoek of.. heeft als referentie de netspanning. Bij elke thyristor behoort een andere referentiespanning. Voor deze spanning wordt vaak de zogenaamde commutatiespanning van de thyristor genomen. n tabel 2.1 zijn de thyristoren en de bijbehorende commutatiespanningen thyristor commutatiespanning -u TR u TR -u RS u RS -u ST u ST Tabel 2.1. De commutatiespanningen van de thyristoren.

25 T...scRe Hogeschool Eindhoven.Atdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 21 van vermeld. De ontsteekhoek CX, de ontsteekpuls commutatiespanning voor T 1 zijn in fig. 2.4 ( vergelijk fig. 2.3). uj u t en de ga e aangegeven Ugate l1 ot. ~ Fig De commutatiespanning en de ontsteekpuls van T 1 Een eenvoudige sturingsmethode is het individuele fasesturingssysteem. Hierbij heeft elke thyristor een eigen ontsteekschakeling die uit de commutatiespanning van de betreffende thyristor en de wenswaarde van de ontsteekhoek het ontsteekmoment bepaalt. De ontsteekhoek kan hiermee snel veranderd worden. Een mutator aangesloten op een wisselspanningsnet veroor~aakt hogere harmonischen in de netspanningen die de werking van dit systeem kunnen verstoren (harmonische instabiliteit). Naarmate de kortsluitimpedantie van een net groter is zal de grootte van deze harmonischen en daarmee de verstoring van het ontsteeksysteem toenemen. Om de zo ontstane problemen te vermijden kan men een impulsfrequentiesturingssysteem toepassen. Bij dit systeem geeft een frequentiegestuurde oscillator elke 60 0 een pus af. Via een ringteller en stuurlogica worden hiermee de thyristoren in de brug in de juiste volgorde.ontstoken. Ret integrerende karakter van dit systeem heeft een nadelige invloed op de snelheid waarmee de ontsteek~oek veranderd kan worden. n het impulsfasesturingssysteem wordt een oscillator gebruikt waarvan zowel de fase als de frequentie zijn te

26 T~scfte Hogeschool Eindhoven Akie\ing der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 22 van varieren. Hiermee worden de nadelen van de twee eerder genoemde systemen vermeden en de voordelen van deze twee systemen-verenigd. Van Angeren heeft in zijn modelopstelling van een hoogspanningsgelijkstroomverbinding dan ook gebruik gemaakt van het impulsfasesturingssysteem. Uitvoerige behandelingen van de genoemde systemen kan men vinden in (L1), (L2), (L3) en (L4). 2.3 Ret impulsfasesturingssysteem Het impulsfasesturingssysteem werkt met eeti oscillator die 6 pulsen opwekt gedurende 1 periode van de wisselspanning. Deze pulsen worden doorgegeven aan een ringteller die zes verschillende toestanden kent die achtereenvolgens worden doorlopen. Een logische schakeling bepaalt uit de stand van deze ringteller de gate-signalen voor de thyristoren zodanig dat deze pulsen in de juiste volgorde aan de thyristoren doorgegeven worden en dat zij lang zijn (zie fig. 2.5). oscillator Ūp ri ngteller + logica Fig 2.5. Het sturingssysteem. De gebruikte oscillator is een zaagtandgenerator. De zaagtand wordt opgewekt door het met constante stroom op- en met constante stroom ontladen van een condensator C. Voor de spanning over deze eondensator C geld~ dan: u c e = w-t + constante v Hierin is c de (constante) laadstroom van de eondensator. De eondensator wordt opgeladen met a = 1 (1 1 ;>0) en

27 T~efte Hogeschool Eindhoven.Atdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 23 van vervolgens ontladen met c = 2 (1 2 <:0). Hierna herhaalt zich dit proces periodiek. n fig. 2.6 is een schakeling geschetst die als zaagtandgenerator kan dienen. eleklronische schakelaar Fig De Schmill- UeC. e zaagtandoscillator. De werking van deze schakeling is als vogt: n het begin is de condensator C ongeladen (uc=o). De condensator wordt nu lineair opgeladen tot U c de waarde U«+AU bereikt. Op dat moment krijgt de Schmitt-trigger (een spanningsvergelijker met hysteresis) aan de uitgang een andere waarde. De elektronische schakelaar klapt hierdoor om, waardoor de condensator ontladen wordt met 1 2 Deze ontlading gaat door tot het moment waarop UC~-4U geldt. Op di~ moment krijgt de uitgang van de Schmitt-trigger weer zijn oorspronkelijke waarde, klapt de elektronische schakelaar om en begint de oplading van de condensator tot uc~+au. Dit is een periodiek verschijnsel zoals in uj T ~ T T ~ t T Fig Het verloop van ~, U c en up als functie van de tijd. fig. 2.7 is aangegeven. n deze figuur is bovendien het verloop van up getekend.

28 T8amsche Hogeschool Eindhoven.Atdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 24 van Vergroot men nu u~ (bijvoorbeeld op tijdstip t 1 in fig. 2.7), dan zal het tijdsinterval tussen het einde van de vorige puls en het begin van de volgende puls vergroot worden. Het duurt dan namelijk langer voordat UC~+4U bereikt wordt. De tijdsintervallen tussen het einde van de vorige puls en het begin van de volgende puls van de daarop volgende pulsen zijn weer even groot (T) als in het begin. De pulsen zijn dus in fase verschoven ten opzichte van de beginsituatie. Dit verklaart de naam impulsfasesturing. Een verlaging van u~geeft het tegengestelde resultaat. n fig. 2.7 wordt UO( op tijdstip t 2 verlaagd. De periodetijd van de zaagtandoscillator (bij constante uo<.) is: T p = C 24U 1 + C 2Au Deze periodetijd moet t-deel van de periodetijd van de wisselspanning Tn zijn. T p kan men varieren door 1 1 en 1 2 te varieren. Worden 1 1 en 1 2 evenredig met een stuurspanning u f volgens: 1 1 = K 1 u f (2.3a) 1 2 = K 2 u f (2.3b) dan geldt voor de frequentie van de zaagtandoscillator: (2.4) Er is nu een oscillator ontstaan met twee stuuringangen, namelijk een fasesturingsingang (u~) en een frequentiesturingsingang (u f ). De frequentiesturingsingang wordt gestuurd door een frequentie-spanningsomzetter, zodat:

29 Te Plhnische Hogeschool Eindhoven.A~ cler elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 25 van Hierin stelt f n de netfrequentie voor. Door de keuze van K, K 1 2 en K kan men zorgen dat de pulsfrequentie f 3 p zesmaal de netfrequentie f is. n n fig. 2.8 is de nu ontstane schakeling geschetst. ringteller + logica bestaand net Fig De zaagtando~cillator bij gebruik van twee ingangen. Deze schakeling kan in principe werken. n werkelijkheid z1jn de componenten echter niet ideaal, waardoor de pulsfrequentie niet exact zesmaal de netfrequentie is. Om dit te corrigeren en om de werkelijk optredende ontsteekhoek overeen te laten komen met de door ~ ingestelde wenswaarde is er een ontsteekhoekregeling aangebracht (zie fig. 2.9). Omdat de ~-meetschakeling geen ideale gelijkspanning afgeeft, moet er een filter toegepast worden. Bij een verandering van de ontsteekhoek zal de~e verandering ten gevolge van het filter vertraagd toegevoegd worden aan de vergelijker~ e -~- Om ervoor te zorgen dat de uitgang "f ns -'s van de vergelijker in normale situaties nul is, moet oak

30 Ttilhnisd1e Hogeschool Eindhoven A~ng der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 26 van ringteller + logica 1--7J~--- «-meting beslaand net Schmitt- ri Fig Het impulsfasesturingssysteem. o(wens vertraagd aan de vergelijker doorgegeven worden. Om dit te bereiken wordto( wens via een zelfde filter toegevoegd aan de vergelijker. Men zou verwachten dat ~ ontleend zou worden aan ~. Dit wordt echter niet wens gedaan. Wordt namelijk bijvoorbeeld op t 1 uo(v~rhoogd (zie fig. 2.10), dan gebeurt gedurende een be~aalde tijd t1 2 ~ Fig Verhoging van uo(op verschillen~e tijdstippen kan hetzelfde resultaat geven., niets. ~had ook op tijdstip t 2 (zie fig. 2.10) verhoogd kunnen worden. Het effect zou dan hetzelfde geweest zijn; er is geen verschil in pulsgedrag bij verhoging van u~op

31 T~clle Hogeschool Eindhoven Atdeung der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 27 van t of t 1 2 (in fig. 2.10). We kunnen t 2 -t 1 als een dode tijd kenmerken. Om de verschillende waarden van de dode tijd te doen resulteren in een zelfde effect, wordt~wens ontleend aan de condensatorspanning u c De gemiddelde waarde van U c in het stationaire geval is gelijk aan ~. Ret grote voordeel van deze stuurschakeling is dat de pulsopwekking praktisch niet verstoord wordt door vervormingen van de netwisselspanning. De zaagtandoscillator wordt namelijk niet rechtstreeks door de netspanning beinvloed. Een tijdelijke fout in bijvoorbeeld ~~n van de fasespanningen beinvloedt weliswaar de ~-meting momentaan, maar door de tijdconstanten in het filter wordt de invloed van deze fout uitgefilterd. De ontsteking van de thyristoren wordt dus nauwelijks verstoord. Een voorwaarde hiervoor is natuurlijk dat de tijdconstanten in de filters groot genoeg gekozen worden. 2.4 Grenzen aan de ontsteekhoekinstelling Tijdens het bedrijf van de mutator moet de ontsteekhoek 0( begrensd worden volgens 0 0 ~ 0«180 0 Verhoging van Uot met AUo( heeft tot gevolg dat de spanning over de condensator C met Au~extra verhoogd moet worden. Hiervoor is de tijd nodig (met (2.3a) en (2.4)): (2.6) De vergroting van 0<. in graden is dus: ~uo( 0 = K K /c (2.8)

32 ~he Hogeschool Eindhoven Atdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 28 van Door de keuze van K 1, K en C wordt dus het verband 3 tussen de vergroting van de ontsteekhoek do( en de vergroting van de stuurspanning uo( vastgelegd. Dit is een lineair verband dat onafhankelijk is van de frequentie. Ret plotseling vergroten van u~tijdens het opladen van de condensator C geeft geen problemen. Wordt echter ~ vergroot tijdens het ontladen van C, dan is het resultaat dat de ontsteekhoek niet met de gewenste waarde wordt vergroot (zie fig. 2.11). De zo ontstane fout zal vervolt+ Fig. 2.11a. Verhoging van uo(tijdens opladen van C. --r- Fig. 2.11b. Verhoging van u«tijdens ontladen van C. gens worden gecorrigeerd door de (trage) ontsteekhoekregeling. Door te voorlcomen dat UO( snel vergroot wordt, kan de beinvloeding door de ontsteekhoekregeling beperkt worden. De werking van de ontsteekhoekregeling is nihil wanneer de helling bij het ontladen van C vele malen steiler is dan de helling van de verhoging van u«. Om d~ ontsteekhoekverandering snel te maken moet dus de ontlaadtijd van de condensator C zeer klein gemaakt,worden. Dus K 2 in (2.3b) moet groot zijn. Voor het verkleinen van de ontsteekhoek is het eveneens Up

33 TGllllhnische Hogeschool Eindhoven AfdeUng der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica bz. 29 van nodig dat u 0(' langzaam in de tijd verandert ten opzichte van de ontlaadtijd van C. Neem bijvoorbeeld aan dat men o - op tijdstip t 1 de ontsteekhoek met 120 wil verkleinen. Dit betekent dat er twee pulsen overgeslagen moeten worden (zie fig. 2.12a en 2.12b). Bij het impulsfasesturingssysteem is dit echter niet mogelijk. a~ [J EJ~ 0 G~~ b "p Q 0 ~ 0 0 Br. '"pil [] ~'---'-8-0"-----==-7 d upf Gl ~ 1 3 1/ R R Fig. 2.12a. Pulsverloop zonder verkleining van ~. Fig. 2.12b. Gewenste resultaat voor t> t 1 bij verkleining van uo( op tijdstip t 1 Fig. 2.12c. Verkregen resultaat met schakeling volgens fig. 2.9 bij verkleining van uo(op tijdstip t 1 Fig. 2.12d. Mogelijk te bereiken resultaat bij snelle verkleining van ~ Zou men bij de schakeling volgens fig. 2.9 u~plotseling verlagen, dan verloopt de condensatorspanning U c en de pulsspanning u zoals in fig. 2.13a is aangegeven ( zie ook fig. 2.12C). De gewenste faseverschuiving van het ontsteekmoment wordt niet bereikt. ~s zal dan ook groter zijn dan~ens. Dit heeft tot gevolg dat de(trage) ontsteekhoekregeling deze fout moet corrigeren. De ontsteekhoek kan sneller verkleind worden door een aantal pulsj es snel achter elkaar te laten vo.lgen ( zie fig. 2.12d). Dit kan men bereiken door de helling bij het ontladen van de condensator veel steiler te maken dan de helling bij de verlaging van uo(zie fig. 2.13b).

34 Te&lllnisehe Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 30 van Fig Het verloop van up en U c als functie van de tijd bij plotselinge (2.13a) en bij langzame (2.13b) variatie van ~. Ret verband tussen UC)( en de ontsteekhoek wordt bepaald door de oplaadtijd van de condensator C. Verandert ~ echter tijdens het ontladen van C, dan zal de ontlaadtijd dit verband verstoren. Dit is nog een reden om de ontlaadtijd klein te maken.

35 TG!tnisehe Hogeschool Eindhoven Afdel.ing der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 31 van 2.5 Realisering van het impulsfasesturingssysteem Voor de sturing is in eerste instantie gebruik gemaakt van de schakeling zoals die door Van Angeren (zie (L1)) is gemaakt. De schakeling van de impulsfasesturing is gegeven in fig Centraal in deze schakeling staat , r L r ) L ~ t r r t L l~wens l r , -. _ -.., Ị Fig Het eerst gebruikte impulsfasesturingssysteem. de condensator C. Deze condensator wordt opgeladen door de spanningsgestuurde stroombron opgebouwd uit T2 en OA6 (vergelijk fig. 2.9). Met behulp van OA6 worden tevens de signalen afkomstig van de vergelijk~r ~is met en de potentiometer P3 opgeteld. Met P3 wordt de oplaadtijd van de condensator C bepaald als de uitgangsspanning van OA5 nul is. Hiermee wordt de zaagtandoscillator afgeregeld op 300 Hz. Deze mutatorsturing werkt aleen goed bij een netfrequentie van ongeveer 50 Hz. ~ens

36 TSlllWsctle Hogeschool Eindhoven AldeMg der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 32 van De ontsteekhoekregeling kan.dan namelijk de frequentieafwijking corrigeren. Via het filter (OA3 en OA4) wordt de rimpel op de condensatorspanning U c verzwakt. Hierdoor wordt ~wens gevonden. Deze waarde wordt door middel van OA5 vergeleken met ~is. De potentiometer P1 is aanwezig om het verschil in nulniveau bij 11-/ en~.. -g(,wens te compen- 1.S seren. Bij ~is~wens geldt namelijk niet dat u~is~wens. OA1 en OA2 vormen de hoofdelementen van de Schmitt-trigger die de pulsen afgeeft aan de ringteller (up) en die het ontlaadcircuit (T1) schakelt. ndien contact a open is, wordt TJ via CA7 in geleiding gehouden waardoor U c vrijwel nul blijft. Door het sluiten van contact a wordt T3 uit geleiding gebracht. Hierdoor kan de oscillator starten. Bij autonoom bedrijf is de constantheid van de frequentie niet gegarandeerd. Ret is dan ook noodzakelijk om een frequentie-spanningsomzetter toe te passen die de spanningsgestuurde stroombron stuurt (zie fig. 2.9). Hierbij kan men het beste een lineaire spanningsgestuurde stroombron toepassen. Voor het laden van een condensator is een integrator zoals die in fig is getekend een eenvoudige oplossing. Deze schakeling werkt tevens als r-..r x Fig De ~ t... _, - _& R2 : R --l-... ~ ~-L ~ gebruikte integrator. opteller. Voor de laadstroom van de condensator C geldt namelijk: (2.9) U x...- r x De inverterende ingang is hierbij een virtueel aardpunt. n fig is de gewijzigde schakeling getekend met OA7 als integratorversterker. De condensator wordt

37 Te*nische Hogeschool Eindhoven A~ng cter elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 33 van r , r , ' r ,1. 2 ' r---- _1 Uo(wens , l... J Ị Uc(is Fig Het impulsfasesturingssysteem na een eerste wij ziging. ontladen door T1. Deze transistor wordt door de Schmitttrigger gestuurd via OAB. Met behulp van P2 kan de oplaadtijd van C aangepast worden aan u f Men kan met behulp van P2 (regeling van K 1.in (2.3a» bijvoorbeeld bewerkstelligen dat bij uf=-5v (en bij een uitgangsspanning van OA6 van OV) de frequentie van de zaagtandoscillator 300 Hz bedraagt. Het laag houden van de condensatorspanning U met behulp van T3, c OA7 en het contact a bleek niet nodig te zijn. Een nadeel van deze schakeling (fig. 2.16) is dat de ontlaadtijd van de condensator niet afhankelijk is van de frequentie van het wisselspanningsnet. Om dit bezwaar te elimineren kan men de condensator ontladen door de geinverteerde spanning -u f via de weerstand R toe te voeren aan de inverterende ingang van de integratorv~rsterker. Een schakeling die volgens dit principe werkt is in fig getekend. Om te zorgen dat de ontlaadtijd vele malen kleiner is dan de oplaadtijd, moet R vele malen kleiner zijn dan de weerstand van de potentiometer P2.

38 ~l"risct\e Hogeschool Eindhoven.A~ng der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 34!- van r t ṭ..._ t r l r t r 1- _ r j..._- - r UO<wens _ t t uf...-~ L _ - Fig Het impulsfasesturingssysteem na een tweede wijziging. Ret ontladen van de condensator wordt weer gestuurd door de Schmitt-trigger. Tijdens opladen van de condensator C is de uitgangsspanning van OA2 negatief. De diode D1 staat hierdoor in sperrichting. De operationele versterker OA9 zal zich nu zodanig instellen dat de spanning op de inverterende en op de niet-inverterende ingang a~~ elkaar gelijk worden. De spanning op de inverterende ingang is 0 V, dus de spanning op de niet-inverterende ingang en op de uitgang van OA8 zal 0 V zijn. Door de weerstand R loopt dus geen stroom. Wordt nu de uigangsspanning van OA2 positief, dan zal D1 in geleiding gaan. De inverterende ingang van OA9 wordt dan posi~ief. D2 zal hierdoor sperren en de werking van de inverterende versterker niet meer beinvloeden. De uitgangsspanning van OA9 zal dan -u f worden. De condensator C zal dan via R ontladen worden. De condensator in de tegenkoppeling van OA9 is nodig om de combinatie van de versterkers OA8 en OAg stabiel te houden.

39 la.nisdte Hogeschool Eindhoven.Atdeung der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 35 van 2.6 De logische schakeling De logische schakeling ( f1 ringteller + logica" in fig. 2.9) is op, een kleine verandering na gelijk aan de door Van Angeren gebouwde schakeling. n fig is het schema getekend. De verandering betreft het starten _ van de ringteller. _... + b-t &.., r ~ K ~ L ~ e & p..[ & P- U;L...J L ~ -~ ~ pot; Fig De logische schakeling.

40 la.nisdte HogeschooJ Eindhoven.A~ der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 36 van De uit drie JK~flipflops bestaande ringteller moet, voordat de pulsen afkomstig van de Schmitt-trigger (Up in fig. 2.9) doorgegeven worden aan de Cp-ingangen van de flipflops,in een bepaalde toestand gebracht worden. Dit wordt verwezenlijkt door de CD-ingangen van de flipflops laag te houden totdat de pulsen doorgelaten worden naar Cp-ingangen. Voorheen werd dit gedaan door een aparte schakelaar. Deze schakelh~delingkan achterwege blijven bij de schakeling volgens fig Direct na het inschakelen van de voedingsspanning zal de condensator C ontladen zijn, zodat de CD-ingangen van de flipflops laag zijn en de pulsen (u ) niet doorgegeven p worden aan de Cp-ingangen van de flipflops. De condensator C wordt langzaam opgeladen via de ingang van de poort waarmee de condensator is verbonden. Na enige tijd (ongeveer een seconde) is de condensator zover opgeladen dat de CD-ingangen van de flipflops hoog worden en dat de pulsen (Up) doorgestuurd worden naar de Cp-ingangen van de flipflops. Ret gevolg is dat de ringteller begint op een moment dat de inschakelverschijnselen van de voedingsspanningen voldoende zijn uitgedempt en dat de ringteller in de gewenste begintoestand is. De uitgangssignalen TT tot en met ~ worden, nadat zij door ~e? negator gevoerd zijn, doorgegeven aan de thyristoren via een poortschakeling ten behoeve van het in- en uitschakelen van de mutatoren en de beveiliging van het vermogenscircuit. Deze schakeling wordt besproken in hoofdstuk 8. n tabel 2.2 zijn als illustratie de uitgangssignalen van de flipflops (A, B en C) en de signalen ~ tot en met Tb weergegeven voor de begintoestand en na de eerste tot en met de zevende pus - (u p ).

41 ~ Te.nisdte Hogeschool Eindhoven biz. 37 van.atdewlg der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica A B C 1ft 'T2 '3 'T4 T? 'TO begin na 1e pus na 2e pus na 3e pus na 4e pus na 5e pus na 6e pus na 7e pus enz. ~ Tabel 2.2. De verschiende toestanden van de ringteer en van de uitgangen van de schakeling in fig

42 T~sche Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 38 van 2.7 De ontsteekhoekmeting Het principe van de ontsteekhoekmeetschakeling zoals die door Van Angeren is gebouwd wordt verklaard aan de hand van de schakeling in fig en de spanning-tijddiagrammen in fig n deze figuren is als voorbeeld de meting van de ontsteekhoek ~voor thyristor T1 nader bekeken. + T ~ Fig De principeschakeling voor de meting van de ontsteekhoek van T1. De commutatiespanning van T1 -u TR wordt naar een comparator gevoerd. Deze comparator zorgt ervoor dat T"i{ hoog (=1) wordt voor -U,> TR 0 en dat T'R laag (=0) wordt voor -utr<:o. De combinatie van de weerstand en de diode dient aleen om ervoor te zorgen dat de spanning op de CD-ingang van de flipflop niet lager kan worden dan ongeveer -0,6 V (de doorlaatspanning van de diode). Als de CD-ingang laag is (~=O) is de Q-uitgang van de flipflop ook laag (Q=O). s de CD-ingang hoog (T'R=1), dan werkt de flipflop als een normale JK-flipflop. Bij de eerst volgende neergaande flank op de Cp-ingang zal dan Q hoog worden. Q blijft hoog totdat CD weer laag wordt. n fig kan men zien dat Q gedurende de hoek 180 o -D(hoog blijft.us logisch "hoog" overeenkomt met een, spanning U o en logisch "laag" overeenkomt met een spanning nul, geldt voor de gemiddelde spanning op de Q-uitgang van de

43 Tedanisehe Hogeschool Eindhoven Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 39 van flipflop u Qav het verband zoals dat in fig is getekend. -(.lit '."», ffi:ul.-...:... --T ~.. Ttl cut ~ -----,,= ~ at : o 1&f'-o<. Fig De spanning-tijddiagrammen bij fig cut Fig Het verband tussen de gemiddelde spanning op de Q-uitgang van de flipflop uqav en de ontsteekhoek 0<. Bij normaal bedrijf ligt de ontsteekhoek ~~n het bereik 0< 0<<180 0 Werkt de mutator in gelijkrichterbedrijf met een zeer kleine ontsteekhoek, dan kan het bij schakelhandelingen voorkomen dat 0(tijdelijk negatief wordt. Zoals in fig te zien is, geeft de meetscha-

44 Tedmisehe Hogeschool Eindhoven AfdeUng der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 40 van keling dan uqav=o af. Dit komt overeen met~=1800. De regeling wordt hierdoor verstoord. ets dergelijks treedt ook op in wisselrichterbedrijf bij waarden van 0( die dicht bij liggen. Hier kan tijdelijk gelden ~>1800. Dit wordt geconstateerd als ~=1800, zodat ook hier de regeling verstoord wordt. Om deze problemen te voorkomen is het meetbereik van de ontsteekhoekmeting uitgebreid tot -600~o(<:2400 zoals in fig is aangegeven. Deze uitbreiding kan gerealiuqavl u o 18& 240" 300" ~ ~ Fig De gemiddelde uitgangsspanning van de ontsteekhoekschakeling met uitgebreid meetbereik als functie van de ontsteekhoek~. seerd worden door de CD-ingang van de flipflop 60 0 eerder hoog te maken en 60 0 later laag te maken dan in fig wordt gedaan. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de spanning die 60 0 voorijlt op -u TR (u RS ) en de spanning die 60 0 naijlt op -u TR (u ST ). n fig is de principeschakeling getekend en in fig zijn spanning-tijddiagrammen behorend bij deze sc~akeling getekend. RS is hoog voor urs~o en laag voor urs<:o. Voor us~ 0 is ST hoog en voor ust<o is ST laag.

45 TecBnische Hogeschool Eindhoven AfdeUng der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica biz. 41 van + J So Q T fCp + K C1) + Fig De principeschakeling van de ontsteekhoekmeting met uitgebreid meetbereik. Elke thyristor heeft een eigen ontsteekhoekmeetschakeling. De uitgangen van de afzonderlijke meetschakelingen worden bij elkaar opgeteld met behulp van een operationele versterker. De uitgangsspanning van deze versterker is dan het resultaat van zes metingen gedurende ~~n periode van de netwisselspanning. Nadat deze uitgangsspanning gefilterd is, ontstaat de spanning ~is' die gebruikt wordt in de ontsteekhoekregeling van het impulsfasesturingssysteem. Het zo ontstane schema is getekend in fig