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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der netzgeführten steuer- baren Halbleiter-Gleichrichter eines Gleichrichtergerätes einer Stromversorgungsanlage bei Netz- rückspeisungsbetrieb, welches eingangsseitig einen Netztransformator aufweist.
Aus der Literatur ist allgemein bekannt, dass Gleichrichtergeräte mit gesteuerten Gleich- richterelementen, wie z. B. Thyristoren, auch in Wechselrichterbetrieb betrieben werden können.
Bei dieser Betriebsart wird Energie von der Gleichstromseite in das speisende Netz zurückge- speist.
Eine solche Betriebsart ist besonders bei der Kapazitätsprüfung von Batterien von Vor- teil. Eine solche Kapazitätsprüfung ist z. B. nach VDE 0107 bei Krankenhausanlagen vorge- schrieben. Die Leistungen solcher Batterien sind nicht unbeachtlich. Aus diesem Grunde ist die
Rückspeisung der Energie in das Netz aus Energiesparmassnahmen sehr aktuell und zum andern ist es oft ein grosses Problem, bei Vernichtung der Leistung durch Belastungswiderstände die ent- stehende Verlustwärme abzuführen.
Aus der Literatur ist jedoch auch bekannt, dass beim Betrieb solcher Gleichrichtergeräte in
Wechselrichterbetrieb Probleme auftreten können, wenn die Netzspannung, in die die Energie zurück- geliefert werden soll, ausfällt, da dabei die Kommutierung der Thyristoren nicht mehr sicherge- stellt ist.
In der DE-AS 2642240 wird eine unterbrechungslose Stromversorgung, bestehend aus einer Netzspeisung des Verbrauchers und einer zusätzlichen Wechselrichterspeisung bei Netzausfall be- schrieben. Bei dieser bekannten Anordnung liegt zwischen dem Steuersatz und den Impulsendstufen für die Gleichrichteransteuerung eine Freigabeeinheit, die so gesteuert wird, dass sie vorbereitend
Impulse erzeugt, die bei einem Startimpuls sofort dem Gleichrichter zugeschaltet werden und dass sie bei einem Stoppimpuls den Steuersatz stillsetzt. In der genannten Entgegenhaltung ist jedoch an keiner Stelle beschrieben, wodurch der Stoppimpuls ausgelöst wird.
Eine Stillsetzung des Wechselrichters bei Netzausfall kommt bei der genannten deutschen Auslegeschrift übrigens deshalb nicht in Frage, weil der Wechselrichter gerade dann arbeiten soll, wenn die Netzfrequenz ausgefallen ist. Dementsprechend wird bei diesen Wechselrichtern auch nicht die Netzspannung zu dem Zweck überwacht, dass beim Ausfall der Wechselrichter stillgesetzt wird, sondern die Überwachung der Netzspannung dient lediglich dazu, um den Nulldurchgang der Netzspannung feststellen zu können, der für eine Abschaltung des Wechselrichters günstig ist, u. zw. dann, wenn Lastschwankungen auftreten, d. h. also die Verbraucherströme und -spannun- gen einen unzulässigen Wert erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, durch die Kommutierungskurzschlüsse bei Netzausfällen sowie bei Abschaltung der Netzspannung vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird dabei so verfahren, dass an die Primärseite des Netztransformators eine erste Überwachungsschaltung für den Momentanwert der Netzspannung, eine zweite Überwachungsschaltung für den Effektivwert der Netzspannung und eine dritte Überwachungsschaltung zur Überwachung des Nulldurchgangs der Rückspeisespannung liegen, dass alle drei Überwachungsschaltungen ausgangsseitig mit dem Steuergerät des Gleichrichters verbunden sind, wobei dieses bei Überschreiten jeweils eines der vorgegebenen Sollwerte stillgesetzt wird, und dass parallel zur Primärseite des Netztransformators elektrische Energiespeicher zum Ausgleich für Kurzzeitunterbrechungen geschaltet sind.
Durch diese Massnahmen werden Kommutierungskurzschlüsse bei Ausfall der Netzspannung vermieden.
Die Schaltungsanordnung ist dabei so ausgebildet, dass dem Eingang des Anpassungstransformators eine Überwachungsschaltung für den Momentanwert angeschaltet ist, die aus einem Drehstromgleichrichter besteht, der die Lichtspannung in Form einer pulsierenden Gleichspannung liefert und die Mittel zur Bildung von Referenzspannungen für den Unter- und Überspannungsvergleich enthält, dass die Überwachungsschaltung für den Effektivwert ein Sonderfilter zur Erzeugung des Spannungs-Istwertes enthält, dass die Nulldurchgangs-Überwachungsschaltung beim Nulldurchgang einen schmalen Triggerimpuls erzeugt, der einen monostabilen Multivibrator mit vorgegebener Kippzeit anstösst, dass nach abgelaufener Kippzeit dieses ersten
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monostabilen Multivibrators ein zweiter monostabiler Multivibrator kippt und dadurch ein dritter
Impuls erzeugt wird,
der so breit ist, dass die beim Nulldurchgang erzeugten Triggerimpulse im
Sollfall in der Fensterbreite dieses Impulses liegen und dass die Energiespeicher als Kondensa- toren ausgebildet sind.
An Hand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. l, 2,3 und 5 sowie den Diagrammen nach den Fig. 4 und 6 wird die Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen bekannten Gleichrichter im Netzrückspeisebetrieb ; Fig. 2 zeigt den gleichen Gleichrichter unter Anschaltung der Überwa- chungsbaugruppen nach der Erfindung ; Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild einer Momentanwertüberwa- chung ; Fig. 4 zeigt das dazugehörige Spannungsdiagramm ; Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild für die Effektivwertüberwachung ; Fig. 6 zeigt ein Impulsdiagramm für die Nulldurchgangsüberwachung der Rückspeisefrequenz.
In Fig. 1 wird die dreiphasige Netzspannung über ein Nutzschütz --c1-- dem Anpassungs- transformator --m1--, an dessen Ausgang der Thyristor-Gleichrichter mit den Thyristoren-pl bis p6-- liegt, zugeführt. Über eine Siebdrossel-kl-ist die Batterie --9-- mit dem Netzgleichrichter gepuffert und parallel dazu liegt der Verbraucher --10--. Der Gleichrichter ist dabei in voll gesteuerter Drehstrombrückenschaltung, die vom Steuergerät-l-gesteuert wird, ausgebildet. Die Steuerung soll dabei so erfolgen, dass die Energierichtung von der Gleichstromseite in das Netz zurückläuft. Die Kommutierungsleistung für Thyristoren wird dem Netz entzogen.
Fällt in dieser Schaltungsanordnung die Netzspannung aus, so entsteht ein Kommutierungskurzschluss, da die Thyristoren-pl bis p6-- nicht mehr gelöscht werden können.
Eine Schaltung, die diesen Nachteil vermeidet, zeigt Fig. 2. Neben der schon in Fig. 1 beschriebenen Gleichrichtereinrichtung sind dort eine Überwachungsschaltung-2-, eine Überwachungsschaltung --3-- und eine Überwachungsschaltung 4-- vorgesehen, die am Eingang des Anpassungstransformators --rn 1-- liegen. Die Überwachungsschaltung --2-- ist eine Momentanwert-Überwachungsschaltung, während die Überwachungsschaltung --3-- den Effektivwert überwacht. Die Überwachungsschaltung -4-- überwacht die Nulldurchgänge der Rückspeisefrequenz. Weiterhin sind am Eingang des Anpassungstransformators Kondensatoren --6, 7 und 8-- vorgesehen, die als Energiespeicher wirken.
Die Netzspannung wird direkt am Transformatoreingang durch die verzögerungslose Spannungs- überwachung --2-- als Über- und Unterspannung überwacht. Als Istspannung wird hiezu die Netzspannung über einen Drehstrom-Gleichrichter in eine ungesiebte Gleichspannung umgewandelt. Beim Ansprechen der Über- oder Unterspannungsgrenze wird verzögerungslos die Impulssperre für das Regelgerät ausgelöst.
Die Netzspannung wird durch eine Über-Unterspannungsüberwachung --3-- überwacht. Die Spannungsmessung erfolgt dabei annähernd nach dem Effektivwert. Beim Ansprechen dieser Spannungsüberwachung wird das Eingangsschütz --c1-- abgeschaltet und die Impulssperre ausgelöst.
Die Rückspeisefrequenz wird durch Überwachung der Spannungs-Null-Durchgänge der drei Phasen überwacht.
Netzstörungen sind bei unzulässiger Abweichung von der zulässigen Betriebsspannung gegeben. Diese Abweichungen können schnell (durch Ausfall) oder als langsame Abweichung auftreten. Bei Netzausfall kann das Netz zum Gleichrichter hochohmig oder niederohmig sein.
Bei langsamer Netzabsenkung oder bei langsamem Ansteigen der Netzspannung wird die Impulssperre bei Erreichen der eingestellten Spannungsgrenze ausgelöst.
Bei schlagartigem Ausfall der Netzspannung, dreiphasig oder einphasig, spricht bei entsprechender Absenkung ebenso die Unterspannungs-Überwachung unverzögert an und löst die Impulsblockade aus. Diese Spannungsüberwachung allein ist nicht ausreichend, um die Thyristoren durch Zündsperre rechtzeitig vor einem Kommutierungskurzschluss zu blockieren. Durch die zusätzlichen Kondensatoren und die Entkoppelung über die Eingangsinduktivität, z. B. Funkenstördrosseln ist sichergestellt, dass die Spannung am Geräteeingang nicht schlagartig absinken kann. Diese klingt entsprechend der Entladung der Kondensatoren aus.
Bei Unterbrechung der Netzzuführung wird die Spannung durch die Rückspeiseleistung aufrechterhalten. Je nachdem, ob die Netzspeisung hochohmig oder niederohmig ausfällt, kann die
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Spannung zusammenbrechen oder ansteigen. Auf jeden Fall wird die Grundfrequenz jedoch nicht beibehalten, sondern sie läuft weg. Dadurch kommt die Spannungsüberwachung oder die Null-Durchgangs-Überwachung zum Ansprechen. Die Null-Durchgangs-Überwachung ist so ausgelegt, dass die natürlichen Kommutierungsdurchgänge überwacht werden ; falls eine Abweichung der Kommutierungsdurchgänge durch fehlende Netzführung auftritt, wird ebenso die Impulssperre ausgelöst.
Die Impulsblockade wird bis zur Quittierung gehalten.
Fig. 3 zeigt die verzögerungslose Netzspannungsüberwachung. Der Gleichrichter ist dabei schematisch angedeutet. Am Eingang des Gleichrichters liegt die Gleichstromüberwachungsschal- tung -11- ; sie enthält einen Drehstromgleichrichter und Schaltglieder zur Bildung von Referenzspannungen bei Unter- oder Überschreiten eines vorgegebenen Sollwertes spricht die Überwachungsschaltung an und blockiert das Steuergerät. Diese Schaltung spricht sowohl auf dreiphasige Spannungsabweichung als auch auf einphasige Spannungsabweichung verzögerungslos an.
Fig. 4 zeigt das zugehörige Spannungsdiagramm mit der pulsierenden Gleichspannung als Istspannung sowie den beiden Ansprechgrenzen.
Bei der Spannungsüberwachung nach Fig. 5 handelt es sich um drei einphasige Schaltungen zur Überwachung des Effektivwertes.
Durch die Spannungs-Istwert-Erzeugung über ein Sonderfilter wird annähernd der Effektivwert der zu überwachenden Spannung nachgebildet. Durch diese Messwertbildung, die eine Integration enthält, kann diese Spannungsabweichung nicht verzögerungslos arbeiten.
EMI3.1
tung gezeigt.
Beim Spannungs-Null-Durchgang der Netzschwingung wird ein schmaler Triggerimpuls erzeugt.
Durch die negative Flanke des schmalen Triggerimpulses wird ein monostabiler Multivibrator mit konstanter Zeit B ausgelöst. Nach Ablauf dieser Zeit wird durch einen zweiten monostabilen Multivibrator die zulässige Fensterbreite C des nachfolgenden Triggerimpulses festgelegt. Liegt der zweite Triggerimpuls --D-- nicht innerhalb der Fensterbreite C, wird dies als Fehler erfasst und führt zur Auslösung der Impulssperre.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der netzgeführten steuerbaren Halbleiter-Gleichrichter eines Gleichrichtergerätes einer Stromversorgungsanlage bei Netzrückspeisungsbetrieb, welches eingangsseitig einen Netztransformator aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an die Primärseite des Netztransformators (ml) eine erste Überwachungsschaltung (2) für den Momentanwert der Netzspannung, eine zweite Überwachungsschaltung (3) für den Effektivwert der Netzspannung und eine dritte Überwachungsschaltung (4) zur Überwachung des Nulldurchgangs der Rückspeisespannung liegen, dass alle drei Überwachungsschaltungen (2,3, 4) ausgangsseitig mit dem Steuergerät (1) des Gleichrichters (pl...
p6) verbunden sind, wobei dieses bei Überschreiten jeweils eines der vorgegebenen Sollwerte stillgesetzt wird, und dass parallel zur Primärseite des Netztransformators (m1) elektrische Energiespeicher (6 bis 8) zum Ausgleich für Kurzzeitunterbrechungen geschaltet sind.