AT397880B - Stromerfassungseinrichtung für die steuerung und regelung von umkehrstromrichtern - Google Patents

Description

AT 397 880 B

Gegenstand der Erfindung ist eine Stromerfassungseinrichtung für die Steuerung und Regelung von Umkehrstromrichtern mit Stromwandlerschaltungen, wobei der Stromwandler-Sekundärstrom über einen Gleichrichter der sogenannten Bürde zugeführt ist und die an dieser Bürde auftretende Spannung einer Auswerteelektronik zugeführt wird.

Wenn für ein stromrichtergespeistes Gerät eine Stromregelung erforderlich ist, erfolgt diese durch Vergleich einer dem Stromistwert proportionalen Stromistwertspannung mit einer einstellbaren Stromsollwertspannung am Eingang eines Stromreglers. Der Stromistwert wird wechselspannungsseitig durch Stromwandler im Leistungsteil erfaßt, gleichgerichtet und einer Bürde zugeführt, an der die potentialfreie istwertspannung als Abbild des Stromistwertes abfällt. Die Istwertspannung wird dem Stromregler vorzeichenrichtig zugeführt. Die Ausgangsspannung des Stromreglers wird dem Steuersatz zugeführt. Dieser hat die Aufgabe, die netzsynchronen Steuerimpulse für die Stromrichterventile zu liefern.

Das Grundprinzip der kreisstromfreien Gegenparallelschaltung liegt in zwei Stromrichtern in Gegenparallelschaltung, von denen immer einer gesperrt ist. Bei einer Umkehr der Drehmomentrichtung des gespeisten Motors muß der stromführende Stromrichter gesperrt und anschließend zum richtigen Zeitpunkt der bisher gesperrte Stromrichter freigegeben werden. Sperrung und Freigabe der Zündimpulse erfolgen durch eine Kommandostufe. Die Sperrung eines Stromrichters darf erst bei Strom Null erfolgen. Werden die Impulse bei noch stromführenden Ventilen gesperrt, dann werden die gerade Strom führenden Ventile weiter Strom führen, solange eine treibende Spannung vorhanden ist. Im Wechselrichterbetrieb ist das die Maschinenspannung; es kann dabei zu Wechseirichterkippen und Kurzschluß kommen. Das tatsächliche Erreichen des Stromwertes Null wird durch eine Grenzwertmeldestufe (Stromnullmeldung) erfaßt. Nach Erreichen des Ankerstromes Null erfolgt das Löschen der Zündimpulse bei dem bisher stromführenden Teilstromrichter. Nach einer Pausenzeit von wenigen ms werden die Impulse des neuen Teilstromrichters freigegeben.

Nachteilig ist im Stand der Technik, daß die Werte für die Stromistwertmessung und die Stromnullwertanzeige, die im allgemeinen in zwei verschiedenen Einrichtungen ausgewertet werden, aus ein und derselben Quelle stammen, nämlich einer einzigen Bürde. Dadurch beeinflußt jede Maßnahme, die bei einer Einrichtung durchgeführt wird, die Meßgröße für die andere Einrichtung. Hier ist z.B. an die Maßnahme gedacht, die in der Patentanmeldung A 539/89 vorgenommen wird, bei der periodisch der resultierende Bürdenwiderstand auf den halben Wert reduziert wird.

Obwohl die Verwendung von Stromwandlern wegen der Potentialfreiheit der sekundär auftretenden Meßwerte sehr vorteilhaft ist, ist damit hinsichtlich der Stromnullanzeige ein Problem verbunden. Nach Beendigung der letzten Halbwelle entlädt sich die im Stromwandler gespeicherte magnetische Energie. Der Magnetisierungsstrom setzt sich nach dem Impulsende exponentiell abklingend im Bürdenkreis fort, wobei die Spannungspolung geändert ist. Durch die Wirkung der notwendigen Gleichrichtung tritt aber diese Spannung am Bürdenwiderstand in gleicher Polarität wie die Stromistwertspannung auf und verschiebt den Meßpunkt "StromnuH" um eine gewisse stark streuende Totzeit, sodaß die Umschaltmaßnahmen verzögert einsetzen. Dadurch entsteht ein Dynamikverlust des Stromrichters. Durch Verwendung von Stromwandlern mit geringem Magnetisierungsstrom tritt der beschriebene Effekt in etwas verringerter Stärke auf. Derartige Stromwandler sind jedoch teuer.

In der Offenlegungsschrift DE-OS 35 41 274 A1 ist eine Strom-Meßeinrichtung für einen Stromrichter angegeben, mit einem Bürdenschaltwerk bestehend aus einer Diode und einem zur Diode parallelen Widerstand, sowie einem an der Kathode der Diode angeordneten seriellen Widerstand, zu welchem über mehrere Schalter mehrere weitere Widerstände parallel angeschaltet werden können, indem mit den auf Massepotential befindlichen Schaltern, welche von einem Mikroprozessor angesteuert werden, diese weiteren Widerstände mit dem Massepotential verbunden werden können, sodaß dadurch der Widerstandswert des Bürdenschaltwerks einstellbar und anpaßbar ist. Der Mikrorechner stellt in Abhängigkeit von einem eingegebenen Lasttyp durch Öffnen und Schließen der Schalter des Bürdenschaltwerkes die gemäß eingespeicherter Kombinationstabeile erforderliche Stromwandlerbürde ein.

In der Offenlegungsschrift DE-OS 28 27 357 A1 ist eine Regeleinrichtung mit Stromnullmeldung für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter angegeben, bei welcher eine variable Schaltschwelle für den Nullmelder vorgesehen ist, sodaß diese Schaltschwelle abhängig ist von der unterschiedlichen Höhe des Stromistwertes und zwar mit einer gleichen Änderungstendenz wie dieser. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Schaltschwelle nur bei Vorhandensein eines Steuerimpulses haraufgesetzt wird mittels einer eigenen Steuereinrichtung für die Schaltschwelle. Diese Maßnahme soll verhindern, daß ein Laststrom vorgetäuscht wird, wenn die Halbleiterventile ihren Steuerstrom erhalten und dabei einen nicht vernachlässigbaren Sperrstrom ziehen, durch welchen ein eigentlich zu meldendes Stromnullsignal verhindert würde ohne die genannte Maßnahme. Als Bürde für den Vollweggleichrichter kann ein Spannungsteiler verwendet werden dessen Mittelabgriff zur Stromistwertmessung dient, sodaß über ein RC-Glied die Schaltschwelle gemäß 2

AT 397 880 B des Stromistwertes anhebbar oder absenkbar ist für einen Komparator.

Erfindungsgemäß ist eine Stromerfassungseinrichtung angegeben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als Bürde die Serienschaltung eines herkömmlichen Bürdenwiderstandes mit einem gegenüber diesem Bürdenwiderstand höherohmigen Widerstand dient, wobei deren Verbindungspunkt an das Bezugspotential der Auswerteelektronik gelegt ist, daß parallel zu dem höherohmigen Widerstand eine Diode in Durchlaßrichtung geschaltet ist, wobei die am Bürdenwiderstand auftretende Spannung in bekannter Weise für die Stromistwertmessung verwendet ist und die an der Parallelschaltung von Widerstand und Diode auftretende Spannung dem Schwellwertschalter einer Stromnullmeldeeinrichtung zugeführt ist.

Der erzielte Vorteil liegt darin, daß durch die Teilung der Bürde in den zur Strommessung verwendeten Bürdenwiderstand und den zur Stromnulimeldung verwendeten Zweig und die potentialmäßige Fixierung von deren Verbindungspunkt ohne wesentliche Erhöhung des Magnetisierungsaufwandes für den Stromwandler eine spannungsmäßige Entkopplung der beiden auftretenden Spannungen erfolgt. Für die Stromnullmeldung ist vorteilhaft, daß bei den interessierenden sehr kleinen Strömen, bei denen der am Widerstand verursachte Spannungsabfall kleiner bleibt als die Diodenschwelle, der hochohmige Widerstand des zur Stromnullmeldung dienenden Zweiges eine hochohmige Bürde darstellt, die eine höhere Spannung liefert als der zur Stromistwerterfassung verwendete Bürdenwiderstand.

Die Spannung an der Parallelschaltung ist für den Zeitraum vom ersten Ansprechen des Schwellwertschalters bis zum Auftreten des ersten nachfolgenden Ansteuerimpulses für ein Stromrichterventil über einen weiteren Widerstand durch einen Schalter gegen das Bezugspotential kurzschließbar.

Dadurch wird die bekannte Verzögerung der Stromnullmeldung durch den Magnetisierungsstrom vermieden. Es können daher billige Wandler mit Standardblechqualität verwendet werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schalter von dem dem Setzeingang zugeordneten Ausgang einer bistabilen Kippstufe im Sinne seiner Schließung ansteuerbar, wobei der Setzeingang der bistabilen Kippstufe durch das Ausgangssignal des Schwellwertschalters und der Rücksetzeingang der bistabilen Kippstufe durch jedes Zündimpulssignal für die Stromrichterventile angesteuert ist. Eine bestimmte Reihenfolge der Zündimpulse ist dabei nicht notwendig.

Anhand von Zeichnungsfiguren soll nachfolgend die erfindungsgemäße Stromerfassungseinrichtung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild,

Fig. 2 ein Diagramm für die auftretenden Teilspannungen und

Fig. 3 die Verhältnisse bei der Abmagnetisierung eines impulsbelasteten Stromwandlers.

In Fig. 1 sind in einem Prinzipschaltbild die wesentlichen Schaltungselemente aufgezeigt. Als Stromwandlerschaltung ist beispielsweise die Einwandlerschaltung gewählt. Der in der Sekundärwicklung 1 des Stromwandlers 2 fließende Strom, der dem Primärstrom proportional ist, wird mittels einer Gleichrichterbrücke 3 gleichgerichtet und durchfließt die Bürde 4. Die an dieser Bürde 4 auftretende Spannung ist daher ein Abbild des in der Primärwicklung 5 des Stromwandlers 2 fließenden Stromistwertes. Erfindungsgemäß besteht die Bürde 4 aus der Reihenschaltung zweier Elemente, eines eigentlichen Bürdenwiderstandes 6 und eines weiteren, in Serie zu diesem liegenden höherohmigen Widerstandes 7. Der Verbindungspunkt 19 dieser Reihenschaltung ist mit dem Mittelpunkt M der Spannungsversorgung für die stromrichtereigene Elektronik verbunden, der das Potential Null aufweist. Die am Widerstand 6 und am Widerstand 7 abfallenden Spannungen treten daher mit entgegengesetzen Vorzeichen auf. Zur Spannungsbegrenzung bei höheren Strömen ist dem Widerstand 7 eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 24 paralleigeschaltet. In Fig. 2 ist gezeigt, daß der Spannungsabfall am Widerstand 6 im ganzen Bereich dem Sekundärstrom des Stromwandlers 2 und damit dem Stromistwert linear proportional ist. Der Spannungsabfall am Widerstand 7 ist jedoch in einem großen Bereich des Stromistwertes konstant und entspricht dem als Diodenschwelle bezeichneten Wert von etwa 0,7 V, da bei der Diode 24 aufgrund ihrer nichtlinearen Strom-Spannungs-Charakteristik für die Durchlaßrichtung bis herunter zu sehr kleinen Lastströmen der an ihr auftretende Spannungsabfall nahezu konstant bleibt. Erst wenn der vom Bürdenstrom am Widerstand 7 verursachte Spannungsabfall einen Wert kleiner als 0,7 V ergibt, ändern sich die Spannungen an den Widerständen 6 und 7 zueinander proportional. Der Proportionalitätsfaktor ist das Verhältnis der Widerstandswerte. Die Diode 24 hat in diesem Bereich einen vernachlässigbaren Einfluß auf die am Widerstand 7 abfallende Spannung. Bei einem Ansteigen des Bürdenstromes würde durch den hochohmigen Widerstand 7 als Bürde der Wandlerkern zu stark aufmagnetisiert werden und eine hohe Spannung liefern, die aber für die Stromnullmeldung uninteressant ist. Um dies zu vermeiden, wird dem höherohmigen Widerstand 7 die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 24 paralleigeschaltet, die aufgrund ihrer nichtlinearen Charakteristik die Spannung am Stromnull-Erfassungszweig auf den Wert der sogenannten Diodenschwelle von ca. 0,7 V begrenzt. Der Stromnull-Erfassungszweig wirkt also als Lupe für den für die Stromnullmeldung interessanten Spannungsbereich. Dazu besteht für den Magnetisierungstrom eine höherohmige Bürde, die zu einer 3

Claims (2)

1. AT 397 880 B beschleunigten Abmagnetisierung des Wandlerkernes führt. Es ist daher vorgesehen, die am Bürdenwiderstand 6 abfallende Spannung in herkömmlicher Weise für die Stromistwertmessung in einer Auswerteelektronik 20 auszunützen und die am Widerstand 7 abfallende Spannung für die Stromnullmeldung zu verwenden. Vorteilhaft ist, daß die am Widerstand 7 abfallende Spannung durch Maßnahmen im Bereich der Stromistwertmessung nicht beeinflußt wird, und umgekehrt. Die zur Stromnullmeldung dienende Spannung wird über einen Widerstand 8 an den ersten Eingang 9 eines Schwellwertschalters 10 gelegt, an dessen zweiten Eingang 11 die geringfügig über dem Wert Null festgesetzte Referenzspannung anliegt. Vom Ausgangssignal dieses Schweilwertschalters 10 wird die Stromnullmeldeeinrichtung 12 mit einem H-Signal angesteuert. Ebenso wird von diesem Ausgangssignal über ein NAND-Glied 13 der Setzeingang 14 eines aus einer bistabilen Kippstufe gebildeten Gedächtnisses 15 angesteuert. Vom zugehörigen Ausgang 16 des Gedächtnisses 15 wird ein Schalter 17 betätigt, der in geschlossenem Zustand den ersten Eingang 9 des Schweilwertschalters 10 an den Mittelpunkt M der Spannungsversorgung für die Elektronik schaltet und damit an das Nullpotential legt. Dieser Schalter 17 schließt bei Auftreten eines L-Signals an seiner Steuerelektrode. Diese Maßnahme dient dazu, die in der Einleitung erwähnte Verzögerung der Stromnullmeldung durch den Magnetisierungsstrom des Stromwandlers 2 zu verhindern. In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der dabei auftretenden Spannungen und Ströme sowie die Dauer der Verzögerung aufgezeigt. Die zum Ende des Primärstromflusses im Stromwandler 2 vorhandene induktive Energie treibt einen nach einer Exponentialfunktion abklingenden Magnetisierungsstrom im über die Bürde 4, der durch die Wirkung der Gleichrichterbrücke 3 am Bürdenwiderstand 6 stets eine positive, am Widerstand 7 stets negative, ebenfalls exponentiell abklingende Spannung hervorruft. Es tritt daher am Eingang 9 des Schweilwertschalters 10 nach dem ersten, den Schwellwert unterschreitenden Spannungswert, die durch den Magnetisierungsstrom im verursachte Spannung auf, deren Wert für eine Zeitspanne über dem Schwellwert liegt. Erst nach deren Abklingen unter den Schwellwert erfolgt die verzögerte Stromnulimeldung. Erfindungsgemäß wird dieser störende Effekt dadurch verhindert, daß nach dem ersten Unterschreiten der Schwellwertspannung der Eingang 9 des Schweilwertschalters 10 mittels des Schalters 17 auf Nullpotential gehalten wird. Mit dem Zündimpuls irgendeines Thyristors des Umkehrstromrichters muß ein Stromfluß erwartet und daher auch der Kurzschluß am Eingang 9 aufgehoben werden, damit bei tatsächlich eintretendem Stromfluß die Stromnullmeldung durch den Schwellwertschalter 10 aufgehoben werden kann. Dazu wird mit jedem im gesamten Stromrichter möglichen Zündimpuls das Gedächtnis 15 periodisch zurückgesetzt. Dazu sind alle Zündimpulsleitungen 18 an die Eingänge eines UND-Gliedes 22 geführt, dessen Ausgang an den Rücksetzeingang 21 des Gedächtnisses 15 geschaltet ist. Dadurch wird bei jedem auftretenden Zündimpuls der Schalter 17 geöffnet, sodaß die am Widerstand 7 auftretende Spannung wieder an den ersten Eingang 9 des Schweilwertschalters 10 gelangen kann. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Zündimpulse mit einem binären Wert L auftreten. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind für jede Stromwandlerschaltung geeignet, wie z.B. V-Schal-tung, 3-Wandlerschaltung oder 1-Wandlerschaltung nach Patentanmeldung A 539/89, sowie für Stromwandler im Einphasennetz. Patentansprüche 1. Stromerfassungseinrichtung für die Steuerung und Regelung von Umkehrstromrichtem mit Stromwandlerschaltungen, bei welcher für einen Stromwandler-Sekundärstrom über einen Gleichrichter eine Serienschaltung (4) eines ersten Widerstandes (6) mit einem zweiten Widerstand (7) als Bürde (4) vorgesehen ist, mit einer parallel zu dem zweiten Widerstand (7) in Durchlaßrichtung geschalteten Diode (24), mit einer Auswerteelektronik (20) zur Stromistwertmessung, mit einem Schwellwertschalter (10) von einer Stromnullmeldeeinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungspunkt (19) vom ersten Widerstand (6) mit dem zweiten Widerstand (7), welcher gegenüber dem ersten Widerstand (6) höherohmig ist, ein Bezugspotential (M) der Auswerteelektronik (20) ist, sodaß eine am ersten Widerstand (6) auftretende erste Spannung für die Auswerteelektronik (20) zur Stromistwertmessung vorgesehen ist, sowie daß eine am zweiten Widerstand (7) und der Diode (24) auftretende zweite Spannung für den Schwellwertschalter (10) der Stromnullmeldeeinrichtung (12) vorgesehen ist, indem diese zweite Spannung für einen Zeitraum von einem Ansprechen des Schweilwertschalters (10) bis zum Auftreten eines nachfolgenden Ansteuerimpulses für ein Stromrichterventil über einen weiteren Widerstand (8) durch einen Schalter (17) gegen das Bezugspotential (M) kurzschließbar ist.
2. 2. Stromerfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (17) von dem dem Setzeingang (14) zugeordneten Ausgang (16) einer bistabilen Kippstufe (15) im Sinne seiner 4 AT 397 880 B Schließung ansteuerbar ist, wobei der Setzeingang (14) der bistabilen Kippstufe (15) durch das Ausgangssignal des Schwellwertschalters (10) und der Rücksetzeingang (21) der bistabilen Kippstufe (15) durch jedes Zündimpulssignal für die Stromrichterventile angesteuert ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5