AT399066B - Spannungsüberwachungsschaltung für drehstrom-dreiphasennetze - Google Patents

Description

AT 399 066 B

Gegenstand der Erfindung ist eine Spannungsüberwachungsschaltung für Drehstrom-Dreiphasennetze mit vorhandenem oder künstlich geschaffenem Mittelpunkt, mit Überwachung der an einer Gleichrichterbrücke auftretenden Gleichspannung auf Unterschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes.

Einfachere Stromrichtergeräte zur Ankerspeisung geregelter Gleichstrommotoren besitzen eine Unterspannungsüberwachung, die bei absinkender Netzspannung unter Werte von etwa 70 % der Nennanschlußspannung anspricht und die Regler sperrt. Geräte in vollgesteuer Drehstrom-Brückenschaltung sind zusätzlich mit einer Phasenausfallüberwachung ausgerüstet, die bei Ausfall einer Phase, z.B. bei Ansprechen einer vorgeschalteten Sicherung, Regler- und Steuerimpulse sperrt und den Fehler über ein Relais meldet. Die Phasenausfallüberwachung dient somit bei Verwendung von Strangsicherungen gleichzeitig als Sicherungsüberwachung. Im Vordergrund stehen dabei kurze Ansprech- und Totzeiten, um zuverlässig die Fehlfunktionen von z.B. netzgeführten Stromrichtergeräten aufgrund eines Spannungseinbruches verhindern zu können. Bei iückendem Strom im Stromrichter bietet diese Überwachung einen wirkungsvollen Schutz gegen Fehlsynchronisierung bei Netzausfall im Gleichrichter- und Wechselrichterbetrieb, die kurzschlußähnliche Zustände hervorruft.

Bei den im Stand der Technik bekannten Schaltungen werden die Außenleiterspannungen mittels einer 6-pulsigen Gieichrichterbrücke gleichgerichtet. Die dabei entstehende 6-puisige Gleichspannung wird entweder auf Masse bezogen oder bezugspotentialfrei mittels eines Differenzverstärkers aufbereitet und von einem Schwellwertschalter ausgewertet. Wegen der bei Vollweggleichrichtung entstehenden dichten Aufeinanderfolge der Spannungshalbwellen, die in allen anderen Hinsichten vorteilhaft ist und wegen der Tatsache, daß die verkettete Außenleiterspannung bei Ausfall einer Phase nicht auf den Wert Null sondern nur auf den Wert von ca. 58 % einbricht, ist die Überwachung problematisch. Es muß nämlich wegen der noch zu tolerierenden Unterspanung von ca. 70 % die Ansprechschwelle sehr niedrig festgelegt werden. Sie kommt dabei in die Nähe der Phasenspannungsgröße. Damit ist, wie später erläutert werden wird, ein zeitlich enger Ansprechbereich und ein weiter Totbereich, das ist der maximal mögliche zeitliche Abstand zwischen dem Auftreten des Fehlers und dessen Registrierung, verbunden.

Eine Schaltung, die diese Nachteile nicht aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke gegen den sekundären Sternpunkt auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem ersten SchwelIwertschalter mit positivem Schwellwert zugeführt ist und daß die am negativen Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke gegen den sekundären Sternpunkt auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem zweiten Schwellwertschalter mit negativem Schwellwert zugeführt ist und daß die Ausgänge der beiden Schwellwertschalter zusammengeschaltet und mit einer Impulssperrstufe verbunden sind.

Der Vorteil liegt darin, daß bei der von jeder Schwellwertstufe überwachten 3-pulsigen Spannung der zu registrierende fehlerhafte Zustand wesentlich länger besteht als bei der herkömmlicherweise überwachten 6-pulsigen Schaltung. Hier werden Phasenspannungen überwacht, die im allgemeinen deutlicher, nämlich bis zu einem theoretischen Wert Null einbrechen als die herkömmlicherweise überwachten verketteten Außenleiterspannungen, die sich vektoriell aus zwei Phasenspannungen zusammensetzen. Der Totbereich, das ist der Zeitraum, der maximal zwischen dem Auftreten des Fehlers und seiner Registrierung vergehen kann, ist demgemäß kürzer.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in die Anspeiseleitungen der Gleichrichterbrücke je ein Widerstand geschaltet ist, wobei diese Widerstände zusammen mit zwischen den beiden Gleichstromausgängen der Gleichrichterbrücke und dem sekundären Sternpunkt in herkömmlicher Weise angeordneten Widerständen abwechselnd und zyklisch einen Spannungsteiler bilden. Dabei ist vorteilhaft, daß jede der Dioden der Gleichrichterbrücke nur mit einer Sperrspannung beansprucht wird, die der im Teilungspunkt der Spannungsteiler auftretenden Teilspannung entspricht.

Anhand von Zeichnungen soll nachfolgend die erfindungsgemäße Schaltung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsschema zur erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 2 und 3 Folgen von Spannungshalbwellen mit Spannungseinbrüchen.

Fig. 1: Zur Stromversorgung der hier nicht näher beschriebenen Elektronikschaltung 1 dient beispielsweise ein Netztransformator 2. Seine sekundären Wicklungen 3,4,5 sind im Stern geschaltet, ein gemeinsamer Sternpunkt 6 ist herausgeführt. Von jeder der drei Sekundärwicklungen 3,4,5 führt eine Leitung zu einem der drei drehstromseitigen Anspeisepunkte 7, 8,9 einer herkömmlichen, aus ungesteuerten Ventilen 10-15 bestehenden Drehstrombrückenschaltung 16. Jeder ihrer beiden Gleichspannungs-Ausgangspunkte 17,18 ist einerseits über einen Belastungswiderstand 19,20 an den Transformatorsternpunkt geschaltet, andererseits an den jeweils gleich bezeichneten Eingang eines Schwellwertschalters. Es ist also der positive Gleichspannungs-Ausgangspunkt 17 mit dem positiv bezeichneten nichtinvertierenden Eingang eines als positiver Schwellwertschalter 21 geschalteten Operationsverstärkers und der negative Gleichspannungs- 2

Claims (2)

1. AT 399 066 B Ausgangspunkt 18 mit dem negativ bezeichneten invertierenden Eingang eines als negativer Schwellwertschalter 22 geschalteten Operationsverstärkers leitend verbunden. Die Referenz- oder Schwellenspannungen werden aus Spannungsteilern gewonnen und den jeweils anderen Eingängen zugeführt. So wird die Referenzspannung für den Schwellwertschalter 21 mittels eines zwischen positive Speiseleitung und Mittelpunkt M geschalteten, aus den Widerständen 23,24 bestehenden Spannungsteilers gewonnen und dem invertierenden Eingang dieses Schwellwertschalters 21 zugeführt. In analoger Weise wird die Referenzspannung für den Schwellwertschalter 22 mittels eines zwischen negative Speiseleitung und Mittelpunkt M geschalteten, aus den Widerständen 25,26 bestehenden Spannungsteilers gewonnen und dem nichtinvertierenden Eingang dieses Schwellwertschalters 22 zugeführt. Die Ausgänge der Schwellwertschalter 21,22 sind zusammengeschaltet und mit einer Einrichtung zur Auslösung einer Impulssperre etc., die hier nicht dargestellt ist, verbunden. In die von den Transformatorwicklungen 3,4,5 zu den zugeordneten Drehstrom-Anspeisepunkten7,8,9 der Gleichrichterbrücke 16 führenden Leitungen sind Widerstände 27,28,29 geschaltet. Diese Widerstände bilden je nach Stromflußrichtung zyklisch Spannungsteiler und zwar bei positivem Strom mit dem Belastungswiderstand 19 und bei negativem Strom mit dem Belastungswiderstand 20. Dadurch tritt an den Dioden 10-15 lediglich eine Sperrspannung in der Größe der Teilerspannung auf. In Fig. 2 ist die am Ausgang eines Drehstrombrückengleichrichters auftretende Reihe von Halbwellen der verketteten Spannungen oder Außenleiterspannungen gezeigt. Wenn eine Phasenspannung ausfällt, brechen alle mit ihr verketteten Spannungen auf den Betrag einer Phasenspannung ein, der bekanntlich in der Höhe von ca. 58 % des Betrages der verketteten Spannungen liegt. Hier ist z.B. der Ausfall der Phase S dargestellt, der ein zyklisches Einbrechen der Außenleiterspannungen RS und ST auf theoretisch etwa 58 % ihres Betrages verursacht. Schraffiert ist das schmale Band für die Festlegung der Schwellenspannung zu erkennen, das zwischen der Toleranzgrenze für die Unterspannung und den Phasenspannungen, die beim hier angenommenen Ausfall der Phase S auftreten, verbleibt. Daraus ist zu ersehen, daß für diese Gegebenheiten der Ansprechbereich A sehr kurz und der Totbereich T sehr lang ist. In Fig. 3 sind demgegenüber die Spannungsverhältnisse dargestellt, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Schaltung gegeben sind. Auch hier ist wieder der Ausfall der Phase S angenommen. Es ist deutlich zu erkennen, daß hier in vorteilhafter Weise ein wesentlich verlängerter Ansprechbereich A und ein wesentlich verkürzter Totbereich T erzielt werden kann. Die zeitliche Beziehung zwischen den beiden Folgen von Spannungshalbwellen wird durch die Zusammenschaltung der Ausgänge der Schwellwertschalter 21,22 hergestellt. Patentansprüche 1. Spannungsüberwachungsschaltung für Drehstrom-Dreiphasennetze mit vorhandenem oder künstlich geschaffenem Mittelpunkt, mit Überwachung der an einer Gleichrichterbrücke auftretenden Gleichspannung auf Unterschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Gleichstromausgang (17) der Gleichrichterbrücke (16) gegen den sekundären Sternpunkt (6) auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem ersten Schwellwertschalter (21) mit positivem Schweilwert zugeführt ist und daß die am negativen Gleichstromausgang (18) der Gleichrichterbrücke (16) gegen den sekundären Sternpunkt (6) auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem zweiten Schwellwertschalter (22) mit negativem Schwellwert zugeführt ist und daß die Ausgänge der beiden Schwellwertschaiter (21,22) zusammengeschaltet und mit einer Impulssperrstufe verbunden sind.
2. 2. Spannungsüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Anspeiseleitungen der Gleichrichterbrücke (16) je ein Widerstand (27,28,29) geschaltet ist, wobei diese Widerstände zusammen mit zwischen den beiden Gleichstromausgängen (17,18) der Gleichrichterbrücke (16) und dem sekundären Sternpunkt (6) in herkömmlicher Weise angeordneten Widerständen (19,20) abwechselnd und zyklisch einen Spannungsteiler bilden. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 3