CH663122A5 - Stromversorgungsvorrichtung fuer einen wechselstromverbraucher. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsvorrichtung für einen Wechselstromverbraucher, mit einem Transistoren und Freilaufdioden in Brückenschaltung aufweisenden Wechselrichter, einem netzgespeisten Gleichrichter, einem Transistor-Zerhacker zwischen Gleichrichter und Wechselrichter, einer dem Zerhacker nachgeschalteten Glättungsschaltung mit Glättungsspule und Glättungskondensator, je einer Basis-steuerschaltung für jeden Transistor von Zerhacker und Wechselrichter, einem Strommesswiderstand für den Zerhackerstrom, einem Strommesswiderstand in der Stromrückleitung des Wechselrichters, einem Impulsgeber, einem die Impulse des Impulsgebers den Wechselrichter-Basissteuerschaltungen zuführenden Impulsverteiler und einem der Zerhacker-Basissteuer-schaltung in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse des Wechselrichters Steuerimpulse zuführenden Regler, wobei den Basissteuerschaltungen von Zerhacker und Wechselrichter in Abhängigkeit von einem am zugehörigen Strommesswiderstand abgenommenen Überstrommesssignal ein Sperrsignal zuführbar ist.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art steht der den Regler, Impulsgeber und Impulsverteiler aufweisende Steuerteil in galvanischer Verbindung mit dem den Gleichrichter, Zerhacker und Wechselrichter aufweisenden Hochspannungsteil. Hierbei besteht die Gefahr, dass die bis zu 600 Volt betragende Hochspannung in den Steuerteil übertragen wird und dieser gegebenenfalls-nicht berührungssicher ist. Die Zwischenschaltung von Trenntransformatoren zwischen Steuerteil und Hochspannungsteil ist aufwendig und erhöht die Ausschaltverzögerung von Zerhacker und Wechselrichter im Falle eines Überstroms, da die Sperrsignale über den Regler bzw. Impulsverteiler auf den Zerhacker bzw. Wechselrichter einwirken.
Es ist ferner bei einer ähnlichen Stromversorgungsvorrichtung ohne Zerhacker und zugehörige Glättungsschaltung bekannt, zum Schutz der Wechselrichtertransistoren den Verbraucherstrom in jeder Phase für sich zu messen und alle Wechselrichtertransistoren über den Steuerteil des Wechselrichters auszuschalten. Hierbei ist in jeder Ausgangsphase des Wechselrichters ein Strommesswiderstand und in der Wechselrichterstrom-Rückleitung ein weiterer Messwiderstand vorgesehen. Dies ergibt, insbesondere bei einem mehr als zweiphasigen Wechselrichter, einen erheblichen Aufward an Messwiderständen mit entsprechend hohen Verlusten. Eine galvanische Trennung zwischen Hochspannungs- und Steuerteil ist ebenfalls nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung der gattungsgemässen Art anzugeben, bei der eine galvanische Trennung zwischen Steuerteil und Hochspannungsteil vorgesehen und dennoch eine rasche Unterbrechung eines Überstroms, z. B. bei Überlastung, Durchzündung zweier in Reihe liegender Transistoren, Erdschluss oder Kurz-schluss, sichergestellt ist.
Erfindugsgemäss ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Steuerimpulse für die Zerhacker und Wechselrichtertransistoren der zugehörigen Basissteuerschaltung über je einen Optokoppler zugeführt werden und dass zwischen den Optokoppler und den Basissteuerschaltungen für den Zerhacker und für die mit der Wechselrichterstromrückleitung verbundenen Transistoren des Wechselrichters je ein Tor liegt, dem bei Überstrom das entsprechende Sperrsignal zuführbar ist.
Durch die Optokoppler erreicht man auf einfache Weise eine sichere galvanische Trennung zwischen Steuerteil und Hochspannungsteil, so dass der Steuerteil berührungssicher ist. Handelsübliche Optokoppler sprechen allerdings verhältnismässig langsam an, so dass sich Verzögerungszeiten von etwa sechs bis zehn Mikrosekunden ergeben können, innerhalb der die Transistoren durch einen Überstrom bereits zerstört sein können. Durch die erfindungsgemässe Zwischenschaltung der Tore zwischen denjenigen Optokopplern und Basissteuerschaltungen, die
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den mit der Wechselrichterstrom-Rückleitung verbundenen Wechselrichtertransistoren einerseits und dem Zerhacker-Transistor andererseits zugeordnet sind, kann das bei Überstrom erzeugte Sperrsignal für diese Transistoren den Steuerteil umgehen. Dies ergibt eine sehr geringe Ausschaltverzögerung. Da jeweils zwei Wechselrichtertransistoren in jedem Brückenzweig in Reihe liegen, ist es grundsätzlich ausreichend, wenn nur die mit der Wechselrichterstrom-Rückleitung verbundenen Wechselrichtertransistoren ausgeschaltet (gesperrt) werden. Dies verringert den Aufwand an zwischengeschalteten Toren.
Vorzugsweise ist dafür gesorgt, dass das Wechselrichter-strommesssignal einer Schwellwertstufe zugeführt wird, die das Sperrsignal bei Überstrom erzeugt und über ein erstes monostabiles Kippglied den Toren der mit der Wechselrichterstromrückleitung verbundenen Wechselrichtertransistoren zuführt. Da das monostabile Kippglied erst nach einer vorbestimmten Laufzeit, die länger als die Abschaltverzögerung des Wechselrichters ist, zurückkippt und ein Einschaltsignal erzeugt, ist sichergestellt, dass der Wechselrichter nicht sofort, sondern erst nach dieser Laufzeit wieder eingeschaltet wird, um zu vermeiden, dass der Wechselrichter schon ein Einschaltsignal erhält, ehe er vollständig ausgeschaltet ist.
Sodann kann das Sperrsignal vom Ausgang des ersten monostabilen Kippglieds über einen Optokoppler einem zweiten monostabilen Kippglied zuführbar sein, durch das das Sperrsignal verlängert und einem Sperreingang des Impulsverteilers sowie einem die Steuerimpulse des Reglers übertragenden Tor zugeführt wird. Hierbei wird gleichzeitig mit der Abgabe eines Sperrsignals an die mit der Wechselrichterstrom-Rückleitung verbundenen Wechselrichtertransistoren ein Sperrsignal an die übrigen Wechselrichtertransistoren sowie den Zerhacker abgegeben. Hierbei können die Bassissteuerschaltungen, wie üblich, eine Mindesteinschaltzeit und Mindestausschaltzeit der Wechselrichtertransistoren sicherstellen. Dennoch wird vermieden, dass sich eine zu hohe Ausschaltverzögerung ergibt, wie es bei einem Kurzschluss auf der Eingangsseite des Verbrauchers der Fall wäre, wenn dieser Kurzschluss unmittelbar nach Beginn einer Mindesteinschaltzeit auftritt. Wenn nur die mit der Wechselrichterstromrückleitung verbundenen Transistoren gesperrt würden, würde sich die Mindesteinschaltzeit zu der inhärenten Ausschaltverzögerung dieser Transistoren addieren. Wenn dagegen auch die übrigen Transistoren zusätzlich gesperrt werden, wird derjenige der übrigen Transistoren, der den Gesamtstrom der mit ihm in Reihe liegenden Transistoren führt, gerade nicht mit der Mindesteinschaltzeit betrieben, so dass auch in diesem Falle nur eine relativ kurze Ausschaltverzögerung sichergestellt ist, da die Verzögerung des Sperrsignals auf dem Weg über den Steuerteil geringer als die Mindesteinschaltzeit ist. Nach Ablauf der Laufzeit des zweiten monostabilen Multivibrators, die etwa 0,5 Sekunden betragen kann, wird der Wechselrichter wieder eingeschaltet, und wenn die Ursache für den Überstrom inzwischen verschwunden ist, wird der Betrieb ungehindert fortgesetzt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Wiedereinschaltung des Zerhackers gegenüber der Wiedereinschaltung des Wechselrichters weiter verzögert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen dem zweiten monostabilen Kippglied und dem die Steuerimpulse des Reglers übertragenden Tor ein Einschaltverzöge-rungsglied liegt. Wenn die Ursache für den Überstrom bei der Wiedereinschaltung des Wechselrichters noch nicht beseitigt ist, erfolgt wieder eine Ausschaltung. Dies kann mehrmals wiederholt werden, wobei gegebenenfalls der Glättungskondensator allmählich entladen wird, bevor der Zerhacker wieder eingeschaltet wird.
Sodann kann in durch Überströme gefährdeten Stromkreisen eine Strombegrenzungsspule liegen, die für eine Begrenzung des Stromes und dessen Anstiegsgeschwindigkeit innerhalb der Ausschaltverzögerung sorgen.
So kann in jeder Ausgangsleitung des Wechselrichters eine Strombegrenzungsspule liegen. Diese begrenzt die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes im Falle eines Erdschlusses oder Kurzschlusses auf Seiten des Verbrauchers.
Die Strombegrenzungsspulen zwischen Wechselrichter und Verbraucher können gegebenenfalls entfallen, wenn in den Zuleitungen des Gleichrichters entsprechend bemessene Funkentstörungs-Drosselspulen liegen und in Reihe mit dem Glättungskondensator eine Strombegrenzungsspule liegt. Die Funkentstörungs-Drosselspulen sind besonders im Falle eines verbraucher-seitigen Erdschlusses von Vorteil. Die Strombegrenzungsspule in Reihe mit dem Glättungskondensator begrenzt ebenfalls den Anstieg des Entladestroms des Kondensators im Falle einer Durchzündung zweier in Reihe liegender Wechselrichtertransistoren aufgrund äusserer Störimpulse.
Im Falle eines Erdschlusses auf Seiten des Verbrauchers kann ein hoher Ladestrom durch den Glättungskondensator über eine Freilaufdiode des Wechselrichters fliessen. Daher sol-te in Reihe mit dem Glättungskondensator ein Strommesswiderstand liegen, der mit der Stromrückleitung des Wechselrichters verbunden ist und dessen Spannungsabfall ebenfalls der Schwellwertstufe als weiteres Strommesssignal zugeführt wird. Hierbei kann ein verbraucherseitiger Erdschluss, der zu einem zu hohen Ladestrom des Glättungskondensators führt, auch dann zu einer Abschaltung des Wechselrichters herangezogen werden, wenn dieser Erdschlussstrom nicht über den in der Stromrückleitung des Wechselrichters liegenden Strommesswiderstand fliesst. Aufgrund der Überwachung des Ladestroms des Glättungskondensators können auch die Strombegrenzungsspulen zwischen Wechselrichter und Verbraucher bzw. gegebenenfalls vorhandene Funkentstörungsspulen auf der Eingangsseite des Gleichrichters auf einen kleineren Sättigungsstrom ausgelegt werden, als ohne diese Ladestromüberwachung.
Sodann kann die in Reihe mit dem Glättungskondensator liegende Strombegrenzungsspule durch eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem ohmschen Widerstand überbrückt sein, wobei die Anode der Diode auf Seiten der Stromzuleitung des Wechselrichters liegt. Hierbei kann die bei einem Kurzschluss im Wechselrichter durch den Entladestrom des Glättungskondensators in der Strombegrenzungsspule gespeicherte Energie nach der Abschaltung des Wechselrichters über die zur Strombegrenzungsspule parallel liegende Reihenschaltung unter Vermeidung einer Überspannung entladen werden.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Die Zeichnung stellt eine Stromversorgungsvorrichtung und einen durch diesen gespeisten mehrphasigen induktiven Wechselstromverbraucher 1, hier einen dreiphasigen Asynchronmotor, dar.
Die Stromversorgungsvorrichtung enthält einen aus dem dreiphasigen Wechselstromnetz R, S, T mit geerdetem Nullpunkt 0 gespeisten dreiphasigen Gleichrichter 2 in Brückenschaltung, der eine geglättete Gleichspannung erzeugt. Ferner enthält sie einen Wechselrichter 3, einen zwischen Gleichrichter 2 und Wechselrichter 3 in der Stromzuleitung des Wechselrichters 3 liegenden Zerhacker 4 und eine dem Zerhacker 4 nachgeschaltete Glättungsschaltung 5.
Der Wechselrichter 3 enthält sechs vereinfacht als Schalter dargestellte Transistoren TI bis T6 in Brückenschaltung mit je einer antiparallel geschalteten Freilaufdiode Dl bis D6.
Der Zerhacker 4 enthält ebenfalls einen vereinfacht als Schalter dargestellten Transistor T7 mit einer antiparallel geschalteten Freilaufdiode D7 und einem in Reihe geschalteten Strommesswiderstand 6.
Die Glättungsschaltung 5 enthält eine Glättungsspule 7, einen Glättungskondensator 8, in Reihe mit dem Glättungskondensator 8 eine Strombegrenzungsspule 9 und einen ohmschen
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Strom'messwiderstand 10, sowie für die Spule 7 eine Freilaufdiode D8, deren Anode mit der Stromrückleitung des Wechselrichters verbunden ist. Ferner enthält sie parallel zur Strombe7 grenzungsspule 9 eine Reihenschaltung aus einer Diode 11 und einem den Diodenstrom begrenzenden ohmschen Widerstand 12. Die Anode der Diode 11 liegt an der positives Potential führenden Stromzuleitung des Wechselrichters 3 und der Strommesswiderstand 10 zwischen dem Glättungskondensator 8 und der negatives Potential führenden Stromrückleitung des Wechselrichters 3.
In der Stromrückleitung des Wechselrichters 3 liegt ein weiterer Strommesswiderstand 13.
In den Zuleitungen des Gleichrichters 2 liegt je eine Funkentstörungs-Drosselspule 14, 15, 16 und in den Ausgangsleitungen des Wechselrichters 3 je eine Strombegrenzungsspule 17, 18, 19. Mit Kl und K2 sind Schalter bezeichnet, die mögliche Kurzschlussstrecken symbolisieren.
Die Stromversorgungsvorrichtung weist ferner einen Regler 20 auf, der den Istwert einer Betriebsgrösse des Wechselrichters 3, dessen Betriebsspannung oder Betriebsstrom, mit einem Sollwert vergleicht und abhängig von Vergleichsergebnis Steuerimpulse für den Zerhacker 4 erzeugt. Diese Steuerimpulse werden dem Transistor T7 über ein Tor 21, hier ein Verknüpfungsglied mit INHIBIT-Funktion, einen Optokoppler 22, ein Tor 23, hier ein Verknüpfungsglied mit UND-Funktion, und eine Basissteuerschaltung 24 zugeführt. Die Steuerimpulse steuern das Tast-verhältnis des Zerhackers 4 so, dass der durch die Glättungsschaltung 5 gebildete Mittelwert der Ausgangsspannung des Zerhackers 4 einem dem Sollwert der Betriebsgrösse des Wechselrichters 3 entsprechenden Wert angenähert wird.
Ein am Strommesswiderstand 6 abgegriffenes Strommesssignal wird einer Schwellwertstufe 25 zugeführt. Beim Auftreten eines Überstroms überschreitet das Strommesssignal den Schwellwert der Schwellwertstufe 25. Diese erzeugt daraufhin ein Sperrsignal, das das Tor 23 und damit die Übertragung weiterer Steuerimpulse zum Zerhacker 4 sperrt. Der Zerhacker 4 nimmt hierbei den dargestellten Zustand ein, in dem er die Versorgungsspannung des Wechselrichters 3 abschaltet (unterbricht).
Die Frequenz das Wechselrichters 3 wird durch einen Impulsgeber 26 bestimmt, dessen Steuerimpulse über einen Impulsverteiler 27, sechs weitere Optokoppler 28 und sechs weitere Basissteuerschaltungen 29 den Basen der Transistoren TI bis T6 des Wechselrichters 3 zugeführt werden und diese Transistoren so steuern, dass sie den Verbraucher 1 mit einer dreiphasigen, im Mittel angenähert sinusförmigen Wechselspannung speisen, wobei stets wenigstens drei Transistoren des Wechselrichters, die nicht in Reihe liegen, einander überlappend zyklisch durchgesteuert (eingeschaltet) werden.
Die von den Strommesswiederständen 10 und 13 abgenommenen Strommesssignale werden einer weiteren Schwellwertstufe 30 zugeführt, die ein Sperrsignal erzeugt, wenn das eine oder andere der ihr zugeführten Strommesssignale oder beide den einem Überstrom entsprechenden Schwellwert überschreitet bzw. überschreiten, wobei die Schwellwertstufe für ein positives und ein negatives am Widerstand 10 gemssenes Überstromsignal je einen Vergleicher aufweist. Das Sperrsignal wird über ein monostabiles Kipplied 31 dem einen Eingang von Toren 32 zugeführt, die jeweils zwischen denjenigen Optokopplern 28 und Basissteuerschaltungen 29 liegen, die den mit der Stromrückleitung des Wechselrichters 3 verbundenen Wechselrichter-Transi-storen T2, T4 und T6 zugeordnet sind. Durch dieses Sperrsignal werden die Tore 32 gesperrt, so dass den Transistoren T2, T4 und T6 keine Steuerimpulse mehr zugeführt und diese Transistoren gesperrt werden, und zwar weinigstens so lange, wie es der Dauer des durch das monostabile Kippglied 31 erzeugten Sperrsignals entspricht, die etwa fünfzehn Mikrosekunden beträgt und länger als die etwa 5 bis 10 Mikrosekunden betragende Abschaltverzögerung des Wechselrichters einschliesslich der Basissteuerschaltungen 29 ist.
Das Sperrsignal des monostabilen Kippglieds 31 wird femer über einen Optokoppler 33 und ein zweites monostabiles Kippglied 34 einem Sperreingang des Impulsverteilers 27 zugeführt, der daraufhin sämtliche den Transistoren TI bis T6 des Wechselrichters 3 zugeführten Steuerimpulse sperrt, so dass der Wechselrichter 3 vollständig ausgeschaltet wird. Die Dauer des durch das monostabile Kippglied 34 erzeugten Sperrsignals ist länger als die des durch das monostabile Kippglied 31 erzeugten Sperrsignals und beträgt etwa 0,5 Sekunden. Das Ausgangssignal des monostabilen Kippglieds 34 wird ferner über ein eine Zeitkonstante von etwa 0,2 Sekunden aufweisendes Verzögerungsglied 35, dass die Rückflanke des Sperrsignals verzögert, einem Sperreingang des Tores 21 zugeführt. Das Tor 21 sperrt daraufhin die Übertragung der Steuerimpulse des Reglers 20 an den Zerhacker 4 und damit diesen ebenfalls.
Die Basissteuerschaltungen 24 und 29 sorgen ferner dafür, dass eine Mindesteinschalt- und eine Mindestausschaltdauer der Transistoren TI bis T7 nicht unterschritten wird.
Während des Betriebs kann ein Strom bei einem Erdschluss (Schalter K2 geschlossen) über verschiedene Stromkreise flies-sen:
a) wenn beispielsweise der Transistor T2 durchgesteuert (eingeschaltet) ist: von Erde über K2, Spule 17, Transistor T2, Strommesswiderstand 13, Gleichrichter 2 und Funkentstörungs-Drosselspule 16 zur Phase T, die in diesem Augenblick negatives Potential gegenüber Erde hat. Die Anstiegsgeschwindigkeit dieses Kurzschlusstroms wird durch die Spulen 16 und 17 begrenzt. Das am Widerstand 13 abgegriffene Strommesssignal bewirkt über die Schwellwertstufe 30, das monostabile Kippglied 31 und die Tore 32 auf kürzestem Wege (unter Umgehung der Gieder 33, 34, 27, 28) eine Ausschaltung der Transistoren T2, T4 und T6, so dass der Kurzschlussstrom unterbrochen wird;
b) wenn beispielsweise der Transistor T1 eingeschaltet und beispielweise der Transistor T2 ausgeschaltet ist: vom positiven Pol des Gleichrichters 2, über die Stromzuleitung des Wechselrichters 3, den Transistor T1 und die Spule 17 zur Erde. Dieser Strom wird nicht durch die Widerstände 10 und 13 erfasst, sondern nur durch den Widerstand 6. Er wächst wegen der Glättungsspule 7, die eine sehr grosse Induktivität im Vergleich zu denen der Spulen 14 bis 19 aufweist, nur langsam an. Erreicht er vor dem Verschwinden des Kurzschlusses den Schwellwert der Stufe 25, so sperrt diese über das Tor 23 und die Basissteuerschaltung 24 auf kürzestem Wege den Zerhacker 4, der daraufhin den Strom unterbricht;
c) wenn beispielweise der Transistor T2 ausgeschaltet und die Zwischenkreisspannung niedriger als die Spannung zwischen Erde und Stromrückleitung des Wechselrichters ist: von Erde über die Strombegrenzungsspule 17, die Freilaufdiode Dl, den Glättungskondensator 8 und den Gleichrichter 2 zur Phase T.
Der Fall c) ist der kritischste, da er nicht durch Abschaltung des Wechselrichters 3 oder des Zerhackers 4 behoben werden kann. Dieser Strom wird daher durch den Widerstand 10 erfasst. Der Spannungsabfall am Widerstand 10 bewirkt über die Bauelemente 30 bis 35 und 21 eine Ausschaltung des Zerhackers 4 und aller Transistoren TI bis T6, so dass nicht noch ein zusätzlicher Erdschlusstrom über einen Wechselrichter-Transistor, der nachfolgend eingeschaltet würde, fliessen kann.
Wenn der Transistor T2 bei eingeschaltetem Transistor T1 durch von aussen eingekoppelte Störimpulse in den leitenden Zustand gesteuert wird, kann sich der Kondensator 8 über die beiden Transistoren T1 und T2 entlanden. Dieser Entladestrom wird durch die Spule 9 begrenzt und durch das am Widerstand 13 abgenommene Überstrommesssignal, das über die Glieder 30, 31, 32, 29 unmittelbar die Transistoren T2, T4, T6 sperrt, unterbrochen. Nach der Unterbrechung entlädt sich die in der
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Spule 9 gespeicherte Energie über die Diode 11 und den Widerstand 12.
Das Sperrsignal der Schwellwertstufe 30 sperrt über die Glieder 31, 33, 34 und 27 auch die Transistoren Tl, T3, T5 und über die Glieder 35 und 21 auch den Zerhacker 4. Bedingt durch die Verzögerung der Optokoppler 22, 28 und 33 werden die Transistoren Tl, T3, T5 und der Zerhacker 4 durch das Sperrsignal der Schwellwertstufe 30 jedoch etwas später ausgeschaltet als die Transistoren T2, T4, T6. Wenn gleichzeitig auch ein Überstrom über den Strommesswiderstand 6 fliesst, wird jedoch auch der Zerhacker 4 kurzfristig über die Schwellwertstufe 25 abgeschaltet.
Andererseits werden die Transistoren Tl, T3, T5 und der Zerhacker 4, bedingt durch die zusätzlichen Zeitkonstanten der Glieder 34 und 35, etwas später als die Transistoren T2, T4 und T6 wieder eingeschaltet, und zwar zuletzt der Zerhacker 4. Ist ein Überstrom bei der Wiedereinschaltung noch vorhanden,
wird eine erneute Ausschaltung ausgelöst. Diese Vorgänge wiederholen sich so lange, bis der Überstrom beseitigt ist.
Die grösste Ausschaltverzögerung ergibt sich, wenn unmittelbar nach dem Einschalten eines der Transistoren T2, T4 und T6 ein Erdschluss auftritt. Da die Basissteuerschaltung 24 und 29 eine Mindestein- und Mindestausschaltzeit bewirken, ist die grösste Ausschaltverzögerung gleich der Summe aus Speicherund Abfallzeit der Transistoren T2, T4 und T6 und der Mindesteinschaltzeit. Trotz dieser Ausschaltverzögerung tritt kein Schaden auf, da bei einem Erdschlussstromverlauf von Erde über beispielsweiss die Diode D2 und den Transistor T2 wenigstens zwei der Spulen 14 bis 19 währenddessen für eine Strombegrenzung sorgen. Möglich ist auch ein Erdschlussstromverlauf bei geöffnetem (ausgeschaltetem) Zerhacker 4 vom positiven Pol des Gleichrichters 2 über dessen Ladekondensator, die Stromrückleitung des Wechselrichters 3, den Widerstand 10, den Glättungskondensator 8, die Spule 9, den leitenden Transistor Tl und die Spule 17 zur Erde. Dieser Strom würde zusätzlich durch die Spule 9 begrenzt.
Beim Kurzschluss einer Verbraucherwicklung, also beispielsweise bei geschlossenem Schalter Kl, entlädt sich der Kondensator 8 über die Spule 9 und zwei Wechselrichtertransistoren, also in diesem Beispiel über die Transistoren Tl und T4. Dieser Entladestrom wird wenigstens durch die Spule 9 in seiner Anstiegsgeschwindigkeit begrenzt, durch die Widerstände 10 und 13 erfasst und unterbrochen. Obwohl bei diesem Wechselrichter 3 während jeder Halb welle der verketteten Wechselrichter-Ausgangsspannung immer wenigstens drei Transistoren gleichzeitig eingeschaltet sind, genügt es, nur jeweils einen, der den Gesamtstrom führt, auszuschalten. Fliesst der Strom vor dem Kuzschluss (Kl geschlossen) beispielsweise a) über die Transito-ren TI, T4 und T5 oder b) über die Transitoren TI, T4 und T6, dann genügt es im Falle a), den Transitor T4 und im Falle b) den Transitor Tl auszuschalten (zu sperren). Im Falle b) könnte der Transitor T6 jedoch unmittelbar vor dem Auftreten des Kurzschlusses gerade eingeschaltet worden sein. Wegen der vorgesehenen Mindesteinschaltzeit, die etwa fünfzehn Mikrosekunden beträgt, würde daher der Transitor T6 diesen Kurzschluss während dieser Zeit aufrechterhalten. Die längste Ausschaltverzögerung über den Weg, in dem die Glieder 30, 31, 33, 34, 27, 28 und 29 liegen, beträgt jedoch nur zehn Mikrosekunden. Gegebenenfalls würde der Transitor Tl schon vorher, dadurch, dass er über den genannten Weg gesperrt wird, den Kurzschluss
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unterbrechen. Daher ist es günstig, das Sperrsignal der Schwellwertstufe 30 nicht nur den unteren Transitoren T2, T4 und T6 der Wechselrichter-Brücke, sondern auch den oberen Transistoren TI, T3 und T5 zuzuführen.
Da die Spulen 17 bis 19 stets mit den Funkentstörungsspulen 14 bis 16 oder der Begrenzungsspule 9 zusammenwirken, können die Spulen 17 bis 19 entfallen, wenn die Spulen 9 und 14 bis 16 entsprechend grösser bemessen sind. So würde die Induktivität der Spulen 9 und 14 bis 16 in der Grössenordnung von 200 bis 300 |xH liegen, wenn die Spulen 17 bis 19 entfallen.
Andererseits brauchen die Spulen aufgrund der selbsttätigen kurzfristigen Abschaltung nur auf einen geringeren Sättigungsstrom gegenüber dem Fall ausgelegt zu werden, dass Kurz- oder Erdschlussströme allein durch Spulen begrenzt würden. Die Spulen brauchen den Stromanstieg nur kurzfristig zu begrenzen, bis der Überstrompfad unterbrochen wird (etwa 10 Mikrosekunden). D.h. bis eine Unterbrechung über irgendeine Stromüberwachung erfolgt ist, dürfen die Spulen nicht in die Sättigung gehen, da sie dann nicht mehr begrenzend wirken. Ohne Stromüberwachung müssten die Spulen sehr gross sein, um einen Stromanstieg auf einen sehr hohen Wert zu vermeiden. Im vorliegenden Falle brauchen sie jedoch jeden gefährlichen Stromanstieg nur so lange zu verzögern, bis eine Abschaltung erfolgt ist.
Die beiden Zeitglieder 34 und 35 dienen dazu, nach einer Fehlerausschaltung den Wechselrichter 3 und den Zerhacker 4 selbsttätig wieder einzuschalten. Nachdem die Wechselrichtertransistoren gesperrt sind, existiert kein Überstrom mehr, das monostabile Kippglied 31 gibt am Ende seiner Laufzeit (von etwa 15 |isec) ein Wiedereinschaltsignal ab, und nach etwa 0,5 Sekunden gibt das monostabile Kipplied 34 ebenfalls ein Einschaltsignal ab, so dass der Wechselrichter wieder eingeschaltet wird. Wenn weiterhin kein Überstrom auftritt, (z.B. Kurzschluss), wird nach weitern etwa 0,2 Sekunden über dass Verzögerungsglied 35 der Zerhacker 4 wieder eingeschaltet. Sollte der Fehler andauern, ist nach dem Ausschalten des Zerhackers 4 die Restspannung des Glättungskondensators 8 ausreichend hoch, um einen Kurzschlussstrom zu bewirken, der so gross ist, dass der ganze Wechselrichter 3 wieder ausgeschaltet wird. Dies wiederholt sich, bis die Spannung am Glättungskondensator soweit abgefallen ist, dass der Strom, der beim Einschalten des Wechselrichters 3 auftritt, keine Ausschaltung mehr verursacht. Der Wechselrichter bleibt dann eingeschaltet, und nach etwa 0,2 Sekunden wird der Zerhacker 4 wieder in Betrieb gesetzt. Danach wird der Glättungskondensator 8 wieder über die Drosselspule 7 aufgeladen. Sobald die Spannung am Glättungskondensator 8 wieder ausreicht, einen Kurzschlusstrom zu erzeugen, werden der Wechselrichter 3 und der Zerhacker 4 wieder ausgeschaltet. Dieses Spiel kann sich mehrmals wiederholen.
Ohne die Wiedereinschaltverzögerung des Zerhackers 4, würde dieser die Drosselspule 7 bei jeder Ausschaltung des Wechselrichters wegen eines Kurzschlusses aufladen. Die Drosselspule 7 müsste dann jedesmal erneut entladen werden. Diese wiederholte Entladung der Drosselspule würde eine erhöhte Spannung am Glättungskondensator bewirken, weil die Energiezufuhr aus der Drosselspule 7 grösser ist als der Energieverbrauch durch den Kurzschluss. Nach mehreren Ausschaltungen wären die Halbleiterelemente des Wechselrichters durch eine Überspannung gefährdet.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Stomversorgungsvorrichtung für einen Wechselstromverbraucher, mit einem Transistoren und Freilaufdioden in Brückenschaltung aufweisenden Wechselrichter, einem netzgespeisten Gleichrichter, einem Transistor-Zerhacker zwischen Gleichrichter und Wechselrichter, einer dem Zerhacker nachgeschalteten Glättungsschaltung mit Glättungsspule und Glät-tungskondensator, je einer Basissteuerschaltung für jeden Transistor von Zerhacker und Wechselrichter, einem Strommesswiderstand für den Zerhackerstrom, einem Strommesswiderstand in der Stromrückleitung des Wechselrichters, einem Impulsgeber, einem die Impulse des Impulsgebers den Wechselrichter-Basissteuerschaltungen zuführenden Impulsverteiler und einem der Zerhacker-Basissteuerschaltung in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse des Wechselrichters Steuerimpulse zuführenden Regler, wobei den Basissteuerschaltungen von Zerhacker und Wechselrichter in Abhängigkeit von einem am zugehörigen Strommesswiderstand abgenommenen Überstrommesssignal ein Sperrsignal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerimpulse für die Zerhacker und Wechselrichtertransistoren (T1-T7) der zugehörigen Basissteuerschaltung (24, 29) über je einen Optokoppler (22, 28) zugeführt werden und dass zwischen den Optokopplern (22, 28) und den Basissteuerschaltungen (24, 29) für den Zerhacker und für die mit der Wechselrichterstrom-rückleitung verbundenen Transistoren (T2, T4, T6) des Wechselrichters (3) je ein Tor (23, 32) liegt, dem bei Überstrom das entsprechende Sperrsignal zuführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichterstrommesssignal einer Schwellwertstufe (30) zugeführt wird, die das Sperrsignal bei Überstrom erzeugt und über ein erstes monostabiles Kippglied (31) den Toren (32) der mit der Wechselrichterstromrückleitung verbundenen Wechselrichtertransistoren (T2, T4, T6) zuführt.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrsignal vom Ausgang des ersten monostabilen Kippglieds (31) über einen Optokoppler (33) einem zweiten monostabilen Kippglied (34) zuführbar ist, durch das das Sperrsignal verlängert und einem Sperreingang des Impulsverteilers (27) sowie einem die Steuerimpulse des Reglers (20) übertragenden Tor (21) zugeführt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten monostabilen Kippglied (34) und dem die Steuerimpulse des Reglers (20) übertragenden Tor (21) ein Einschaltverzögerungsglied (35) liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in durch Überströme gefährdeten Stromkreisen eine Strombegrenzungsspule (9, 14-19) liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Ausgangsleitung des Wechselrichters (3) eine Strombegrenzungsspule (17-19) liegt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zuleitungen des Gleichrichters (2) Funkentstörungs-Drosselspulen (14-16) liegen und in Reihe mit dem Glättungskondensator (8) eine Strombegrenzungsspule (9) •liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Glättungskondensator (8) ein Strommesswiderstand (10) liegt, der mit der Stromrückleitung des Wechselrichters (3) verbunden ist und dessen Spannungsabfall der Schwellwertstufe (30) als weiteres Strommesssignal zugeführt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe mit dem Glättungskondensator (8) liegende Strombegrenzungsspule (9) durch eine Reihenschaltung aus einer Diode (11) und einem ohmschen Widerstand (12) überbrückt ist, wobei die Anode der Diode (11) auf Seiten der Stromzuleitung des Wechselrichters (3) liegt.
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