DE1905076A1

DE1905076A1 - Anordnung zur Stromueberwachung bei ueber antiparallelgeschaltete Thyristoren gespeisten Verbrauchern

Info

Publication number: DE1905076A1
Application number: DE19691905076
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus Huebner; Dipl-Ing Manfred Liska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-02-01
Publication date: 1969-10-23
Also published as: US3548289A; DE1905076B2; DE1905076C3; CH473499A

Description

SIEMENS AKTIEEGEoSLLSCHAI¹T ;:!.," \.^: λ Erlangen, 3 IJAN. 1969

Werner-von-Siemens-Str. 50

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'Anordnung zur Stromüberwachung bei über an!,' parallelgeschaltete. Thyristoren gespeisten Verbrauchern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Stromüberwachung bei Verbrauchern, die über antiparallelgeschaltete Thyristoren gespeist werden, denen periodisch abwechselnd von einem Steuersatz erzeugte Impulse zugeführt werden, deren Phasenlage bezogen auf eine Wechselspannung von einer Steuerspannung abhängt.

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Bei einer solchen Anordnung versagt die übliche Methode, den durch den Verbraucher fließenden Strom durch eine Strommessung er erfassen und dann ein Signal auszulösen, wenn der Strom Null wird. Bei Verbrauchern, die über antiparallelgeechaltete Thyristoren gespeist werden, wird nämlich der Strom auch im Betrieb periodisch während jeder Halbwelle Null. Eine Überwachungsschaltung darf jedoch in einem solchen lall nicht ansprechen. Eine Mittel- * wertbildung des Verbraucherstromes ist andererseits nicht er-⁴ wünscht, da die dazu infolge des sich stark ändernden lOrmfaktors erforderlichen Glättungsmittel die Anzeige zu stark verzögern würden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Überwachungsanordnung für die eingangs genannten Verbraucher anzugeben, die bei Stromausfall bereits nach einer einzigen Halbwelle der Speisespannung anspricht.'

Dies wird dadurch erreicht, daß ein über einen Widerstand an einer Gleicbapannungsquelle liegender Kondensator vorgesehen ist, dem ein Schalter parallelgeschaltet ist, der abhängig von dem Augenblickswert des Verbraucheratroms so gesteuert wird, daß er während der Fließzeit des Verbraucherstromes geschlossen ist, und daß die Kondensatorspannung an einem Schwellwertglied mit derart eingestellter Schwelle liegt, daß es ein Signal nur dann abgibt, wenn der Schalter wenigstens während der Dauer einer halben Periode der iVechselspannung nicht geschlossen wurde.

iür manche Anwendungszwecke ist es vorteilhaft, wenn bei Ausfall

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des Verbraücherstroms nicht nur ein Signal abgegeben, sondern auch die Speisespannung abgeschaltet wird. So liegt z. B. bei mehreren an einer HochspannungecLuelle, wie z, B. der Sekundärwicklung eines Hochspannungstraneiormators liegenden, in Reihe geschalteten Niederspannungsverbrauchern bei Ausfall eines Verbr^^ die volle Sekundärspannung des Transformators an diesem einen Verbraucher. Dae gilt auch dann, wenn die Verbraucher durch antiparallelgeschaltete Thyristoren gesteuert; werden, die in Reihe mit der Primärwicklung des Hoohepannungstrafos liegen. Bei Ausfall eines Verbrauchers fließt nämlich primärseitig der Leerlaufstrom des Transformators weiter, sofern nicht die Steuerimpulse für die Thyristoren abgeschaltet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht demgemäß darin, daß das Signal einer Schalteinrichtung zugeführt wird» die bei Ausfall des auf der Sekundärseite des HocbspannungstransformatOre fließenden Stromes die dem Steuersatz zugeführte Steuerspannung zu Null macht.

Bei Regelkreisen kann ein den Istwert liefernder Rückmeldekreis unterbrochen werden. Der Istwert wird also Null. Das entspricht • einem Anwachsen der Differenz zwischen einem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert. Damit wächst auch die Stellgröße, so daß die Verbraucher u. IT. überlastet werden können. Eine solche Unterbrechung kann insbesondere dann auftreten, wenn der Istwert von einem Stromwandler geliefert wird, bei dem eine Zuleitung bricht.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht daher darin, daß der Schalter

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abhängig vom Augenblickswert des Sekundärstromes des Stromwandler gesteuert wird.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 us 3 näher erläutert.

In Figur 1 ist die Erfindung In Verbindung mit einem Wechselstromsteller gezeigt. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Steuersatz 1, der den antiparallelgeschalteten Thyristoren periodisch Zündimpulse liefert. In Reihe mit den antiparallelgeschalteten Thyristoren ist eine last 2 und die Primärwicklung eines Stromwandlers 4 geschaltet. Diese Reihenschaltung liegt an einer Speisespannung Us. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 4 ist*

einem
mit/Zweiweggleichrichter 5 verbunden, dessen Ausgangsspannung einer Schalteinrichtung 6 zugeführt wird. Diese Schalteinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kondensator K, der über einen Widerstand an einer Gleichspannungsquelle liegt, und aus einem Schalter Sch, der dem KondensatorK parallelliegt. Dieser Schalter wird hier z. B. durch ein nicht näher bezeichnetes, symbolisch gemeintes Rtlais betätigt. Die Kondehsatorspannung wird einem Schwellwertglied 7 zugeführt, das beim Überschreiten seiner Schwellspannung leitend wird. Die Ausgangsspannung des Schwellwertgliedes liegt dann an einer Signaleinrichtung 5, die damit ein Signal abgibt. .

Der Steuersatz 1 gibt Zündimpulse an die Thyristoren 3 ab. Die

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Zündimpulse haben einen bestimmten Phasenwinkel in Bezug auf die Speisespannung U . Damit fließt durch den Verbraucher 2 und durch die Primärwicklung des Stromwandlers 4 ein bestimmter Strom. An der Bürde des Stromwandlers fällt eine diesem Strom proportionale Spannung ab. Diese Spannung wird im Gleichrichter 5 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung steuert den den Kondensator der Schalteinrichtung 6 überbrückenden Schalter leitend. Der Kondensator wird damit periodisch entladen. Damit erreicht die Kondensatorspannung die Schwellspannung des Sohwellwertgliedes 7 nicht, so daß die Signaleinrichtung S kein Signal abgeben kann. Die Schwellspannung des Schwellwertgliedes wird erst dann erreicht, wenn der Kondensator etwas länger als eine Halbperiode der Speisespannung nicht entladen wurde.

Bel· Stromausfall ist auch der Strom in der Sekundärwicklung des Stromwandlers 4 Null, so daß am Ausgang des Gleichrichters 5 keine Spannung auftritt. Die Kondensatorspannung steigt nun an und erreicht die Schwellspannung des Sohwellwertgliedes 7, sofern der Stromausfall wenigstens eine Halbwelle lang andauert. Damit wird die Signaleinrichtung S angesteuert und gibt ein Signal ab.

Das Ausführungsbeispel nach Figur 2 ist in wesentlichen Teilen dem nach Fig. 1 gleich. Im Gegensatz dazu speisen bei.diesem die Thyristoren 3 primärseitig einen Hochspannungstransformator 9» Sekundärseitig lägen mehrere in Reihe geschaltete Verbraucher 2. Bei Ausfall eines der Verbraucher liegt an diesem die gesamte Hochspannung an. Das kann z. B. zu Isolationsschäden führen.

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Daher muß in einem solchen Fall die Speie espannung apg^eadnaltet werden.- Zu diesem Zweck wird die Ausgangsspannung des Schwellwertgliedes 7 einem weiteren Schalter 8 zugeführt, der du roh diese Spannung geschlossen wird.

Fällt einer der Verbraucher 2 aus, ao wird der Strom durch die Primärwicklung des Stromwandlers 4.Null. Damit bleibt der den Kondensator K überbrückende Schalter in der Schalteinrichtung 6 geöffnet und die Kondensatorspannung steigt an, bis" die Schwelle des Schwellwertgliedes 7 erreicht ist. Dann wird der Schalter 8 geschlossen und schließt die Steuerspannung für den Steuersatz kurz. Die Thyristoren 3 erhalten dann keine Zünäimpulser»hr und die Verbraucher 2 werden beginnend mit dem Nulldurchgang der Speisespannung spannungslos.

Wird die Speisung der Verbraucher mittels eines Reglers geregelt, so liegt die Schalteinrichtung 6 an der Sekundärseite des den Istwert liefernden Stromwandlers,

In einem solchen Regelkreis ist ein Regelverstärker 10 und ein zusätzlicher Gleichrichter 11 zur Istwertbildung vorgesehen. Der Gleichrichter 11 liefert eine dem Mittelwert des Verbraucherstromes proportionale Spannung, die den Istwert bildet. Das Schwellwertglied 7 kann hierbei statt auf den Schalter 8 auch direkt auf den Regelverstärker 10 einwirken, indem es z. B. einen elektronischen Schalter betätigt, der die Eingangsspannung in einer der Verstärkerstuf en des Regelverstärkers 10 kurzschließt. Damit ist die Steuerepannung für den Steuersatz 1 gleich Null, so daß die

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Thyristoren 3 keine Zündimpulse tneh.r erhalten und die Verbraucher 2 beim nächsten Nulldurchgang der Speisespannung spannungslos werden. Die Schalteinrichtung 6 spricht auch dann an, wenn der Istwert des Regelkreises ausfällt. Dies tritt vielfach dort auf, wo Verbraucher und Regler, räumlich getrennt sind und längere Leitungen in der Rückführung benötigt werden. Wird die Überwachungsanordnung ausschließlich für diesen Zweck benötigt, so kann sie auch in Verbindung mit Verbrauchern eingesetzt werden, die nicht über einen Hochspannungstransformator gespeist werden.

In Figur 3 ist ein weiteres.Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In dieser Figur ist.Insbesondere die Schalteinrichtung näher erläutert. Diese Schalteinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kondenaator K, einem Widerstand r, zwei Transistoren p1 und p2, zwei Dioden ni und n2, zwei Schwellwertgliedern 13 und H sowie einem InvertierglJed 12. Die Rückführung des Reglers ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen.

Beim normalen Betrieb,erhält der Steuersatz 1 eine Steuerspannung Ug., die wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen einen bestimmten Stromfluß durch den-Verbraucher 2 und die Primärwicklung des Stromwandlers 4- einstellt. In der Sekundärwicklung 4' des ütromwandlers wird eine Spannung induziert, die im Gleichrichter 5 gleichgerichtet wird. Diese Spannung treibt einen Strom durch die Steuerstrecke des Transistors p"1 . Dieser wird dadurch leitend gesteuert und entlädt periodisch den über einen ϊ/.iderstand r1 an einer Gleichspannung liegenden Kondensator K. Die Kondensatorspannung

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wird einem Scbwellwertglied 7 zugeführt, dessen Schwelle so bemessen ist, daß es nicht anspricht, wenn der Transistor p1 zu > einer beliebigen Zeit während einer Halbwelle leitend gesteuert wurde. Fällt der Verbraucherstrom aus, so wird in der Sekundär- 1 wicklung 4' des Stromwandlers keine Spannung mehr induziert und.:* der Transistor ρ1 bleibt gesperrt. Die Kondensatorspannung ist

dann am Anfang der darauffolgenden Halbwelle soweit angewachsen, daß die Schwellspannung des Schwellwertgliedes 7 erreicht wird. Die Ausgangsspannung des Schwellwertgliedes 7 wird, wie schon in Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, dazu benutzt, die als Steuerspannung für den Steuersatz 1 dienende Ausgangsspannung des Regelverstärkers zu Null zu machen. Ist die Steuerspannung Null, werden die Thyristoren 3 nicht mehr gezündet und die Verbraucher werden beginnend mit dem Nulldurchgang der Speisespannung spannungs-Ιοβ'Γ" ■" .

Dabei wird die Schwellspannung des Schwellwertgliedes 7 zweck— mäßigerweise so gewählt, daß sie von der Könderisatorspannung dann überschritten wird, wenn der Verbraucherstrom etwas langer als eine Halbwelle der Speisespannung ausfällt* ·. ■ ".'

^! Soll nach der Abschaltung der Speisespannung diese wieder an die Ver-

■ ;· ^"'^ΐί***~ ■■■"■ ■'■-- -~^: ■-","■■ braucher gelegt werden, so ist dies mit der/öbeh beschriebenen "

Anordnung zunächst nicht ohne weiteres möglich, da in der Se- , ^;; kundärwicklung 4*des Stromwandlers keine Spannung induziert wird I und der Transistor ρ1 daher nicht leitend gesteuert werden kann* ^; Damit bleibt aber auch die dem Steuersatz Γ zugeführte Steuer-^!T ;k dparinuri^ WuIl. Um ein Einschulten der Speiseapannung nach eanetn ,.

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Abschalten zu ermöglichen, Ist ein zweites Schwellwertglied und ein Invertierglied 12 vorgesehen, dessen Ausgang über eine zweite Entkopplungsdiode n2 mit der Steuerstrecke des Transistors pt verbunden ist. Der Eingang des Sehwellwertgliedes liegt am'Ausgang des Regelveratärkers 10. Ist die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 10 kleiner als die Schwellspannung des Sehwellwertgliedes 14, so gibt da³ Invertierglied12 einen Strom ab, der über die Diode n2 und über die Steuerstrecke des Transistors pi fließt und diesen leitend steuert. Damit ist der Kondensator K kurzgeschlossen. Die Schwellspannung des Sehwellwertgliedes wird damit nicht erreicht. Damit kann die Ausgangsspannung des Regel' Verstärkers 10 ansteigen, bis sie nach mehreren Perloden der Speisespannung ihren Endwert erreicht. Inzwischen wird der Kondensator K wieder periodisch entladen, fällt der Istwert aus, so wird der Transistor pt gesperrt und die Kondensatcrspannung steigt an, bis die Schwellspannung des Sehwellwertgliedes.erreicht wird. Damit geht die Ausgangsspannung des Regelverstärkers gegen Null. Unterschreitet sie den Schwellwert des Sehwellwertgliedes 14» so wird der Transistor pt wieder ausgesteuert. Damit erreicht die Kondensatorspannung die Schwelle des Sohwellwertgliedes 7 nicht mehr, so daß der Regeiverstärker 10 nicht mehr gesperrt ist. Das bedeutet aber, daß die Steuerspannung und damit der Zündwinkel der Thyristoren niemals ganz Full wird und die Last immer noch zeitweise an der Speisespannung Hegt. Um das zu verhindern, liegt der Steuerstrecke des Transistors pt und der Diode η2 die Kollektor-Emltter-Strecke eines weiteren Translators p2 parallel, der über ein drittes Schwellwertglied 13, dessen Schwellepannung; kleiner oder gleich der des SchwellWiertgliedes 7 ist, von der

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Kondensatorspannung angesteuert wird.

Damit ist der Transistor p2 bereits leitend, wenn der Regelverstärker über das Schwellwertglied rückges-tellt wird. Das Schw'ellwertglied H ist damit nicht mehr in der Lage, den Transistor pt auszusteuern, d. h., die Ausgangsspannüng des Regelverstärkers kann auf Null absinken. Damit bleiben auch die Verbraucher 2 vollständig von der Versorgungsapannung getrennt» Die gesamte Anlage kann erst wieder in Betrieb- genommen werden, wenn der Kondensator durch ein externes Kommando , entladen·wird.

6 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

_0 Anordnung zur Stroasüberwachung bei Verbrauchern, die über äntiparallelgeschaltete Thyristoren gespeist werden, denen periodisch abwechselnd von einem Steuersatz erzeugte Impulse zugeführt werden, deren Phasenlage bezogen auf eine Wechselspannung von einer Steuerspannung abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß ein über einen Widerstand an einer Gleichspannungsquelle · liegender Kondensator (KI) vorgesehen ist, dem ein Schalter parallelgeschaltet ist, der abhängig von dem Augenblickswert des Verbraucherstroms so gesteuert wird, daß er während der Fließzeit des Verbraucherstromes geschlossen ist, und daß die Kondenatorspannung an einem Schwellwertglied (7) mit derart eingeellter Schwelle liegt, daß es ein Signal nur dann abgibt, inn der Schalter wenigstens während der Dauer einer halben PerJDde der Wechselspannung nicht geschlossen wurde·
2. Anordnung nach Anspruch 1 für über einen Transformator gespeiste Verbraucher, wobei der Transformator primärseitig über die antiparallelgeschalteten Thyristoren an einer Speisespannungsquelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einer Schalteinrichtung (8) zugeführt wird, die die Steuerspannung zu Null macht.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Steuerspannung von einem Regelverstärker geliefert wird, dem einangsseitig die Differenz zwischen einem Sollwert und einem einem Mittelwert des Verbraucheretromes entsprechenden Istwert zugeführt wird, daß der Istwert von einem primärs eitig. im Verbraucherstroiakreia liegenden Stromwandler (4) geliefert wird und daß der Schalter abhängig vom Augenblickswert des Sekundärst romes gesteuert wird. '-..

3. Anordnung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Transistor (p1 ) ist, dessenKollektor-Strecke dem Kondensator (KT) parallelgeschaltet ist und daß der Transistor (pt.) jeweils durch einen vom Vorhandensein des Verbraucherstroms (ir) abhängigen Strom leitend gesteuert wird.
4. Anordnung nach ünteransprüch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schalteinrichtung vorgesehen ist, die den Transistor (p-1 ) leitend steuert, wenn die Ausgangsgröße des Regelverstärkera (10) kleiner als eine durch ein weiteres Schwellwertglied (14) vorgegebene Spannung ist.
5. Anordnungnach ünteransprüchA, dadurch gekehnzeichnet^ daß

ein drittes Schwellwertglied (13) vorgesehen ist, an dem die Kondensat orspannung liegt und dessen Schwellwert kleiner oder höchstens gleich dem des ersten Schwellwertgliedes (7) ist,und daß das dritte Schwellwertglied (13) einen weiteren Transistor (p2) leitend steuert, der den über das weitere Schwellwertgliedi; (14) fließenden Steuerstrom für den Transistor (pi) abführt.

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