DE19860721A1 - Dreipunkt-Umrichter und Verfahren zu seinem Betreiben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dreipunkt-Umrichters mit einem Gleichspannungszwischenkreis (2), der einen Pluspotential führenden Ausgang (10), einen Minuspotential führenden Ausgang (11) und einen weiteren auf Mittenpotential liegenden Ausgang (12) aufweist. Um Erdschlüsse im Gleichspannungszwischenkreis (2) erkennen zu können, wird die Spannung (Ue) an einer einerseits an den weiteren Ausgang (12) des Gleichspannungszwischenkreises (2) und andererseits an Erde angeschlossenen Parallelschaltung (20) eines Kondensators (22) und eines ohmschen Widerstandes (21) verwendet. DOLLAR A Um den Ort eines Kurzschlusses im Umrichter mit geringem Aufwand zuverlässig erkennen zu können, wird eine vom Gleichrichtmittelwert der Spannung (Ue) abhängige Auswertegröße (A) gebildet und ein einen Erdschluß anzeigendes Ausgangssignal (Sa) erzeugt, wenn die Auswertegröße (A) vorgegebenen Schwellwertbedingungen genügt.

Description

Aus der Zeitschrift "eb-Elektrische Bahnen" 93 (1995) 7, Sei­ ten 230 bis 235 ist ein Langstator-Synchronmotorantrieb des Transrapid bekannt. Dieser Antrieb enthält einen Umrichter­ leistungsteil, der auch als Dreipunkt-Umrichter bezeichnet wird. Wie insbesondere Bild 2 dieser Literaturstelle zu ent­ nehmen ist, weist ein solcher Dreipunkt-Umrichter eingangs­ seitig Gleichrichter auf, die am Energieversorgungsnetz lie­ genden Eingangstransformatoren nachgeordnet sind. An die Gleichrichter ist ein Gleichspannungszwischenkreis ange­ schlossen, der Zwischenkreisdrosseln und Zwischenkreiskonden­ satoren enthält. Der Gleichspannungszwischenkreis weist einen auf Plus-Potential liegenden Ausgang, einen auf Minus-Poten­ tial liegenden Ausgang und einen weiteren, auf Mittenpoten­ tial liegenden Ausgang auf. An diese Ausgänge sind parallel zwei Dreipunkt-Wechselrichter angeschlossen, die ausgangssei­ tig mit Ausgangstransformatoren verbunden sind.

Ferner ist es aus der Siemens-Dokumentation "Modernisierung TVE-Antrieb Umrichter-Leistungsteil", Teil 1, Register 4, Seiten 12 und 13 bekannt, bei einem solchen Dreipunkt-Um­ richter die Spannung an einer einerseits an den auf Mittelpo­ tential liegenden Ausgang des Gleichspannungszwischenkreises und andererseits an Erde angeschlossenen Parallelschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes zum Erken­ nen eines Erdschlusses in dem Gleichspannungszwischenkreis zu verwenden. Parallel zu der Parallelschaltung ist eine die Spannung an der Parallelschaltung abgreifende Gleichspan­ nungserfasssungseinrichtung vorhanden, und der Gleichspan­ nungserfassungseinrichtung ist eine Erdschlußerkennungsein­ richtung nachgeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Dreipunkt-Umrichters mit einem Gleichspan­ nungszwischenkreis, der einen Plus-Potential führenden Aus­ gang, einen Minus-Potential führenden Ausgang und einen wei­ teren, auf Mittenpotential liegenden Ausgang aufweist, wobei die Spannung an einer einerseits an den weiteren Ausgang des Gleichspannungszwischenkreises und andererseits an Erde an­ geschlossenen Parallelschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes zum Erkennen eines Erdschlusses in dem Gleichspannungszwischenkreis verwendet wird, so auszugestal­ ten, daß der Ort eines Kurzschlusses im Dreipunkt-Umrichter mit vergleichsweise geringem Aufwand zuverlässig erfaßbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine vom Gleichrichtmittelwert der Spannung abhängige Auswertegröße gebildet und ein einen Erdschluß anzeigendes Ausgangssignal erzeugt, wenn die Auswertegröße vorgegebenen Schwellenwert­ bedingungen genügt.

Um das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von der über die Gleichrichter eingestellten Zwischenkreisspannung unter be­ sonders zuverlässiger Erkennung eines Erdschlusses durchfüh­ ren zu können, wird eine dem Gleichrichtmittelwert der Span­ nung entsprechende erste Meßgröße gebildet, eine vom arithme­ tischen Mittelwert der Spannung abhängige zweite Meßgröße er­ zeugt und durch Quotientenbildung der ersten und zweiten Meß­ größe die Auswertegröße gebildet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wird eine dem arithmetischen Mittel­ wert der Spannung entsprechende erste Zwischenmeßgröße gebil­ det, eine zweite Zwischenmeßgröße erzeugt, die dem Effek­ tivwert einer Komponente der Spannung mit einer Frequenz pro­ portional ist, die der Frequenz des den Dreipunkt-Umrichter speisenden Energieversorgungsnetzes entspricht, und es wird durch Summation der beiden Zwischenmeßgrößen die zweite Meß­ größe gebildet. Bei dieser Ausführungsart des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens können auch Erdschlüsse auf der Sekundärseite der Eingangstransformatoren eines Dreipunkt-Umrichters erfaßt werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dreipunkt-Umrichters, in

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktions­ weise einer an den Umrichter gemäß Fig. 1 angeschlossenen Erdschlußerkennungseinrichtung und in

Fig. 3 ein Diagramm zur zusätzlichen Erklärung der Wirkungs­ weise des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben.

Die Fig. 1 läßt einen Gleichrichter 1 erkennen, der in nicht dargestellter Weise an Eingangstransformatoren angeschlossen ist, die ihrerseits an ein speisendes Energieversorgungsnetz angeschlossen sind. An den Gleichrichter 1 ist ein Gleich­ spannungszwischenkreis 2 angeschlossen, der mit Eingängen 3, 4 und 5 an Ausgängen des Gleichrichters 1 angeschlossen ist. Der Gleichspannungszwischenkreis 2 ist in bekannter Weise mit Zwischenkreisdrosseln 6 und 7 sowie Zwischenkreiskondensato­ ren 8 und 9 versehen. Der Gleichspannungskreis weist einen Pluspotential führenden Ausgang 10 und einen Minuspotential führenden Ausgang 11 auf; ein weiterer Ausgang 12 des Gleich­ spannungszwischenkreises 2 liegt auf Mittenpotential. Reihen­ schaltungen aus Widerständen 13 bzw. 14 mit Gleichrichtern 15 bzw. 16 bilden in bekannter Weise Bremssteller und Bremsstel­ lerwiderstände.

An die Ausgänge des Gleichspannungszwischenkreises 2 sind ferner in bekannter Weise Wechselrichter 17 und 18 ange­ schlossen, denen in ebenfalls bekannter Weise Ausgangstrans­ formatoren nachgeordnet sind, die figürlich nicht dargestellt sind.

Einerseits an den auf Mittenpotential liegenden weiteren Aus­ gang 12 und andererseits an Erde ist eine Parallelschaltung 20 angeschlossen, die einen Widerstand 21 parallel zu einem Kondensator 22 enthält. Zu dieser Parallelschaltung 20 par­ allel angeordnet ist eine Gleichspannungserfassungseinrich­ tung 23, die aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Wider­ standes und eines Gleichspannungswandlers 25 besteht, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Hall-Wandler ausge­ bildet ist.

Über eine Anschlußleitung 26 ist an den Ausgang der Gleich­ spannungserfassungseinrichtung 23 eine Erdschlußerkennungs­ einrichtung 27 angeschlossen, die vorteilhafterweise von ei­ nem Mikroprozessor gebildet ist. An einem Ausgang 28 der Erd­ schlußerkennungseinrichtung 27 ist ein Signal abgreifbar, wenn ein Kurzschluß festgestellt wird.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erdschlußerkennungs­ einrichtung 27 wird auf die Fig. 2 bezug genommen, in der zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erdschlußerkennungsein­ richtung 27 auf eine Blockschaltbild-Darstellung zurückge­ griffen wird. An einem Eingang 30 der Erdschlußerkennungs­ einrichtung 27 ist ein Absolutwertbildner 31 angeschlossen, dem ein FIR(Finite-Impulse-Response)-Filter 32 mit Tiefpass­ funktion nachgeordnet ist. An einem Ausgang 33 des FIR-Fil­ ters 32 entsteht somit eine Meßgröße U1, die dem Gleich­ richtmittelwert der Spannung Ue an der Parallelschaltung 20 entspricht. Zu dieser Meßgröße U1 wird in einer Addierstufe 34 aus später noch erläuterten Gründen eine feste Spannung Uemin addiert und die so gebildete Meßgröße U11 einem Quo­ tientenbildner 35 zugeführt.

Der Quotientenbildender 35 ist auch mit einer weiteren Meß­ größe U2 beaufschlagt, die in einer Addierstufe 36 gebildet ist. Diese Addierstufe liegt mit einem Eingang an einem wei­ teren FIR-Filter 37, das eingangsseitig mit der Spannung Ue beaufschlagt ist und ebenfalls als Tiefpass wirkt. Am Ausgang 38 des weiteren FIR-Filters 37 entsteht somit eine Zwischen­ meßgröße Uz1, die dem arithmetischen Mittelwert der Spannung Ue entspricht. Außerdem ist der Addierstufe 36 eine weitere Zwischenmeßgröße Uz2 zugeführt, die dem Effektivwert einer Komponenten in der Spannung Ue mit einer Frequenz entspricht, die der Frequenz des einspeisenden Energieversorgungsnetzes entspricht. Um diese weitere Zwischenmeßgröße Uz2 zu gewin­ nen, ist an die Spannung Ue ein einen Sinus-Bandpass darstel­ lendes FIR-Filter 39 und ein einen Cosinus-Bandpass darstel­ lendes FIR-Filter 40 angeschlossen. Nach Quadrierung der Aus­ gangsgrößen dieser beiden FIR-Filter 39 und 40 und Addition in einer zusätzlichen Addierstufe 41 und nach Radizierung in einer Stufe 42 ist die weitere Zwischenmeßgröße Uz2 gebildet.

In dem Quotientenbildner 35 wird aus den Meßgrößen U1 bzw. U11 und U2 eine Auswertegröße A gebildet, wobei die feste Spannung Uemin dazu dient, auch bei kleinen Meßgrößen U1 de­ finierte Verhältnisse zu schaffen. Die Auswertegröße A wird einer Schwellenwerteinrichtung 44 zugeführt. Diese Schwellen­ werteinrichtung ist auf einen vorgegebenen Schwellenwert OG (vgl. Fig. 3) eingestellt; wird dieser obere Schwellenwert OG von der Auswertegröße A überschritten, dann wird ein Si­ gnal S1 erzeugt, das einem Eingang 45 eines UND-Gliedes 46 zugeführt wird. Ein weiterer Eingang 47 des UND-Gliedes ist mit einem weiteren Eingang 31 der Erdschlußerkennungsein­ richtung 27 verbunden. An diesem Eingang 31 steht dann ein Signal an, wenn der Gleichspannungszwischenkreis 2 einge­ schaltet ist. Wenn beide Eingänge 45 und 47 mit einem Signal beaufschlagt sind, wird von dem UND-Glied 46 ein Signal an einem Ausgang 48 abgegeben, das einen aufgetretenen Erdschluß signalisiert.

Die Schwellenwerteinrichtung 44 ist so ausgestaltet, daß sie auch einen unteren Schwellenwert UG erfassen kann (vgl. Fig. 3). Überschreitet das Auswertesignal A den Wert OG, dann spricht dies für einen Erdschluß am Pluspotential führenden Ausgang 10 oder am Minuspotential führenden Ausgang 11. Das Auswertesignal A ist außerdem mit unterschiedlichen Vorzei­ chen behaftet, je nach dem, ob der Erdschluß an dem Pluspo­ tential führenden Ausgang 10 oder am Minuspotential führenden Ausgang 11 aufgetreten ist. Ein positives Vorzeichen spricht für einen am Plus-Potential liegenden Ausgang 10 aufgetrete­ nen Erdschluß, während ein negatives Vorzeichen für einen Erdschluß am Minuspotential führenden Ausgang 11 spricht. Liegt die Auswertegröße A unterhalb des unteren Schwellen­ wertes UG der Schwellenwertstufe 44, dann spricht dies für einen Erdschluß am auf Mittenpotential liegenden weiteren Ausgang 12 des Gleichspannungszwischenkreises 2.

Soll der genaue Kurzschlußort ermittelt werden, dann muß die Schwellenwerteinrichtung 44 entsprechend ausgebildet sein, also ein Signal bei oberem Schwellenwert OG mit positivem Vorzeichen des Auswertesignals A, ein anderes Signal bei obe­ rem Schwellenwert mit negativem Vorzeichen und ein drittes Signal bei einem Auswertesignal A unterhalb des unteren Schwellenwertes UG erzeugen, die dann über ein (nicht darge­ stelltes) weiteres Logikglied mit dem Ausgangssignal Sa zu verknüpfen sind.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben eines Dreipunkt-Umrichters mit ei­ nem Gleichspannungszwischenkreis, der einen Plus-Potential führenden Ausgang, einen Minus-Potential führenden Ausgang und einen weiteren, auf Mittenpotential liegenden Ausgang aufweist, wobei

• - die Spannung (Ue) an einer einerseits an den weiteren Aus­ gang (M) des Gleichspannungszwischenkreises (2) und ande­ rerseits an Erde angeschlossenen Parallelschaltung (20) ei­ nes Kondensators (22) und eines ohmschen Widerstandes (21) zum Erkennen eines Erdschlusses in dem Gleichspannungszwi­ schenkreis (2) verwendet wird,dadurch gekennzeichnet, daß
• - eine vom Gleichrichtmittelwert der Spannung (Ue) abhängige Auswertegröße (A) gebildet wird und
• - ein einen Erdschluß anzeigendes Ausgangssignal (Sa) erzeugt wird, wenn die Auswertegröße (A) vorgegebenen Schwellen­ wertbedingungen genügt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine dem Gleichrichtmittelwert der Spannung (Ue) entspre­ chende erste Meßgröße (U1) gebildet wird,
• - eine vom arithmetischen Mittelwert der Spannung (Ue) abhän­ gige zweite Meßgröße (U2) erzeugt wird und
• - durch Quotientenbildung der ersten und zweiten Meßgröße (U1, U2) die Auswertegröße (A) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine dem arithmetischen Mittelwert der Spannung (Ue) ent­ sprechende erste Zwischenmeßgröße (Uz1) gebildet wird,
• - eine zweite Zwischenmeßgröße (Uz2) erzeugt wird, die dem Effektivwert einer Komponente der Frequenz des den Drei­ punkt-Umrichter speisenden Energieversorgungsnetzes ent­ spricht, und
• - durch Summation der beiden Zwischenmeßgrößen (Uz1, Uz2) die zweite Meßgröße (U2) gebildet wird.