DE2242634A1

DE2242634A1 - Schaltungsanordnung zur schnellen stromnullmeldung

Info

Publication number: DE2242634A1
Application number: DE19722242634
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl Ing Bergmann
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1972-08-30
Filing date: 1972-08-30
Publication date: 1974-03-07
Also published as: FR2198308A1; FR2198308B3; DE2242634B2; CH556113A; DE2242634C3

Description

BROWN, BOVERI & ClE ■ AKTIENGESELLSCHAFT gg^ ^

MANNHEIM "brOWIsTbOVERJ

Mp.-Nr. 596/72 · Mannheim, den 24. August 1972

PAT-NL/Bt '

Schaltungsanordnung zur schnellen Stromnullmeldung,,

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur schnellen Stromnullmeldung bei der Steuerung eines kreisstromfreien Umkehrstromrichters.

Bei unterschiedlichem Betrieb von über Thyristorbrücken gespeisten Gleichstrommotoren, beispielsweise beim Beschleunigen und ; beim Abbremsen, muß die Stromrichtung umgepolt werden. Dazu muß j die Anordnung kreisstromfrei sein, d.h. beim Umschalten von j einer Phase auf die andere darf kein Strom mehr durch die Thyristoren zum Motor fließen.

Bei dynamisch hoehwertigen Gleichstrommaschiiien sind gleichstrombehaftete Kreise mit Drosseln zur Strombegrenzung vorgesehen. Die hierbei möglichen großen Leistungen bedeuten aber auch große Kreisstromdrosseln und somit hohen Kupferverbrauch.

Gleichstromfreie Schaltungen benutzen logikbaüsteine, die ein Umschalten auf verschiedene Stromrichtungen bzw«, Thyristorbrük- j ken erst dann gestatten, wenn sichergestellt ist, daß der Strom; in dem einen Zweig vollkommen abgeklungen ist.

Bekannt ist, zur Stromnullmeldung eine Vorrichtung zu verwenden, bei der von dem Stromistwert - gemessen mit Drehstromwandlern ein Signal abgenommen wird, das in einer Yergleichsschaltung ausgewertet wird und nach einer zusätzlichen Zeitverzögerung

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eine Stromumschaltung erlaubt. Dieser Schaltung haftet allerdings der Nachteil der großen Zeitverzögerung an.

Es ist auch bekannt, durch Messung der Anoden- bzw. Kathodenspannung in Stromrichterbriicken eine Aussage über die Leitfähigkeit eines Thyristors zu bekommen. Dieses Verfahren wird bei allen Thyristoren einer Drehstrombrücke angewendet und ergibt bei Spannungsunterschieden größer als z.B. 10 Volt ein Sperrfähigkeit ssignal in der Schaltung, das einer Stromnullmeldung entspricht.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu finden, die eine schnelle und genaue Stromnullmeldung erlaubt. Insbesondere soll die Umschaltpause zwischen den beiden

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Zuständen - noch stromleitend - Pause - wieder stromleitend verringert werden.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß Magnetkerne vorgesehen sind, die zur Anfang- bzw. Endmeldung des Laststromes eines Stromrichters dienen. Die Magnetkerne sind so vormagnetisiert, daß mit dem Ende des zu untersuchenden Laststromes eine maximale Flußänderung erfolgt. Für jede Laststromrichtung ist mindestens ein Magnetkern vorgesehen. Ein Magnetkern besitzt Wicklungen für den Las'tstrom, für die Erzeugung eines Ausgangssignals und für die Vormagnetisierung. Für die Erzeugung des Ausgangssignals und für die Vormagnetisierung kann auch eine Wicklung dienen. Das Ausgangssignal des Magnetkernes ist auf eine Auswertlogik geschaltet. Die Auswertlogik weist Schwellwertschalter, Verzögerungsglied, Impulsbildner, Gatter und Speicher auf. Mit dem Ende des Laststroms wird der Speicher gesetzt und mit dem Anfang des Laststroms gelöscht. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist ein Impulssammler zur Sammlung aller im Stromrichtergerät vorhandenen Zündimpulse vorgesehen, der über Gatter bewirkt, daß während eines Zündimpulses der Speicher nicht gesetzt werden kann und daß bei gesetztem Speicher das Ausgangssignal der Auswertlogik für die Dauer eines Zündimpulses unterdrückt wird.

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Die Vorteile der.erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegenübe] bekannten Stromnullmeldern liegen in der Schnelligkeit der Information.

Gegenüber anderen schnellen Anordnungen konnte zudem der Aufwand an elektronischen Bauteilen erheblich reduziert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäß en Schaltungsanordnung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Die Fig. 2, 3, 4 erläutern die Funktionsweise der Schaltungsanordnung.

Nach Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung über einen Magnetkern in die nicht dargestellte Speisung einer Gleichstrommaschine geschaltet. Der Magnetkern ist mit den drei Wicklungen 1, .2 und 3 versehen. Die Sternchen zeigen hierbei den Wickelsinn an. Durch die Wicklung 1 fließt der hohe Motorstrom I^. Wicklung 2 ist die Auswertwicklung, die den Eingang des nachgeschalteten Stromnullmelders beaufschlägt. Wicklung 3 wird aus einer nicht dargestell ten Gleichstromquelle mit- einem Konstantstem gespeist und dient zur Tormagnetisierung des Magnetkernes. Hierdurch soll der Arbeitspunkt bei der Hysteresis-Schleife des Magnetkernes vorgespannt werden.

Mit dem Magnetkern als Hilfsmittel wird der Augenblick des Strom· nullwerdens erfaßt. Da diese Informationen von dem Magnetkern nur impulsförmig zur Verfügung stehen, muß durch eine nachgestaltete Auswert logik, auch' Stromnullmelder genannt,, aus den Impulsen eine geeignete Information aufbereitet werden.

Am Eingang des Stromnullmelders liegt ein Filter mit dem Widerstand 4 und dem Kondensator 5. Die nachgeschalteten Schwellwertschalter 6 und 7 haben unterschiedliche Ansprechspannungen. Der Schwellwertschalter, mit positiver Ansprechspannung führt auf ein

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Verzögerungsglied 8. Der sich anschließende Impulsbildner 9 bildet aus dem Signal des Schwellwertschalters 6 einen Impuls, der über das Gatter 10 auf den Speicher 11 geführt wird.

In Fig. 2 ist in Kurve a) .der intermettierende Gleichstrom I_d durch den Anker einer Gleichstrommaschine dargestellt. Dieser Strom I_d fließt auch durch die Wicklung 1 des Magnetkernes. In Kurve b) ist der Magnetfluß 0 gezeigt, der durch die Magnetisierung in dem Magnetkern durch den Strom I_d erzielt wird. Durch die Sättigung in dem Magnetkern ist der Fluß 0 begrenzt. Durch Änderung des Flußes 0 in dem Magnetkern werden in der Wicklung 2 Spannungen induziert. Dieses ist in Kurve c) dargestellt.

Fig. 3 zeigt die Hysteresis-Kurve des Magnetkernes. Diese Kurve ist zum Koordinatennullpunkt um die halbe Hysteresebreite verschoben. Diese Verschiebung wird durch den Konstantstrom in der Wicklung 3 erzielt. Durch diese Verschiebung wird exakt der Impuls gebildet, der das Ende des Stromes ankündigt. Die Hysteresis^ Kurve soll eine möglichst rechteckige Form haben und ihr abfallender Ast muß in der Nähe des Stromnullpunktes liegen. Dies ist nur möglich mit speziellen Kernen hoher Güte. Denkbar sind beispielsweise Ringkerne, denn diese besitzen eine ausgeprägte rechteckige Hysteresiskurve.-

In Fig. 4 ist der Vorgang der Impulsbildung nach Fig. 2 unter ■Berücksichtigung der verschobenen Hysteresiskurve gezeigt.

Kurve a) zeigt den Verlauf des Laststromes I_d· Der Laststrom muß erst einen gewissen Betrag erreicht haben, ehe die Hysteresisschleife nach Kurve b) durchfahren ist und eine positive Flußänderung auftritt. Deshalb steigt in Kurve c) die induzierte Spannung erst nach einer gewissen Verzögerung an. Da das Ende des Stromes I_d ein Kriterium ist, ist der verzögert einsetzende Spannungsimpuls kein Nachteil. Der aufsteigende Ast der Hysteresisschleife nach Fig. 3 kann deshalb auch weiter vom Koordinatennullpunkt entfernt sein, wenn nur der absteigende Ast nahe am - 5 -

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Nullpunkt, liegt, denn nur von diesem wird die Genauigkeit der Messung "bestimmt.

Die Flußänderung erzeugt in den Wicklungen eine Spannung,, die in Kurve d) dargestellt ist.

Durch die an der Wicklung 2 anstehenden Impulse in negativer Richtung bei Anfang des Laststromes I^ und in positiver Richtung bei Stromende wird der nachgeschaltete Stromnullmelder angesteuert. . ,

Die am Eingang des Stromnullmelders angeschalteten Bauteile 4 und 5 haben die Aufgabe, auf der Signalleitung befindliche Störimpulse auszufiltern« Die nachgeschalteten Schwellwertschalter 6 und 7 sprechen auf unterschiedliche Spannungen an_p die nach Kurve d) in Fig. 4 am Eingang des Stromnullmelders anliegen. Der positive Impulsj, der das Laststromende anzeigt, gibt am Ausgang des Schwellwert schalters β ein L-Signal ab_s das zur Erhöhung der Genauigkeit auf ein Yerzögerungsglied 8 geführt ist. Das Yerzögerungsglied (Yerzögerungszeit beispielsweise 20OctS) dient auch dazu, die Freiwerdezeit der Thyristorei bei der Speisung der Gleichstrommaschine'zu garantieren_e Die Ladungsträger, die sich an den Sperrschichten der Thyristoren angestaut haben, müssen erst wieder abklingen„

Der Impulsbildher 9 besteht aus einem monostabilen■*- Flip-,' und macht aus dem ankommenden Signal ' einen 50 m S-Impuls. Der Impuls führt über das Gatter 10 auf den Speicher Das Signal setzt denjSpeicher_s.d.h. die Strommeldung,, hinter dem Speicher als L-Signal abgreifbar ₉ erscheint am Ausgang des Stromnullmelders. Dies bedeutet auch gleichzeitig, daß di© Thyristoren zur Speisung der Gleichstrommaschine sperrfähig sind und eine Elektronik den anderen Stromzweig einschalten kann«,

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Wenn ein Laststrom durch die Wicklungen des Magnetkernes fließt, muß der Speicher 11 gelöscht werden. Diese Information wird aus dem negativen Impuls der Kurve d) in Fig. 3 gewonnen, über den Schwellwertschalter 7 geführt und auf den Löscheingang des Speichers 11 gegeben. Der gelöschte Speicher läßt am Ausgang ein O-Signal erscheinen. O-Signal bedeutet aber, daß noch ein Strom zum Gleichstrommotor fließt.

Die früneste Information über das Entstehen eines Stromes in der Stromrichterbrücke liegt in dem Zündimpuls zur Ansteuerung der Thyristoren. Deshalb werden zur Erhöhung der Genauigkeit in einer vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorschlages die Zündimpulse der Stromrichterbrücke über den in Fig. 1 dargestellten Impulssammler 12 gesammelt und so über das Gatter 10 in die Logik eingegeben, daß der Speicher 11 dann nicht gesetzt werden kann, wenn gleichzeitig ein Zündimpuls an dem Impulssammler anliegt. Über das Gatter 13 erfolgt eine Unterdrückung eines evtl. vorhandenen Stromnullsignales während eines Zündimpulses, ohne daß der Speicher 11 dabei gelöscht nird. Der Speicher 11 wird erst dann gelöscht, wenn der betreffende Zündimpuls einen Laststrom ausgelöst hat. In diesem Fall erzeugt der Schwellwertschalter 7 noch während der Zündimpulsdauer einen Löschbefehl für den Speicher 11.

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Claims

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Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur schnellen Stromnullmeldung bei der Steuerung eines kreisstromfreien Umkehrstromrichters ₉ dadurch ,gekennzeichnet, daß Magnetkerne vorgesehen sind, die zur Anfang- hzw. Endmeldung des Laststromes (1^) eines Stromrichters dienen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkerne derart Yormagnetisiert sind,daß mit dem Ende des zu untersuchenden Laststromes (1^) eine maximale Flußänderung erfolgt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch.1 oder 2 _g dadurch -gekennzeichnet, daß für jede Laststromrichtung mindestens ein Magnetkern vorgesehen ist»
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetkern Wicklungen für den Laststrom (1), für die Erzeugung eines Ausgangssignales und die Vormagnetisierung (3) besitzt.
5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnete daß für die Erzeugung des Ausgangssignals und für die Tor- j magnetisierung eine Wicklung dient.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Magnetkerns auf eine Auswertlogik geschaltet ist„
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertlogik Schwellwertschalter (6, 7), Verzögerungsglied (8), Impulsbildner (9)₉ Gatter (10) und Speicher (11) aufweist.

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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ende des Laststromes (L·) der Speicher (11) gesetzt wird und mit dem Anfang des Laststromes (l_d) gelöscht wird.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulssammler (12) zur Sammlung aller im Stromrichter vorhandenen Zündimpulse vorgesehen ist, der über Gatter (10, 13) bewirkt, daß während eines Zündimpulses der Speicher (11) nicht gesetzt werden kann und daß bei gesetztem Speicher (11) das Ausgangssignal der Auswertlogik für die Dauer eines Zündimpulses unterdrückt wird.

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