DE2242634C3 - Schaltungsanordnung zur schnellen Stromnullmeldung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur schnellen Stromnullmeldung bei der Steuerung eines kreisstromfreien Umkehrstromrichters unter Anwendung eines durch den Gleichstrom magnetisierten Magnetkerns.

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

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

Gleichstromfreie Schaltungen benutzen Logikbausteine, die ein Umschalten auf verschiedene Stromrichtungen bzw. Thyristorbrücken erst dann gestatien, 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 Vergleichsschaltung

ίο ausgewertet wird und nach einer zusätzlichen Zeitverzögerung eine Stromumschaltung erlaubt (DE-OS 14 63 615).

Es ist auch bekannt, durch Messung der Anoden- bzw. Kathodenspannung in Stromrichterbrücken eine Aussage über die Leitfähigkeit eines Thyristors zu bekommen. Dieses Verfahren wird bei allen Thyristoren einer Drehstrombrücke angewendet und ergibt bei Spannungsunterschifcden größer als z.B. 10Volt ein Sperrfähigkeitssignal in der Schaltung, das einer Stromnullmeldung entspricht (Techn. Mitt AEG-TeIefunken 61 -1971 -, Seite 135 -137).

Eine Anordnung für eine kreisstromfreie Umkehrschaltung mit Stromrichtern zur Speisung von Gleichstrommaschinen ist bekannt (Siemens-Zeitschrift 1971, Heft 4, Seite 183 und 184). Auch hier wird ein Gleichstromwandler in Magnetkernform zur Stromnullmeldung verwende...

Es ist Aiiigabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu finden, die eine schnelle und genaue Stromnullmeldung erlaubt. Insbesondere soll die Umschaltpause zwischen den beiden Zuständen — noch stromleitend — Pause — wieder stromleitend — verringert werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß der Magnetkern eine rechteckige Magnetisierungsschleife aufweist, deren abfallender Ast durch einen Konstantstrom in einer Vormagnetisierungswicklung in die Nähe des Stromnullpunktes verlegt ist, so daß im Augenblick des Verschwindens des Laststromes eine maximale Flußänderung auftritt und wobei von einer Auswertwicklung auf dem Magnetkern durch die Flußänderung bedingte Spannungsimpulse als Ausgangssignale für die Stromnullmeldung abnehmbar sind.

Für jede Laststromrichtung ist normalerweise min-

4^r> destens ein Magnetkern vorzusehen. Für die Erzeugung des Ausgangssignals und für die Vormagnetisierung kann eine gemeinsame Wicklung vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist der das Slromnullwerden anzeigende Spannungsimpuls über einen Schwellwert-

^r>() schalter, ein Verzögerungsglied zur Berücksichtigung der Freiwerdezeit der Stromrichterventile und einen Impulsbildner auf den Setzeingang eines Speichers geführt, während der einen von Null ausgehenden Stromanstieg anzeigende Spannungsimpuls über einen

v> Schwellwertschalter auf den Löscheingang des Speichers geführt ist. Ferner kann ein Impulssammler zur Sammlung aller im Stromrichter vorhandenen Zündimpulse vorgesehen sein, der über Gatter bewirkt, daß während eines Zündimpulses der Speicher nicht gesetzt

bo werden kann und daß bei gesetztem Speicher das Ausgangssignal der Auswertlogik für die Dauer eines Zündimpulses unterdrückt wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegenüber bekannten Stromnullmeldern liegen

fa5 in der Schnelligkeit der Information.

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

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert F i g. 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 versahen. Die Sternchen zeigen hierbei den Wickelsinn an. Durch die Wicklung ί fließt der hohe Motorstrom Ia. Wicklung 2 ist die Auswertwicklung, die den Eingang des nachgeschalteten Stromnullmelders beaufschlagt Wicklung 3 wird aus einer nicht dargestellten Gleichstromquelle mit einem Konstantstrom gespeist und dient zur Vormagnetisierung des Magnetkernes. Hierdurch soll der Arbeitspunkt bei der Hysteresis-Schleife des Magnetkernes vorgespannt werden.

Mit dem Magnetkern als Hilfsmittel wird der Augenblick des Stromnullwerdens erfaßt Da diese Information von dem Magnetkern nur impulsförmig zur Verfügung stehen, muß durch eine nachgestaltete Auswertlogik, 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. Nachgeschaltete Schwellwertschalter 6 und 7 haben unterschiedliche Ansprechspannungen. Der Schwellwertschalter 6 hat eine positive Ansprechspannung und führt auf ein Verzögerungsglied 8. Ein sich anschließend Impulsbildner 9 bildet aus dem Signa! des Schwellwertschalters 6 einen Impuls, der über ein Gatter 10 auf einen Speicher 11 geführt wird.

In Fig.2 ist in Kurve a) der intermettierende Gleichstrom /^ durch den Anker einer Gleichstrommaschine dargestellt. Dieser Strom /_rf fließt auch durch die Wicklung 1 des Magnetkernes. In Kurve b) ist der Magnetfluß Θ gezeigt, der durch die Magnetisierung in dem Magnetkern durch den Strom /^erzielt wird. Durch die Sättigung in dem Magnetkern ist der Fluß Θ begrenzt. Durch Änderung ^l '"' des Flusses Θ in dem

11/

Magnetkern werden in der Wicklung 2 Spannungen induziert. Dieses ist in Kurve c) dargestellt.

Fig.3 zeigt die Hysteresis-Kurve des Magnetkernes (Flußdichte B bzw. Fluß Θ in Abhängigkeit vom Laststrom Ij). 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 mu3 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 d^r Vorgang der Impulsbildung nach F i g. 2 unter Berücksichtigung der verschobenen Hysteresiskurve gezeigt.

Kurve a) zeigt den Verlauf des Laststromes Ij. 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 Änderung¹'"'erst nach einer gewissen Verzögerung an. Da das Ende des Stromes U ein Kriterium ist ist der damit 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 Nullpunkt liegt, denn nur von diesem wird die

Genauigkeit der Messung bestimmt

Die Flußänderung erzeugt in den Wicklungen eine

ι ο Spannung U_a die in Kurve d) dargestellt ist

Durch die an der Wicklung 2 anstehenden Impulse in negativer Richtung bei Anfang des Laststromes Ia und in positiver Richtung bei Stromende wird der nachgeschaltete StromnullmeTder angesteuert

15- 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, die nach Kurve d)

in Fig.4 am Eingang des Stromnullmelders anliegen. Der positive Impuls, der das Laststromende anzeigt, gibt am Ausgang des Schwellwertschalters 6 ein L-Signal ab, das zur Erhöhung der Genauigkeit auf ein Verzögerungsglied 8 geführt ist. Das Verzögerungsglied 8 (Verzögerungszeit beispielsweise 200 μ5) dient auch dazu, die Freiwerdezeit der Thyristoren bei der Speisung der Gleichstrommaschine zu garantieren. Die Ladungsträger, die sich an den Sperrschichten der Thyristoren angestaut haben, müssen erst wieder

jo abklingen.

Der Impulsbildner 9 besteht aus einem monostabilen Fli-Flop und macht aus dem ankommenden Signal einen 50 nS-Impuls. Der Impuls führt über das Gatter 10 auf den Speicher 11. Das Signal setzt den Speicher, d. h. die

J5 Strommeldung, hinter dem Speicher als L-Signal abgreifbar, erscheint am Ausgang des Stromnullmelders. Dies bedeutet auch gleichzeitig, daß die Thyristoren zur Speisung der Gleichstrommaschine sperrfähig sind und eine Elektronik den anderen Stromzweig

■to einschalten kann.

Wenn ein Laststrom durch die Wicklung des Magnetkerns fließt, muß der Speicher U 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 0-Signal erscheinen. 0-Signal bedeutet aber, daß noch ein Strom zum Gleichstrommotor fließt.

Die früheste 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 einen in Fig. 1 dargestellten Impulssammler 12 gesammelt und so über das Gatter 10 in die Logik eingegeben, daß der Speicher 11 dann nicnt gesetzt werden kann, wenn gleichzeitig ein Zündimpuls an dem

bO Impulssammler anliegt. Über ein Gatter 13 erfolgt eine Unterdrückung eines evtl. vorhandenen Stromnullsignals während eines Zündimpulses, ohne daß der Speicher 11 dabei gelöscht wird. 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur schnellen Stromnullmeldung bei der Steuerung eines kreisstromfreien Umkehrstromrichters unter Anwendung eines durch den Gleichstrom magnetisierten Magnetkernes, gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:

— der Magnetkern weist eine rechteckige Magnetisierungsschleife auf, deren abfallender Ast durch einen Konstantstrom in einer Vormagnetisierungswicklung (3) in die Nähe des Stromnullpunktes verlegt ist, so daß im Augenblick des Verschwindens des Laststromes eine maximale Flußänderung auftritt;

— von einer Auswertwicklung (2) auf dem Magnetkern sind die durch Flußänderung bedingte Spannungsimpulse als Ausgangssignale für die Stromnullmeldung abnehmbar.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Laststromrichtung mindestens ein Magnetkern vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des Ausgangssignals und für die Vormagnetisierung eine gemeinsame Wicklung vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Stromnullwerden anzeigende Spannungsimpuls über einen Schwellwertschalter (6), ein Verzögerungsglied (8) zur Berücksichtigung der Freiwerdezeit der Stromrichterventile und einen Impulsbildner (9) auf den Setzeingang eines Speichers (11) geführt ist, während der einen von Null ausgehenden Stromanstieg anzeigende Spannungsimpuls über einen Schwellwertschalter auf den Löscheingang des Speichers (11) geführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 Speiche·· (11) das Ausgangssignal der Auswertlogik für die Dauer eines Zündimpulses unterdrückt wird.