DE2425686B2

DE2425686B2 - Schaltungsanordnung zur Erfassung von Strömen in Stromrichterschaltungen

Info

Publication number: DE2425686B2
Application number: DE19742425686
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 6840 Lampertheim Amelunxen
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-05-28
Filing date: 1974-05-28
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2425686A1; DE2425686C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Strömen in Stromrichterschaltungen, bestehend aus einem oder mehreren Wechselstromwandlern, deren Primärwicklungen an die Wechselstromzuleitungcn der Stromrichterschaltung angeschlossen sind und in deren Sekundärkreisen ein Gleichrichter in Reihe mit einem Bürdenwiderstand liegt. Die Erfassung der Ströme ist in fast allen Stromrichterschaltungen zwecks Vermeidung von unzulässigen Strömen oder zur Regelung bestimmter Betriebsgrößen unerläßlich. Die Erfindung kann insbesondere Anwendung finden bei Regeleinrichtungen für Antriebe mit Umkehrstromrichtern.

Die eingangs genannte Schaltungsanordnung ist allgemein bekannt (beispielsweise wird auf die VDE-Buchreihe Bd. 11 »Energieelektronik und geregelte elektrische Antriebe« (1966) S. 386 und die BSC-Druckschrift GR 1338 (468. Br) hingewiesen). In Stromrichterschaltungen treten jedoch wegen der Ventilwirkung der Schaltungskomponenten die nachfolgend beschriebenen Schwierigkeiten auf. Ein Wechselstromwandler kann nur solange einen Strom erfassen, wie der Kern nicht gesättigt ist. Die an der Sekundärwicklung auftretenden negativen und positiven Spannungszeitflächen müssen im Mittel über einen bestimmten Zeitraum,

z. B. über eine Periode der Netzspannung, die gleichen Beträge haben, weil sonst der Wandlerkern gesättigt wird und seine Übertragungsfähigkeit verliert In den bekannten Anordnungen wird daher der Wechselstromwandler, an dessen Sekundärwicklung durchweg über einen Brückengleichrichter ein Bürdenwiderstand angeschlossen ist, derart durchflutet, daß einem positiven Stromimpuls ein negativer Stromimpuls von gleichgroßer Stromzeitfläche folgt An dem Bürdenwiderstand

ίο und somit an der Sekundärwicklung des Wandlers tritt dadurch im Verlauf einer Periode nach einer positiven Spannungszeitfläche eine negative Spannungszeitfläche gleicher Größe auf, so daß eine Sättigung des Wandlerkerns vermieden wird.

Nach einem anderen Prinzip arbeitet ein bekannter Gleichstromübertrager mit bipolarer, hochlinearer Kennlinie (»Neuartiger Trennverstärker zur Entkopplung von Gleichstrom-Meßkreisen« Elektronik 1967, Heft 11, S. 109 bis 122). Bei dem bekannten Gleichsirornübertrager zur 'übertragung bipolarer Meßsignale werden eine vom Eingangsstrom durchflossene Primärwicklung und eine vom Ausgangsstrom durchflossene Sekundärwicklung im Durchflutungsgieichgewicht gehalten, indem die Sekundärwicklung erregt wird mit

einer Spannung, deren Polarität sich umkehrt, sobald der Übertrager in den Sättigungszustand gelangt. Als Kriterium für das Eintreten des Sättigungszustandes bzw. Umkehren der Polarität dient das Überschreiten eines positiven bzw. negativen Grenzwertes des Sekundärstromes. Zum Erfassen des Grenzwertes und Umkehren der Polarität dienen ein im sekundären Stromkreis liegender Grenzwertschalter und ein elektronischer Schalter. Die vom Primär- und Sekundärstrom gebildeten Spannungszeitflächen werden durch eine entsprechende Auslegung des Übertragers und des Grenzwertschalters gleichgehalten. Der elektronische Schalter wird in der bekannten Schaltung durch Transistoren, Widerstände und gegoniinander geschaltete Zener-Dioden gebildet.

Mit den bekannten Schaltungen von Wechselstromwandlern ist es jedoch nicht möglich, in Stromrichterschaltungen Stromimpulse zu erfassen, die ihre Richtung ändern oder in beiden Richtungen unterschiedliche Stromzeitflächen innerhalb einer Periode aufweisen.

Dies wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.

Gemäß F i g. 1 ist ein Wechselstromwandler 1 in einer Einwegschaltung eingesetzt. Ein Bürdenwiderstand 2 ist über eine Diode 3 an die Sekundärwicklung des Wandlers 1 angeschlossen. Die erforderliche Spannnngszeitfläche umgekehrter Polarität wird von der Sperrspannung der Diode aufgebracht und ist zur Abmagnetisierung verwendbar.

In Mittelpunktschaltungen, z. B. Sternschaltungen, wird der Wechselstromwandler so angeordnet, daß die Stromimpulse von zwei Ventilen 4 und 5 den Wandler 1 in jeweils entgegengesetzter Richtung durchfluten. F i g. 2 zeigt eine einphasige Darstellung z. B. des aus der vorgenannten Literatur bekannten Thyristorantriebes

M) in Gegenparallelschaltung (vgl. VDE-Buchreihe, Bd. 11, S. 386, Bild 4). Schließt man an den Primärkreis in F 6 g. 2 eine Meßwandleranordnung bestehend aus dem W«chselstromwandler 1, dem Bürdenwiderstand 2 und der Diode 3 gemäß F i g. 1 an, so wird am Bürdenwiderstand 2 nur so lange der Laststrom /1 abgebildet, wie dieser durch den Thyristor 4 fließt. Sobald der Strom /1 durch den Thyristor 5 fließt, Thyristor 4 also gesperrt bleibt, wird der Kern des Wandlers 1 gesättigt, am

Bürdenwiderstand 2 erscheint keine stromproportionale Spannung mehr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Gegenstand der eingangs genannten Gattung eine Schaltungsanordnung anzugeben, die die Erfassung von Strömen in Stromrichterschaltungen unter Verwendung von Wechselstromwandlern ermöglicht, auch wenn die Wechselstromwandler beaufschlagenden Primärströme ihre Richtung ändern oder innerhalb einer Periode Ströme unterschiedlicher Größe und Richtung und stromlose Pausen auftreten. Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß der Bürdenwiderstand in Reihe mit einem bipolaren Spannungsbegrenzer mit Zenercharakteristik liegt

Der Sekundärkreis der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sorgt in den stromlosen Pausen für eine Abmagnetisierung der Sekundärwicklung. Dies geschieht durch die Addition der Spannungsabfälle am Bürdenwiderstand und an dem Begrenzerelemem. Ein Primärstrom wird am Bürdenwiderstand als Spannung abgebildet, die in Polarität und Größe in jedem Augenblick dem Primärstrom proportional ist.

Der Spannungsbegrenzer kann aus zwei mit entgegengesetzter Polarität hintereinander geschalteten Zenerdioden bestehen. Es ist zwar als solches bekannt, zwei entgegengesetzt gepolte Zenerdioden in einen Strompfad des Sekundärkreises eines Wechselstromwandlers zu schalten; aber in dem bekannten Fall handelt es sich um eine Wechselspannungs-Stabilisierungsschaltung und die Zenerdioden liegen parallel zur ?■> Reihenschaltung eines Widerstandes und der Sekundärwicklung (ITT Intermetall »Schaltbeispiele mit diskreten Halbleiterbauelementen«, Ausgabe 1972, S. 20 und 21).

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß an den Bürdenwiderstand ausgangsseitig zwei antiparallele Dioden angeschlossen sind. Durch den Anschluß der beiden antiparallelen Dioden lassen sich die dem positiven und negativen Stromistwert entsprechenden Spannungswerte einzeln auswerten, wenn die Schwellspannung der Dioden selbst als Fehler in Kauf genommen werden kann.

Eine Alternativlösung zur Reihenschaltung von Bürdenwiderstand und bipolarem Spannungsbegrenzer <5 besteht darin, daß im Sekundärkreis des einen Wechselstromwandlers zwei antiparallele Strompfade vorgesehen sind, jeweils bestehend aus mindestens einer Diode, einem Bürdenwiderstand und einem spannungsbegrenzenden Bauelement. Als spannungsbegrenzendes Bauelement kann eine Zenerdiode eingesetzt sein. Eine solche Schaltungsanordnung läßt sich vorteilhaft auf mehrpulsige Umkehrstromrichter anwenden, z. B. auf eine kreisstrombehaftete Gegenparallelschaltung. Bei solchen Anwendungen sind zweckmäßig die Sekundärkreise mehrerer Wandler, die in den Wechselstrom-Zuleitungen des Stromrichters angeordnet sind, über je eine offene Einphasenbrückenschaltung wirkgleich an die antiparallelen Strompfade angeschlossen, Die Spannungsabfälle an den Bürdenwiderständen werden eo Reglern "Is Stromistwerte zugeführt.

Die Höhe der Begrenzerspannung der Spannungsbegrenzer ist mindestens so groß, wie die Summe aus den Spannungsabfällelf air. jeweiligen Innenwiderstand des Stromwandlers und am BUrdenwiderstand.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und Fig.2 die bereits erläuterten bekannten Schaltungen,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der der Bürdenwiderstand in Reihe mit einem bipolaren Spannungsbegrenzer liegt,

F i g. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der der Sekundärkreis des Wandlers aus zwei gegenparallelen Strompfaden besteht,

F i g. 5 die Anwendung der Schaltung gemäß F i g. 4 auf eine kreisstrombehaftete Gegenparallelschaltung und

Fig.6a bis e Zeitdiagramme von Strömen und Spannungen in F i g. 3.

Gemäß F i g. 3 liegt im Sekundärkreis eines Wechselstromwandlers 11 ein Bürdenwiderstand 12 in Reihe mit einer bipolaren Zenerdiode 13. Zwischen Bürdenwiderstand 12 und Zenerdiode 13 sind antiparallele Dioden 16 und 17 angeschlossen, so daß an den Ausgängen 18 und 19 (gegenüber 20) der positive bzw. der negative Stromistwert zur Verfügung stehen.

Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß F i g. 3 ist anhand der in der Fig.6 dargestellten Zeitdiagra-ime näher erläutert

Durch die Primärwicklung des Wandlers 11 fließt beispielsweise für eine bestimmte Dauer ein Strom vom Betrag Ii, dann ein Strom vom Betrag 033 · /1 in umgekehrter Richtung für die gleiche Dauer, dann folgt eine stromlose Pause gleicher Dauer und dieser Vorgang wiederholt sich periodisch. Die Verläufe des Priniärstromes IX, des Sekundärstromes /2, der Spannung U12 am Bürdenwiderstand, der Spannung Ü2 an der widerstandslos gedachten Sekundärwicklung und des magnetischen Flusses Φ im Kern des Wandlers sind in der genannten Reihenfolge untereinander dargestellt. Aus Fig.6d ist ersichtlich, daß durch die Addition der Spannungsabfälle am Bürdenwiderstand /2 und an der bipolaren Zenerdiode 13 in der stromlosen Pause noch eine restliche Abmagnetisierung ermöglicht wird. Am Bürden widerstand 12 erscheint eine .Spannung U12, die in Polarität und Größe in jedem Augenblick dem Primärstrom /1 proportional ist.

In der Schaltung nach F i g. 4 wird der Sekuric'ärstrom /2 je nach Polarität auf zwei verschieden*· Strompfade, bestehend aus einer Diode 120, einem Bürdenwiderstand 112, einer Zenerdiode 113 und einer Diode 121 bzw. einer Diode 120' einem Bürdenwiderstand 112' und einer Diode 121' geleitet. Für positive Sekundärströme an der Ausgangsklemme 118 bzw. am Bürdenwiderstand 112 kann riie den positiven Stromistwert repräsentierende Spannung abgegriffen werden, am Ausgang 119 bzw. am Bürdenwiderstand 112' die den ne3ati en Stromistwert repräsentierende Spannung.

Die Anwendung der Erfindung auf mehrphas'ge Stromrichterschaltungen ist in F i g. 5 in einen, Beispiel dargestellt. Hier soll der Stromistwert für zwei Sternschaltungen, die in einer kreisstrombehafteten Gegenparallelschultung zusammenarbeiten, gebildet werden, In den Phasen R, S und T sind jeweils die Primärwicklungen von Wechselstromwandlern 211, 21Γ und 211" angeordnet, die Sekundärwicklungen sind über je eine offene Einphasenbrückenschaltung aus den Dioden 220, 220' und 221, 22Γ; 223, 223' und 225, 225'; 233, 233' und 235, 235' wirkgleich an die antiparallelen Strompfade mit jeweils einem Bürdenwiderstand 212 bzw. 212' und einer Zenerdiode 213 bzw. 213' angeschlossen. An den Bürdenwiderständen 212 b/w. 212' bzw an den Ausgängen 218 bzw. 219 stehen jeweils der Dositive bzw. der nepative Stromistwert zur

Verfügung. Der kleinere von beiden wird als Kreisstrom bezeichnet. Die Thyristoren der Gegenparallelschaltung sind in Analogie zu F i g. 2 mit 204, 205 bzw. 204', 205' bzw. 204", 205" bezeichnet. Zwischen den Sternpi'nkten der Gegenparallelschaltung und dem Mittelpunktsleiter ist ein Motor angeschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erfassung von Strömen in Stromrichterschaltungen, bestehend aus einem oder mehreren Wechselstromwandlern, deren Primärwicklungen an die Wechselstromzuleitungen der Stromrichterschahung angeschlossen sind und in deren Sekundärkreisen eine Diode in Reihe mit einem Bürdenwiderstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürdenwiderstand (12) in Reihe mit einem bipolaren Spannungsbegrenzer mit Zenercharakteristik liegt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bürdenwiderstand (12) ausgangsseitig zwei antiparallele Dioden (18, 19) angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung zur Erfassung von Strömen in Stromrichierschaltungen, bestehend aus einem oder mehreren Wechselstromwandlern, deren Primärwicklungen an die Wechselstromleitungen der Stromrichterschahung angeschlossen sind und in deren Sekundärkreisen ein Gleichrichter in Reihe mit einem Bürdenwiderstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des einen Wandlers (11, 211) zwei anfiparallele Strompfade vorgesehen sind, jeweils bestehend aus mindestens einer Diode (120 bzw. 120'; 220 bzw. 220'), einem Bürdenwiderstand (112 bzw. 112'; 212 bzw. 212') und einem spamiungsbegrenzenden Bauelement (113 bzw.H3';211bzw.213').

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seicundärkreise mehrerer Wandler (211, 21Γ, JLX'/') über je eine offene Einphasenbrückenschaltung (2^0, 220', 221, 221' bzw. 223, 223', 225, 225' bzw. 233, 233', 235, 235) wirkgleich an die antiparallelen Strompfade mit jeweils einem Brückenwiderstand (212 bzw. 212') und einer Zenerdiode (213 bzw. 213') angeschlossen sind.