DE2460773A1

DE2460773A1 - Stromrichterschaltung

Info

Publication number: DE2460773A1
Application number: DE19742460773
Authority: DE
Inventors: Per Dipl Ing Kain; Kjeld Dipl Ing Thorborg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-01-07
Filing date: 1974-12-21
Publication date: 1975-07-10
Also published as: SE7400131L; SE378950B; CA1011819A; US3968418A; DE2460773B2; GB1496061A; CH576721A5

Description

Patentanwälte * 2. k D U / / O

Dipl.-lng. Helmut M iss ling 63 Giessen 6. 12. 1974

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

^₁ ... r, , Telefon: C0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim Boecker

Boe/Prs 12.303"

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Stromrichterschaltung

Die Erfindung betrifft eine Stromrichterschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches Ί . Bei einer S.tromrichterschaltung, z.B. einer gesteuerten dreiphasigen Stromrichterbrücke, die einen Gleichstrommotor speist, können verschiedene Fehlerarten auftreten, die zwar einen weiteren Betrieb des Stromrichters erlauben, jedoch schwere Schäden an dem am Stromrichter angeschlossenen· Motor dadurch verursachen können, daß die Kommutierung des Motors erschwert wird. Solche Fehler im Stromrichterbetrieb sind beispielsweise der Abbruch in einem Ventil, der Ausfall einer Phasenspannung oder Funktionsfehler im Steuerimpulsgerät der Stromrichterbrücke. Auch bei anderen Arten von Stromrichtern und-Lastobjekten besteht der Wunsch, in einfacher Weise eine schnelle und sichere Anzeige von Fehlern der obengenannten Art zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, eine Spaltung zu entwickeln, mit der Fehler der vorstehend genannten Art schnell und sicher angezeigt werden können.

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Zur lösung dieser Aufgabe wird eine Stromrichterschaltung
der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Stromrichterschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2a - 2f die zeitlichen Verläufe einiger
in der erfindungsgemäßen Schaltung
vorkommenden Betriebsgrößen.

Fig. 1 zeigt einen Stromrichter S, dessen Wechselstromseite
an ein speisendes dreiphasiges Wechselspannungsnetz RST angeschlossen ist. Ein Gleichstrommotor M ist an die Gleichstromseite des Stromrichters angeschlossen. Der Stromrichter kann
aus einer steuerbaren dreiphasigen Brückenschaltung aus Thyristoren bestehen.

Zu einer an sich bekannten Strommeßanordnung gehören drei in den Wechselstromzuleitungen liegende Stromwandler 1, 2 und 3. Deren Sekundärströme werden einer dreiphasigen Diodengleichrichter-' brücke- 4 zugeführt, an. deren Gleiehstromausgang ein Widerstand

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R1 angeschlossen ist. Die Spannung.am Widerstand R1 ist in jedem Augenblick proportional dem Gleichstrom 1^ des Stromrichters S. Diese Spannung wird dem eigentlichen Unsymmetrieindikator zugeführt.

Die Spannung wird zunächst in einem ersten Bandpaßfilter BFI gefiltert. Dieses ist so aufgebaut, daß es die Frequenz Null, also die Gleichspannungskomponente,sperrt und die Grundfrequenz des bei ungestörtem Betrieb dem Gleichstrom überlagerten Wechselstromes dämpft. Bei einer mit einer Wechselspannung von 50 Hz betriebenen Dreiphasenbrücke beträgt die Frequenz der

ist
letztgenannten Welle 300 Hz,/also das Produkt aus der Frequenz der Netζwechselspannung und der S&Pulszahl des Stromrichters. Hingegen läßt das Bandpaßfilter dac Frequenzband zwischen den beiden genannten Werten passieren, im obengenannten Fall hauptsächlich Frequenzen zwsichen 30 Hz und ca. 150 Hz.]Das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter BFI wird einem Vergleiehsglied JF zugeführt und dort mit einem Bezugswert verglichen. Übersteigt das Ausgangssignal den Bezugswert, so wird ein Ausgangssignal an ein zweites Bandpaßfilter BFII gegeben, das eine weitere Bandfilterung vornimmt.. Das Ausgangssignal von diesem Bandpaßfilter wird einem Verzögerungsglied FD zugeführt, das verhindert, daß kurzzeitige Unsymmetrien, z.B. durch Ausgleichsvorgänge verursacht, ein Ausgangssignal des Unsymmetrieindikators verursachen. Das Ausgangssignal vom Verzögerungsglied ist ein Strom durch die Relaisspule 6. Durch das Relais kann ein Signal an das Bedienungspersonal gegeben werden oder ein Schalter betätigt werden, der den Stromrichter vom Netz trennt.

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Das Bandpaßfilter BFI hat direkt am Eingang einen Hochpaßteil (Kondensator GV und Widerstand R2) und dahinter einen Tiefpaßteil (Widerstand R3 und Kondensator C2), die zusammen eine, erste Bandfilterung bewirken.

In Figur 2 werden links Beispiele des Verlaufs bestimmter Größen bei ungestörtem symmetrischem Betrieb gezeigt und rechts entsprechende Verläufe für den Fall eines unsymmetrischen Betriebs infolge Ausfalls einer der Phasenspannungen des speisenden Drehstromnetzes. Es wird angenommen, daß der Stromrichter auf eine Wirklast arbeitet. Fig. 2a zeigt den Gleichstrom I·™· Im Normalfall ist der Gleichstromkomponente eine Wechselstromkomponente mit einer Grundfrequenz von 300 Hz überlagert. Diese Komponente wird im Filter BFI, dessen Ausgangsspannung U™ den links in Fig. 2b gezeigten Verlauf haben kann, kräftig reduziert, jedoch nicht vollständig beseitigt. In dem unsjrmmetrisehen Betriebsfall auf der rechten Seite enthält der gleichgerichtete Strom eine kräftige 100-Hz-Komponente, die das Filter mit niedriger Dämpfung passiert.

Das Vergleichsglied JF besteht aus einer Kippstufe N1,'deren Ausgangssignal den Wert "0" (Spannung nicht vorhanden) hat, wenn das Eingangssignal kleiner als Null ist, und deren Ausgangssignal den Wert ¹¹L"(Spannung vorhanden) hat, wenn das Eingangssignal größer als Null ist. Dem Eingang der Kippstufe wird einerseits das Ausgangssignal vom Filter BFI über den Widerstand R4 und andererseits ein Bezugssignal zugeführt, ■' das man über den

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Widerstand R5 von einer negativen Gleichstromquelle erhält. Wenn das Ausgangssignal von BFI positiv und größer als das Bezugssignal ist, so wird das Eingangssignal an N1 positiv, und am Ausgang von N1 erscheint ein "L". Das Bezugsniveau ist in Fig. 2b durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Das Bezugsniveau ist so gewählt, daß normale Unsymmetrien, "beispielsweise unvermeidliche Unsymmetrien der speisenden Netzspannung oder eines Steuerimpulsgeräts eines gesteuerten Stromrichters, kein Ausgangssignal des Unsymmetrieindikators verursachen. In Fig. 2c ist das Ausgangssignal von N1 für die beiden genannten Fälle gezeigt.

Die durch das Bandpaßfilter BFI erreichte Filterung ist nicht ausreichend. Das Ausgangssignal der Kippstufe N1 wird deshalb in einem zweiten Bandpaßfilter BFII nochmals gefiltert. Dieses Filter enthält zunächst einen Hochpaßteil aus dem Kondensator C3 und dem Widerstand R6, in welchem niederfrequente Komponenten weiter reduziert werden. Die Spannung am Widerstand R6 (U^,-) ist in Fig. 2d gezeigt. Zur Unterdrückung hochfrequenter Komponenten folgt dann ein Kreis, der aus den Widerständen R7 und R8, der Diode DI, dem Kondensator C4 und der Kippstufe N2 besteht. Während-, der positiven Intervalle von U^g wird C4. über R8 aufgeladen (die Diode D1 sperrt). Die Zeitkonstante dieses Lade<kreises ist so gewählt, daß die Spannung über dem Kondensator C4 während eines der hochfrequenten Impulse, die beseitigt werden sollen, (z.B. die normale 300-Hz-Komponente) nie auf Null kommt. Während der negativen Intervalle von U_Rf- wird C4 über R7 und R8 entladen (D1 leitet), und der Wert des Widerstandes R7

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ist so gewählt, daß man eine schnelle Entladung erhält.

Der zeitliche Verlauf der Spannung am Kondensator C4 ist in Fig. 2e- gezeigt. Wie man auf der linken Seite sieht, kommt die Spannung in dem ungestörten Betriebsfall nie auf Null. Die Ausgangsgröße der Kippstufe N2 wird deshalb^durchgehend den Wert WuIl haben, d.h. die bei ungestörtem Betrieb auftretenden hochfrequenten Komponenten sind ganz weggefiltert. Bei dem auf der rechten Seite gezeigten unsymmetrischen Betrieb ist die Frequenz kleiner und die Breite der Impulse von der Kippstufe N1 daher größer. Die Spannung am Kondensator C4 kann daher während jedes Impulses positiv werden. Die Kippstufe N2, welche die gleichen Eigenschaften wie die Kippstufe N1 hat, kippt zum Ausgangssignal "L", sobald ihr Eingangssignal den Wert Null überschreitet. Das Ausgangssignal von N2 (U^₂) besteht, wie es rechts in Fig. 2f gezeigt wird, aus einem Impulszug. Dieser Impulszug wird dem Verzögerungsglied FD zugeführt, welches den

den
Kon/feator C5 enthält, der von dem von der Kippstufe N2 kommenden Impulszug über den Widerstand R9 und die Diode D2 aufgeladen und über den Widerstand R1O entladen wird. Die Spannung am Kondensator C5 wird der Basis des Transistors TR zugeführt. Der Emitter dieses Transistors ist über die Zenerdiode D3 geerdet, und der Kollektor des Transistors ist über die Relaisspule 6 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Wenn die Spannung am Kondensator C5 die Zenerspannung der Zenerdiode D3 unterschreitet, dann fließt kein Strom über den Transistor. Sobald die Kondensatorspannung die Zenerspannung überschreitet,

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wird der Transistor leitend, und die Relaisspule 6 erhält Strom. Die Zeitkonstante der Schaltglieder R9-C5 ist so .gewählt, daß eine Impulsfolge von der Kippstufe N2 eine "bestimmte Zeit, z.B. einige Sekunden oder einige Zehnt el Sekunden, "benötigt, um den Kondensator C5 auf die Zenerspannung aufzuladen. Dadurch wird verhindert, daß UnSymmetrien, die auf normalen Ausgleichsvorgängen beruhen, kein Ausgangssignal des Unsymmetrieindikators verursachen. Der Wert des Widerstandes R1O ist so gewählt, daß man eine Entladung des Kondensators C5 mit einer geeigneten Zeitkonstante, z.B. von einigen-Sekunden, erhält, wodurch die Kondensatorspannung zwischen eventuellen Ausgleichsvorgängen wiederhergestellt wird.

Der beschriebene Unsymmetrieindikator ist nur ein Ausführungsbeispiel. Er sowie seine Teile können im Rahmen des offenbarten Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden. Der Stromrichter kann steuerbar oder nicht steuerbar sein und eine andere Phasenzahl als drei haben. Er kann -aus verschiedenen Stromrichterbrücken-Kombinationen bestehen. In sämtlichen Fällen erhält man mit einer Schaltung gemäß der Erfindung eine schnelle und sichere Anzeige für die meisten der bei einem Stromrichter am häufigsten vorkommenden Fehler.

In den oben beschriebenen Beispielen hat das Bandpaßfilter zwei Stufen, eine vor und eine hinter dem Vergleichsglied. Jede dieser Stufen kann in einer Anzahl anderer an sich bekannter Arten aufgebaut sein. Die zweite Stufe kann auch weggelassen werden, wenn die erste Stufe mit ausreichend scharfen Bandgrenz^en arbeitet.

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Claims

Patentansprüche;

1. Stromrichterschaltung zum Anschluß an einen Gleichstromkreis, mit strommessenden Organen zur Gewinnung einer,den Gleichstrom der Stromrichterschaltung abbildenden Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterschaltung ein Anzeigeorgan (BFI, JP, BFII, FD) zum Anzeigen unsymmetrischer Betriebsverhältnisse hat, welches ein Bandpaßfilter (BFI) enthält, das Frequenzen in einem Frequenzband zwischen der Frequenz Null und der Grundfrequenz der bei ungestörtem Betrieb im Gleichstrom vorkommenden Wechselstromkomponente durchläßt, daß dem Bandpaßfilter das den Gleichstrom (I_DC) abbildende Signal zugeführt wird, und daß das Ausgangssignal des Bandpaßfilters Organen (JF, BFII, FD) zur Abgabe eines unsymmetrieanzeigenden Signals zugeführt wird, wenn das Ausgangssignal des Filters einen vorausbestimmten Amplitudenwert überschreitet.

2. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeorgan ein Verzögerungsglied (FD) enthält, das verhindert, daß ein Ausgangssignal gegeben wird, wenn die Zeitdauer des unsymmetrischen Betriebszustands einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

3. Stromrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe (JF, BFII, FD) zur Abgabe eines umsymmetrieanzeigenden Signals ein Vergleichsglied (JF) enthalten, welches

einem das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter mit/dem vorgegebenen

Amplitudenwert entsprechenden Bezugswert vergleicht und welches,

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wenn das Ausgangssignal den Bezugswert übersteigt, ein Signal an ein weiteres Bandpaßfilter (Bi¹Il) abgibt, dessen Ausgangssignal das unsymmetrieanzeigende Signal ist.

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