DE2460773B2 - Steuerbare Stromrichterschaltung - Google Patents
Steuerbare StromrichterschaltungInfo
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- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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Description
Die Erfindung betrifft eine steuerbare Stromrichterschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine solche Stromrichter-Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DT-AS 12 82 173. Bei einer gesteuerten
Stromrichterschaltung, z. B. einer 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.
Aus der DE-OS 22 01 298 ist eine Fehleranzeigeschaltung für einen ungesteuerten Diodengleichrichter
bekannt, bei der in der Gleichstromleitung ein Stromwandler liegt, dessen Sekundärseite auf ein
Anzeigegerät arbeitet. Diese bekannte Schaltung hat zum einen den Nachteil, daß ein zusätzlicher Wandler
für den Gleichstromkreis erforderlich ist, der für den vollen Gleichstrom ausgelegt sein muß, und zum
anderen den Nachteil, daß die den Fehler anzeigende Signalspannung eine Reihe auch bei ungestörtem
Betrieb auftretender Oberwellen enthält, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Gerätes sehr gering ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromrichterschaltung der eingangs genannten Art zu
entwickeln, bei der mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine sehr empfindliche Fehleranzeige erreicht
wird.
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 zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Stromrichterschaltung
nach der Erfindung,
F i g. 2a bis 2f die zeitlichen Verläufe einiger in der
F i g. 2a bis 2f die zeitlichen Verläufe einiger in der
erfindungsgemäßen Schaltung vorkommenden Betriebsgrößen.
F i g. 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
Zu einer an sich bekannten Strommeßanordnung
gehören drei in den Wechselstromzuleitungen liegende Stromwandler 1, 2 und 3. Deren Sekundärströme
werden einer dreiphasigen Diodengleichrichterbrücke 4 zugeführt, an deren Gleichstromausgang ein Widerstand
R1 angeschlossen ist. Die Spannung am Widerstand R 1 ist in jedem Augenblick proportional
dem Gleichstrom Iac des Stromrichters S. Diese Spannung wird dem eigentlichen Unsymmetrieindikator
zugeführt.
Die Spannung wird zunächst in einem ersten Bandpaßfilter BFl 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 letztgenannten Welle 300 Hz, ist also das
Produkt aus der Frequenz der Netzwechselspannung und der Pulszahl des Stromrichters. Hingegen läßt das
Bandpaßfilter das Frequenzband zwischen den beiden genannten Werten passieren, im obengenannten Fall
hauptsächlich Frequenzen zwischen 30 Hz und ca. 150 Hz. Das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter BFl
wird einem Vergleichsglied JF zugeführt und dort mit einem Bezugswert verglichen. Übersteigt das Ausgangssignal
den Bezugswert, so wird ein Ausgangssignal an ein zweites Bandpaßfilter ßFII 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 Ausgangssignai 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.
Das Bandpaßfilter BFl hat direkt am Eingang einen Hochpaßteil (Kondensator C1 und Widerstand R 2) und
dahinter einen Tiefpaßteil (Widerstand A3 und Kondensator C2\ die zusammen eine erste Bandfilterung
bewirken.
In Fig.2 werden links Beispiele des Verlaufs
bestimmter Größen bei ungestörtem symmetrischem ι ο Betrieb gezeigt und rechts entsprechende Verläufe für
den Fall ejnes 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 lpe- Im Normalfall ist der Gleichstromkomponente
eine Wechselstromkomponente mit einer Grundfrequenz von 300 Hz überlagert. Diese Komponente
wird im Filter BFI, dessen Ausgangsspannung Uf
den links in Fig.2b gezeigten Verlauf haben kann, kräftig reduziert, jedoch nicht vollständig beseitigt. In
dem unsymmetrischen Betriebsfall auf der rechten Seite enthält der gleichgerichtete Strom eine kräftige
100-Hz-Koinponente, die das Filter mit niedriger
Dämpfung passiert.
Das Vergleichsglied JF besteht aus einer Kippstufe NX, deren Ausgangssignal den Wert »0« (Spannung
nicht vorhanden) hat, wenn das Eingangssignal kleiner als Null ist, und deren Ausgangssignal den Wert »L«
(Spannung vorhanden) hat, wenn das Eingangssignal größer als Null ist. Dem Eingang der Kippstufe wird
einerseits das Ausgangssignal vom Filter BF] über den
Widerstand /?4 und andererseits ein Bezugssignal zugeführt, das man über den Widerstand R 5 von einer
negativen Gleichstromquelle erhält Wenn das Ausgangssignal von SFI positiv und größer als das
Bezugssignal ist, so wird das Eingangssignal an JVl positiv, und am Ausgang von N1 erscheint ein »L«. Das
Bezugsniveau ist in F i g. 2b durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Das Bezugsniveau ist so gewählt, daß ίο
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
/Vl wird deshalb in einem zweiten Bandpaßfilter SFlI
nochmals gefiltert. Dieses Filter enthält zunächst einen so
Hochpaßteil aus dem Kondensator C3 und dem Widerstand R 6, in welchem niederfrequente Komponenten
weiter reduziert werden. Die Spannung am Widerstand /?6 (Ur6) ist in Fig. 2d gezeigt. Zur
Unterdrückung hochfrequenter Komponenten folgt dann ein Kreis, der aus den Widerständen R 7 und R 8,
der Diode D1, dem Kondensator C 4 und der Kippstufe
Λ/2 besteht. Während der positiven Intervalle von Ur6
wird C 4 über R 8 aufgeladen (die Diode D1 sperrt). Die
Zeitkonstante dieses Ladekreises 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 Ur6 wird
C4 über R 7 und R 8 entladen (D 1 leitet), und der Wert bi
des Widerstandes R 7 ist so gewählt, daß man eine schnelle Entladung erhält.
Der zeitliche Verlauf der Spannung am Kondensator C 4 ist in F i g. 2e gezeigt Wie man auf der linken Seite
sieht, kommt die Spannung in dem ungestörten Betriebsfall nie auf Null. Die Ausgangsgröße der
Kippstufe Λ/2 wird deshalb durchgehend den Wert Null
haben, d. h., die bei ungestörtem Betrieb auftretenden hochfrequenten Komponenten sind ganz weggefiltert.
Bei dem auf der rechten Seite gezeigter; unsymmetrischen Betrieb ist die Frequenz kleiner und die Breite der
Impulse von der Kippstufe Nl daher größer. Die Spannung am Kondensator C4 kann daher während
jedes Impulses positiv werden. Die Kippstufe N2, welche die gleichen Eigenschaften wie die Kippstufe
NX hat, kippt zum Ausgangssignal »L«, sobald ihr Eingangssignal den Wert Null überschreitet Das
Ausgangssignal von N2 (Un2) besteht, wie es rechts in
Fig.2f gezeigt wird, aus einem Impulszug. Dieser Impulszug wird dem Verzögerungsglied FD zugeführt,
welches den Kondensator C5 enthält, der von dem von der Kippstufe N2 kommenden Impulszug über den
Widerstand R9 und die Diode D2 aufgeladen und über
den Widerstand R 10 entladen wird. Die Spannung am Kondensator C5 wird der Basis des Transistors 77?
zugeführt. Der Emitter dieses Transistors ist über die Zenerdiode D 3 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 D 3 unterschreitet, dann fließt kein Strom
über den Transistor. Sobald die Kondensatorspannung die Zenerspannung überschreitet, 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
Zehntelsekunden, 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 R 10 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 Bandgrenzen
arbeitet
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Steuerbare Stromrichterschaltung zur Speisung eines Gleichstromkreises mit strommessenden Organen
zur Gewinnung einer den Gleichstrom der Stromrichterschaltung abbildenden Größe und mit
einem Anzeigeorgan zum Anzeigen unsymmetrischer Betriebsverhältnisse, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anzeigeorgan (BFl, JF, BFU, FD) zum Anzeigen unsymmetrischer Betriebsverhältnisse
ein Bandpaßfilter (BFl) 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 (BFl) das den Gleichstrom (Iac)
abbildende Signal zugeführt wird und daß das Ausgangssignai des Bandpaßfilters Organen (JF,
BFIi, FD) zur Abgabe eines unsymmetrieanzeigenden Signals zugeführt wird, wenn das Ausgangssignal
des Filters einen vorausbestimmten Amplitudenwert überschreitet, wobei zu den genannten
Organen ein Verzögerungsglied (FD) gehört, das verhindert, daß ein Ausgangssignal gegeben wird,
wenn die Zeitdauer des unsymmetrischen Betriebszustands einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
2. Steuerbare Stronirichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe
(JF, BFH, FD)z\iT Abgabe eines unsymmetrieanzeigenden
Signals ein Vergleichsglied (JF) enthalten, welches das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter mit
einem dem vorgegebenen Amplitudenwert entsprechenden Bezugswert vergleicht und welches, wenn
das Ausgangssignal den Bezugswert übersteigt, ein Signal an ein weiteres Bandpaßfilter (ßFII) abgibt,
dessen Ausgangssignal das unsymmetrieanzeigende Signal ist.
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