DE2460773B2

DE2460773B2 - Steuerbare Stromrichterschaltung

Info

Publication number: DE2460773B2
Application number: DE2460773A
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: 1978-08-31
Also published as: SE7400131L; SE378950B; CA1011819A; US3968418A; GB1496061A; DE2460773A1; CH576721A5

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

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

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

Patentansprüche:

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.