DE2502462C3 - Schaltung zur potentialfreien Erfassung des Stromes einer halbgesteuerten, einphasigen Brückenschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur potentialfreien Erfassung des Stromes einer halbgesteuerten, einphasigen Brückenschaltung mit zwei Wechselstromwandlern, von denen einer in eine der Wechselstromspeiseleitungen der Brückenschaltung geschaltet ist und mit den Wechselstromwandlern nachgeschalteten Gleichrichtern, deren Ausgänge mit Bürdenwiderstände belastet sind.

Eine solche Schaltungsanordnung ist für Drehstrombrückenschaltungen aus der FR-PS 21 06 732 bekannt, wobei alle Wechselstromwandler in die Wechselstromspeiseleitung eingeschaltet sind. Zur meßtechnischen Erfassung des Stromes wird dabei an den Bürdenwiderständen ein Wert abgegriffen, der dem Momentanwert des Gleichstroms im Stromrichter entspricht. Für eine große Genauigkeit der Stromabbildung muß man die Spannungszeitflächen der Stromwandler, die proportional zu ihrer Stromflußzeit ist, entsprechend groß dimensionieren und den Magnetisierungsstrom klein wählen.

Bei im Handel erhältlichen Geräten mit halbgesteuerter, einphasiger Brückenschaltung ist eine Schaltungsanordnung mit zwei Wechselstromwandlern bekannt, bei der im Gegensatz zur eingangs genannten Einrichtung der eine Wechselstromwandler in einem Stromrichterzweig mit einem steuerbaren Stromrichterventil, beispielsweise einem Thyristor und der andere Wechselstromwandler in einem Stromrichterzweig mit einem ungesteuerten Stromrichterventil, beispielsweise mit einer Diode geschaltet ist, wobei diese beiden Stromrichterzweige nicht gleichzeitig Strom führen. Bei dieser Einrichtung beträgt die Stromflußzeit in dem Stromwandler, der in den Stromrichterzweig mit ungesteuerten Stromrichterventil geschaltet ist, 180° + «, d.h. sie kann bis zu 360° el betragen. Die Spannungszeitfläche dieses Stromwandlers muß daher doppelt so groß sein, als die des Stromwandlers im Slromrichterzweig mit gesteuertem Stromrichtervenil. Man muß daher für eine genaue Ausbildung des Stromes die Stromwandler entweder unterschiedlich auslegen oder unterschiedlich, d. h. nicht optimal, ausnutzen. Außerdem treten bei dieser Einrichtung größere Abbildungsfehler auf.

Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so aufzubauen, daß die Auslegung der Wechselstromwandler optimiert und gleichzeitg eine Verbesserung der Stromabbildung erhalten wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß durch das Fenster des anderen Wechselstromwandlers die Verbindungsleitungen zweier Stromrichterzweige, die gleichzeitig Strom führen, so geführt sind, daß im Fenster die Verbindungsleitungen gegensinnig vom Strom durchflossen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können beide Wechselstromwandler gleich ausgelegt sein und beide IVechselstromwandler werden gleich optimal ausgenutzt. Außerdem wird der Momentanwert des Stromes und auch sein Mittelwert bei gleichem Schaltungsaufwand wie bei bekannten Einrichtungen, mit wesentlich geringerem Fehler abgebildet

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Einrichtung beispielsweise anhand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert.

Dabei zeigt F i g. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig.3 das Schaltbild einer Einrichtung, wie sie im Handel erhältlich ist

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Gesteuerte Stromrichterventile 1 und 2 und ungesteuerte Stromrichterventile 3 und 4 sind in einer unsymmetrisch halbgesteuerten einphasigen Brückenschaltung angeordnet. An den Eingangsklemmen 5 der Brückenschaltung liegt eine Wechselstromquelle. Über die Ausgänge 6 der Brückenscha'tung wird ein ohmisch-induktiver Verbraucher 7 gespeist. Zur Erfassung des Gleichstromes, der über die Klemmen 6 der Brückenschaltung fließt, ist eine potentialfreie Messung des Wechselstromes in den Zuführungssträngen 5 vorgesehen. Hierzu werden zwei Wechselstromwandler 8 und 9 benutzt. Der Wechselstromwandler 8 ist in den Wechseistromstrang bzw. die Wechselstromspeise leitung 5a eingeschaltet. Der zweite Wechselstromwandler 9 ist in die Verbindungsleitungen la und 4a eines Stromrichterzweiges \b mit gesteuerten Stromrichter-

»5 ventil 1 und eines Stromrichterzweiges 4b mit ungesteuertem Stromrichterventil 4 eingeschaltet. Dabei sind zwei Stromrichterzweige \b und 4b ausgewält, die bei gezündetem Stromrichterventil 1 gleichzeitig Strom führen. Die Verbindungsleitungen la und 4a sind so durch das Fenster 9a des Wechselstrom wandle rs 9 geführt, daß im Fenster 9a die Verbindungsleitungen la und 4a gegensinnig vom Strom durchflossen sind. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel die Verbindungsleitung la mit einer Schleife durch das Fenster 9a geführt.

■15 Der gleiche Zweck kann in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel mit einer Schleife in der Verbindungsleitung 4a erreicht werden.

Dem Wechselstromwandler 8 ist ein Gleichrichter 10 nachgeschaltet. Im Ausführungsbeispiel \<Λ der Gleichrichter 10 aus vier ungesteuerten Stromrichterventilen 10a bis 1(W in Brückenschaltung aufgebaut. Die ungesteuerten Stromrichterventile 10a bis 10c/ können beispielsweise Dioden sein. Der Ausgang des Gleichrichters 10 ist mit einem Bürdenwiderstand 11 überbrückt und einer der Ausgänge liegt an einer Klemme 12, während der andere Ausgang über eine Diode 13 mit einer Klemme 14 verbunden ist. Dem Wechselstromwandler 9 ist ein Gleichrichter 15 nachgeschaltet, der einen Bürdenwiderstand 16 speist.

bo Außerdem sind die Ausgänge des Wechselstromwandlers 9 zur Rückmagnetisierung mit einer Serienschaltung bestehend aus einer Z-Diode 17 und einer Diode 18 überbrückt, wobei die Z-Diode 17 und die Diode 18 gegeneinander geschaltet sind. Der Verbindungspunkt

h^r) 19a zwischen Gleichrichter 15 und Bürdenwiderstand 16 ist über eine Diode 20 ebenfalls mit der Klemme 14 verbunden und der Verbindungspunkt 19 des Bürdenwiderstandes 16 ist mit der Klemme 12 verbunden.

In F i g. 2 ist die gleichgerichtete Wechselspannung U, der Strom /5* der im Wechselstromstrang 5a fließt, die Ströme /1 und /2, die über die gesteuerten Stromrichterventile 1 und 2 fließen, die Ströme / 3 und / 4, die über die ungesteuerten Stromrichterventile fließen, der Verbraucherstrom /7, die Spannungen U_u und U_x6, die an den Bürdenwiderständen 11 und 16 abfallen und die Meßspannung Um. die zwischen den Klemmen 12 und 14 abzugreifen ist, über der Zeit t aufgetragen. Die Übertragungseigenschaften eines Wechselstromwandlers sind durch zwei Größen charakterisiert, die sich bei Übertragung eines Rechteckstromstoßes messen lassen. Eine dieser Größen ist der Winkel y, mit dem der übertragene Rechteckimpuls abgeschrägt ist und der in Fig. 2 eingezeichnet ist- Der Winkel γ ist ein Maß für den Übertragungsfehler, er ist durch den Magnetisierungsstrom bedingt, der ungeführ linear ansteigt Die zweite Größe ist die maximale Spannungsfläche F_n^_x, die von einem Stromwandler übertragen werden kann. Bei der Auslegung eines Stromwandlers kann man beide Größen unabhängig voneinander frei wählen. Die Auslegung ist ideal, wenn y=O und F_mlx ausreichend groß ist. Das erforderliche F_max hängt von der möglichen Stromflußdauer der Stromrichterventile in einer vorgegebenen Schaltung, von dem Innenwiderstand der Erfassungsschaltung und von der Höhe der für die Messung erforderlichen Bürdenspannung bei vollem Strom ab. Die Güte der Stromerfassungsschaltung hängt von ihrem Abbildungsfehler und somit von den Übertragungseigenschaften der verwendeten Stromwandler ab. Dem Strom- und Spannungsdiagramm der F i g. 2 ist zu entnehmen, daß der Wandler 9 niclu während der gesamten Stromflußzeit des ungesteuerten Stromrichterventiles 4, d. h. nicht während der gesamten Nulldioden-Stromflußzeit von 180° +« durchflutet ist. J5 Die Durchflutung wird wegen der gegensinnig gerichteten Ströme in den Verbindungsleitungen la und 4a im Fenster 9a des Stromwandlers 9 in der Zeitspanne von U bis (5 zu Null. In dieser Zeitspanne kann sich daher der Wechselstromwandler 9 abmagnetisieren und steht dann für den Rest des Nulldioden-Stromflusses wieder mit seiner vollen Spannungszeitfläche zur Verfugung. Der Wandler 9 muß ebenso wie der Wandler 8 in der Schaltung nach Fig. 1 maximal 180° el Strom übertragen. Beide Wechselstromwandler 8 und 9 können daher gleich ausgelegt sein, wobei die maximal übertragbare Spannungszeitfläche F_max so zu wählen ist, daß 180" el sicher übertragen werden können. Dem Verlauf von Um in Fig.2 ist zu entnehmen, daß die Abbildung des Momentanwertes und des Mittelwertes des Gleichstromes /7 nur mit einem relativ geringen Fehler behaftet ist. Der Vergleich mit einer bekannten Einrichtung, die in F i g. 3 dargestellt ist, zeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung Fehler bei einem Steuerwinkel λ, der gegen 180° el geht, um bis zum Faktor 2 kleiner ist. « Für diese Verbesserung der Abbildung ist kein Schaltungsmehraufwand erforderlich. Er kann lediglich erforderlich sein, die Fenstergröße des Wechselstromwandlers 9 gegenüber dem Wechselstromwandler bekannter Einrichtungen zu vergrößern.

Um einen Vergleich zu ermöglichen und die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung besser herauszuschälen, ist in Fig.3 das Schaltbild einer Einrichtung gezeigt, wie sie aus handelsüblichen Geräten bekannt ist. Dabei sind gleiche Bauteile mit den in F; g. 1 eingeführten Bezugszeichen versehen. In Abwandlung zum Ausführungsbeipsiel nach F i g. 1 ist bei der bekannten Einrichtung der Stromwandler 8 in die Verbindungsleitung 2a des Stromrichterzweiges 2b geschaltet, der ein steuerbares Stromrichterventil 2 aufweist und der Wechselstromwandler 9 ist in die Verbindungsleitung 4a des Stromrichterzweiges 4b geschaltet, der ein ungesteuertes Stromrichterventil 4 besitzt. Die beiden Stromrichterzweige 2b und 46 werden nicht bei Vernachlässigung der Kommutierung gleichzeitig vom Strom durchflossen, wenn das Stromrichterventil 2 gezündet ist. Außerdem ist in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 bei der bekannten Schaltung der Gleichrichter 10, der dem Wechselstromwandler 8 nachgeschaltet ist, nur eine Diode und die Ausgänge des Wechselstromwandlers 8 sind wie die des Wechselstromwandlers 9 zur Rückmagnetisierung mit der Reihenschaltung einer Z-Diode 21 und einer Diode 22 überbrückt, wobei die Z-Diode 21 und die Diode 22 gegeneinander geschaltet sind. An den Klemmen 12 und 14 kann wieder eine Spannung Uu abgegriffen werden, deren Momentanwert dem Momentanwert des Gleichstroms /7 proportional ist, wenn man die Abbildungsfehler vernachlässigt. F i g. 4 zeigt die Strom- und Spannungsdiagramme einer Schaltung nach F i g. 3. Bezüglich der Bezeichnungen wird auf die in Zusammenhang mit Fig. 2 eingeführten Bezeichnungen verwiesen. Der Steuerwinkel et ist der Gleiche wie in Fig. 2. Bei der Schaltung nach Fig.3 ist die Stromflußzeit im Wandler 8 gleich 180° -α und im Wandler 9 gleich 180° +«. Es wurde bereits betont, daß die Spannungszeitfläche, die ein Wandler abgeben muß, proportional zu seiner Stromflußzeit ist. Das bedeutet, daß die Spannungszeitfläche des Wechselstromwandlers 9 im Extremfall, d. h. bei ex. = 180° el fast 360° el beträgt und somit doppelt so groß sein muß, wie die des Wechselstromwandlers 8, der seine größte Spannungszeitfläche bei α = O aufbringen muß, die «180° beträgt. Man muß daher die Stromwandler 8 und 9 unterschiedlich auslegen oder unterschiedlich ausnutzen. Für die Fig.4 wurde angenommen, daß der Wechselstromwandler 9 eine maximal übertragbare Spannungszeitfläche F_m,_x hat, die nur wenig mehr als 180° elektrisch zu übertragen gestattet. Dem Verlauf von Um ist zu entnehmen, wie stark sich dadurch der Fehler erhöht. Es ist allerdings zu betonen, daß bei einer anderen Auslegung, bei der die Spannungszeitfläche F_max größer gewählt ist, der Fehler sich nur unwesentlich verkleinert. Der Vergleich zwischen den F i g. 2 und 4 verdeutlicht, wie groß die Abnahme des Fehlers sowohl bei Erfassung des Momentanwertes als auch des Mittelwertes ist, wenn man die erfindungsgemäße Einrichtung einsetzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur potentialfreien Erfassung des Stromes einer halbgesteuerten, einphasigen Brükkenschaltung mit zwei Wechselstromwandlern, von denen einer in eine der Wechselstromspeiseleitungen der Brückenschaltung geschaltet ist und mit den Wechselstromwandlern nachgeschalteten Gleichrichtern, deren Ausgänge mit Bürdenwiderständen belastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Fenster (9a) des anderen Wechselstromwandlers (9) die Verbindungsleitungen (la, 4a) zweier Stromrichterzweige (16, 4b), die gleichzeitig Strom führen, so geführt sind, daß im Fenster die Verbindungsleitungen gegensinnig vom Strom durchflossen sind.