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Verfahren und Schaltungsanordnung zum Start eines Stromrichters
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mit Zwangskommutlerung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Start eines Stromrichters mit Zwangskommutierung, der einen Leistungsteil mit
gesteuerten Hauptventilen und diesen zugeordneten Kommutierungseinrichtungen und
eine Steuereinheit aufweist, die einen Steuersatz zur Bildung von Ztlndimpulsen
und eine Begeleinrichtung umfaßt. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Schaltungsanordnung
zur Durchführung eines derartigen Startverfahrens.
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Die Inbetriebnahme eines Stromrichters mit Zwangskommutierung nimmt
üblicherweise einige Zeit in Anspruch, da die Regeleinrichtung erst in Eingriff
gebracht werden muß und die Kommutierungseinrichtung zunächst aufgeladen werden
müssen. Um einen schnelleren Start eines Stromrichters zu erzielen wurde bereits
vorgeschlagen, daß in einer Bereitschaftsstellung die Steuereinrichtung bereits
in Betrieb ist,wobei Maßnahmen getroffen sind, damit die Zündimpulse des Steuersatzes
in der Bereitschaftsstellung den für eine sofortige Lastübernahme erforderlichen
Zündwinkel aufweisen. Die Zündimpulse des Steuersatzes ond in der Beteitschaftsstellung
gesperrt und können durch einen Startbefehl freigegeben werden. Falls die Bauart
des Stromrichters es erfordert, können die Kommutierungseinrichtungen in der Bereitschaftsstellung
vorgeladen werden, damit bereits bei der ersten Kommutierung der volle Ventilstrbm
gelöscht werden kann.
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Derartige schnell startbare Stromrichter können insbesondere in unterbrechungsfreien
Stromversorgungsanlagen eingesetzt werden, die im Normalbettieb aus einem Versorgungsnetz
gespeist sind, während bei einem unzulässigen Einbruch oder einem Ausfall des Versorgungsnetzes
auf eine Ersatzstromversorgung umgeschaltet wird, bei der ein Stromrichter aus einer
Ersatzstromquelle gespeist wird, insbesondere aus einer Batterie. Ein weiterer Anwendungsfall
für derartige Schnell startbare Stromrichter besteht in der Deckung von Bedarfsspitzen
in einem Versorgungsnetz.
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Der Start eines in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage
oder zur Deckung von Lastspitzen eingesetzten Stromrichters erfolgt in Abhängigkeit
von Meßsignalen, die aus dem Versorgungsnetz gewonnen werden. Beispielsweise kann
ein Startbefehl erzeugt werden, wenn die Versorgungsspannung oder die Frequenz des
Versorgungsnetzes vorgegebene Grenzwerte unterschreiten.
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Um bei den genannten Anwendungsfä;len den Stromrichter pahsenrichtig
zuschalten zu können, ist der Steuersatz des Stromrichters bereits in der Bereitschaftsstellung
mit dem Netz synchronisiert. Wenn die Zündimpulse eines derartigen mit dem Netz
synchronisierten Steuersatzes in einem beliebigen Augenblick durch einen Startbefehl
freigegeben werden, so besteht die Möglichkeit, daß die Freigabe unmittelbar vor
einer Kommutierung erfolgt. Dies würde die Gefahr eines inneren Kurzschlusses im
Wechselrichter mit sich bringen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Startverfahren
anzugeben, das eine phasenrichtige Aufschaltung eines Wechselrichters auf ein Versorgungsnetz
ermöglicht, ohne daß die Gefahr eines Kurzschlusses im Wechselrichter besteht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Startverfahren mit folgenden
Verfahrensschritten gelöst: a) In einer Bereitschaftsstellung wird die Weitergabe
der Zündimpulse des auch in der Bereitschaftsstellung ständig mitlaufenden und mit
einer Netzspannung synchronisierten Steuersatzes an die gesteuerten Ventile des
Stromrichters gesperrt, b) bei einem Startbefehl werden die Zündimpulse sofort freigegeben;
eine Änderung der Zündimpulse wird jedoch während des Ablaufes von Kommutierungsvorgängen
gesperrt.
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Das erfindungsgemäße Startverfahren ermöglicht einerseits eine sofortige
Inbetriebnahme des Wechselrichters, die für eine phasenrichtige Zuschaltung auf
ein Versorgungsnetz erforderlich ist.
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Hierzu wird sofort die Weitergabe der Zündimpulse des mit dem Versorgungsnetz
synchronisierten Steuersatzes an die gesteuerten Stromrichterventile freigegeben.
Andererseits wird die Einleitung eines Kommutierungsvorganges unmittelbar nach dem
Start dadurch verhindert, daß eine Änderung der Zündimpulse während des Ablaufes
von Kommutierungsvorgängen gesperrt wird. Danach haben sich die Ströme und Spannungen
im Wechselrichter stabilisiert, so daß nunmehr kommutiert werden kann.
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Schaltungsanordnungen zur Durchfahrung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein Ausfahrungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchfahrung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichung dargestellt.
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In der Darstellung der Figur ist ein Verbraucher 1 über ein Filter
2 und einen Netzschalter 3 an ein Versorgungsnetz 4 mit der Netzspannung UN angeschlossen.
Ein Wechselrichter 5, der aus einer als Batterie 7 dargestellten Ersatz stromquelle
gespeist ist, kann über einen weiteren Schalter 6 zugeschaltet werden, beispielsweise
wenn das Versorgungsnetz 4 ausfällt oder wenn es die Verbraucherleistung nicht mehr
decken kann.
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Dem Wechselrichter 5 ist eine Steuereinheit zugeordnet , die einen
Steuersatz mit einem Signalteil 8a und mit Impulsendstufen 8b, sowie eine vorgeschaltete
Regeleinrichtung 9 umfaßt.
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Der Steuersatz ist über einen bekannten Synchronisierabgriff 26 mit
dem Versorgungsnetz 4 synchronisiert. Die Regeleinrichtung 9, die als Spannungsregelung
oder als Lastregelung ausgebildet sein kann, ist eingangsseitig mit einer entsprechenden
Istwertspannung und einer entsprechenden Sollwertspannung beaufschlagt. Es sind
vorzugsweise nicht näher dargestellte Maßnahmen vorgesehen, die sicherstellen, daß
die Zündimpulse des Steuersatzes bereits in der Bereitschaftsstellung den richtigen
Zündwinkel aufweisen. Zur Erläuterung der Erfindung werden Signale des Steuersatzes
als Binär-Signale aufgefaßt, die jeweils für die vorgesehene Stromleitdauer der
zugehörigen Ventile anstehen.
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In der Bereitschaftsstellung arbeiten bereits die Regeleinrichtung
9 und der Signalteil 8a des Steuersatzes. Die Weitergabe der Zündsignale des Signalteils
8a des Steuersatzes an die Impulsendstufen 8b ist jedoch über die Sperrgatter 22
bis 25 gesperrt.
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Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die eingangsseitig
von Meßwerten für die Netzspannung und den Netzstrom, sowie von Meßwerten für die
Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom des Wechselrichters beaufschlagt ist, sowie
gegebenenfalls von weiteren Meßwerten. Die Steuereinrichtung 10
steuert
die Schalter 3 und 6 und startet den Wechselrichter 5.
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Beispielsweise kann im Normalbetrieb der Netzschalter 3 geschlossen
und der Schalter 6 geöffnet sein. Die Versorgung des Verbrauchers 1 erfolgt dann
aus dem Versorgungsnetz 4. Bei einem Zusammenbruch der Netzspannung UN des Versorgungsnetzes
4 öffnet die Steuereinrichtung 10 den Netzschalter 3, startet den Wechselrichter
5 und schließt den Schalter 6. Die Versorgung des Verbrauchers erfolgt jetzt über
den Wechselrichter 5 aus der Baterie 7. Bei einer Wiederkehr der Netzspannung wird
der Wechsblrichter stillgesetzt und eine Rückschaltung auf Netzbetrieb vorgenommen.
Für die vorliegende Erfindung ist lediglich von Bedeutung, daß die Steuereinrichtung
10 an ihren unteren Ausgängen Startbefehle und Haltebefehle für den Wechselrichter
5 abgibt. Bei einem Startbefehl wird ein Flip-Flop 11 als Befehlsspeicher gesetzt
und bei einem Haltbefehl wieder rückgesetzt.
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Zwischen dem Signalteil 8a des Steuersatzes und seinen Impulsendstufen
8b ist eine Schaltungsanordnung geschaltet, die wiederum zwei Speicher 16 und 17
mit eingangsseitigen Sperrgattern 18 - 21 und ausgangsseitigen Sperrgattern 22 -
25 enthält. Die Susgangsseitigen Sperrgatter 22 - 25 werden wiederum vom Ausgangssignal
a des Flip-Flops 11 gesteuert. Die eingangsseitigen Sperrgatter 18 - 21 werden vom
Ausgangssignal f eines Verknüpfungagliedes 32 gesteuert, dessen Eingänge mit Meßfühlern
30 und 31 zur Erfassung von Kommutierungsvorgängen
verbunden sind.
Die Meßfühler 30 und 31 sind im dargestellten Schaltungsbeispiel als Strommeßwandler
ausgebildet und jeweils in einem Kommutierungskreis der beiden Brückenzweige des
Wechselrichters 5 angeordnet. Den Meßfühlern 30 und 31 sind Qrenzwertmelder 37 und
38 nachgeschaltet. Es wird definiert, daß während eines Kommutierungsvorganges der
Strom im betreffenden Kommutierungskreis einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Sobald daher der Strom in einem der beiden Kommutierungskreise diesen vorgegebenen
Grenzwert übersteigt, ändert der dem betreffenden Meßfühler 30 oder 31 nachgeschaltete
Grenzwertmelder 37 oder 38 sein Ausgangssignal und sperrt damit über das als NOR-Glied
ausgebildete Verknüpfungsglied 32 die eingangsseitigen Sperrgatter 18 - 21. Die
Übernahme von neuen Zündsignalen des Signalteils 8a in die Speicher 16 und 17 ist
daher nur dann möglich, wenn kein Kommutierungsvorgang läuft.
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Zwischen die eingangsseitigen Sperrgatter 18 - 21 und die Eingänge
der Speicher 16 6 und 17 sind Verzögerungsglieder 33 - 36 geschaltet, deren Ansprechverzögerung
den unvermeidlichen Nullfehler der Meßfühler 30 bzw. 31 entspricht.
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Anstelle einer Erfassung der Ströme in den Kommutierungskreisen zur
Anzeige eines laufenden Kommutierungsvorganges kann auch eine Spannungserfassung
vorgesehen sein. Es ist auch möglich, die erfaßten Meßwerte für die Ströme oder
Spannungen in den Kommutierungskreisen über Differenzierglieder zu führen, um die
Zustandsänderung in den Kommutierungskreisen zu erfassen.
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Die Erfassung von laufenden Kommutierungsvorgängen erfolgt durch Meßfühler
in den Kommutierungskreisen. Die Übernahme neuer Zündsignale ist nur dann freigegeben,
wenn kein Kommutierungsvorgang abläuft.
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3 Patentansprüche 1 Figur
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