DE2702511C2

DE2702511C2 - Regelsystem zum Regeln des Stromflusses von einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle zu einer dreiphasigen Last

Info

Publication number: DE2702511C2
Application number: DE2702511A
Authority: DE
Inventors: Bruce Kenvin Glen Rock Pa. Bauman; Dean King Norbeck; Donald Leroy York Pa. Tollinger
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: York International Corp
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1977-01-21
Publication date: 1983-01-20
Also published as: CA1054221A; AU2132577A; JPS5293948A; DE2702511A1; BR7700511A; FR2339988A1; AU508382B2; JPS6199214U; GB1513844A; US4057842A; MX143209A; FR2339988B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem zum Regeln des Stromflusses von einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle zu einer dreiphasigen Last gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein Regelsystem zum Regeln des Gleichstromflusses zwischen einer dreiphasigen Spannungsquelle an eine Gruppe von Verbraucherelementen ist aus der DE-OS 05 766 bekannt. Bei diesem System wird das Regelsignal aus dem jeweiligen Stromfluß durch die Lasten abgeleitet und proportional dem jeweils größten Laststrom gemacht. Zum Messen der einzelnen Ströme sind hier Strom- bzw. Spanntingsmeßgeräte vorgesehen, die in das Leitungssystem zwischen Spannungsquelle und Last eingeschaltet sind. Ferner ist bei diesem Regelsystem eine Alarmschaltiing vorgesehen, die ein Alarmsignal abgibt, wenn in einer der drei Phasen nicht der gewünschte Stromwert eingehalten wird.

Aus der DE-OS 20 51 828 ist ein Regelsystem zum Regeln des Stromflusses von einer einphasigen Wechseispannungsquelle zu einer Last bekannt, bei dem der Lasts» om mit Hilfe eines Stromwandlers gemessen wird. Das Ausgangss' jnal des Stromwandlers wird dann gleichgerichtet und dient nach entsprechender Verarbeitung zur Ansteuerung einer Thyristor-Anordnung, mit der die Stromflußperiode in Abhängigkeit von der Amplitude des Stromes, insbesondere in Abhängigkeit vom quadratischen Mittelwert des Stromes in Art einer Phasenanschnittssteuerung verändert wird. Eine Überlastschutzeinrichtung oder eine Alarmschaltung sind bei diesem Regelsystem nicht vorgesehen.

Bei dreiphasigen Wechselspannungssystemen, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruches zu entnehmen sind, treten in vielen Fällen kurzfristige Stromstöße auf, die an sich durchaus ausgeregelt werden könnten. Hier wäre es unzweckmäßig, das gesamte System durch die Überlastschutzeinrichtung abzuschalten. Zusätzlich sollte jedoch dann noch eine weitere Alarm- bzw. Schutzschaltung vorgesehen werden, mit der das gesamte System im Falle einer dauernden Überlastung abgeschaltet werden kana

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Laststrom so einzui sgeln. daß dieser beim Betrieb einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, das System jedoch im Falle einer dauernden Überlastung zuverlässig abgeschaltet wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Verkoppelung von drei Stromwandlern als Meßinstrumente mit einer dreiphasigen Vollwegbrücke kann auf einfache Weise ein Rückkopplungssignal gebildet werden, das dem jeweils größten de- drei Lastströme proportional ist. Dieses Rückkopplungssignal wird dann der Überlastschv; ^einrichtung zugeführt, mit der die Anlage dann abgeschaltet wird, wenn das Spitzen-zu-Mittelwert-Verhältnis der Lastströme einen voreingestellten Wert entsprechend dem Bezugssignal überschreitet. Kurzfristige Stromspitzen werden in dieser Überlastschutzeinrichtung nicht berücksichtigt, da diese in den meisten Fällen durch das Regelsystem ausgeregelt werden können.

Parallel zu dem Brückenzweig zur Erzeugung des Rückkopplungssignales ist weiterhin eine Widerstands-Abgriffschaltung vorgesehen, an der ein Steuersignal für die zusätzliche Überlastschutzeinrichtung abgegriffen wird. Mit dieser zusätzlichen Überlastschutzeinrichtung wird das System zuverlässig dann abgeschaltet, wenn der Spitzenwert der Lastströme einen vorbestimmten Wert überschreitet und auf diesem während einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne verbleibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläii tert.

An den drei Anschlüssen einer konventionellen dreiphasigen Wechselspannungsquelle 10 liegen jeweils eine sinusförmige Wechselspannung mit der gleichen Effektiv-Amplitude und der gleichen Umpolungsfrequenz an, wobei die drei Wechselspannungen untereinander um 120° phasenverschoben sind. Da kein Null-Leiter an der Wechselspannungsquelle 10 vorhanden ist, ist jede dieser Phasenspannungen eine Leiter-zu-Leiter-Spannung. Die F.ffektivgröße jeder Phasenspannung kann jeden geeigneten Wert in

Abhängigkeit von den Eigenschaften einer zu beaufschlagenden Last 12 annehmen, z. B. eines dreiphasigen Motors, der als Kompressor-Motor in einem Klimaanlagensystem großer Leistungsfähigkeit dienen kann. Solch ein Kompressor-Motor kann Phasenspannungen von 600 V erfordern. Die Umpolungsfrequenz der Phasenspannungen wird gewöhnlich 50 oder 60 Hertz sein.

Drei Lastströme /|, I₂, h fließen durch Leiter Li, L₂, Lj zur Last 12 über sechs siliziumgesteuerte Gleichrichter to (SCR) 14, die von einem Tortreiber 15 gesteuert werden, dessen sechs Ausgänge mit den Toren der jeweiligen sechs SCR 14 verbunden sind. Jeder SCR 14 ist leitend während jeder positiven Halbwelle der angelegten sinusförmigen Spannung, wenn die Anode des SCR 14 positiv gegenüber seiner Kathode ist. Er ist jedoch während einer positiven Halbperiode so lange nicht leitend, bis das SCR-Tor mit einem Steuerstrom beaufschlagt wird. In diesem Augenblick wird der SCR 14 in den leitenden Zustand gebracht, so daß durch ihn ein Laststrom bis zum Ende der positiven Ha'bpericde fließt. Je größer die Zeitverzögerung oder der Verzogerungswinkel zwischen dem Beginn einer positiven Haibperiode und dem Zünden des SCR 14 ist. desto weniger Laststrom fließt. Der Aufbau des Tortreibers 15 kann jede geeignete Form annehmen, um die getakteten Steuerstrom-Impulse in Abhängigkeit von einem dem Tortreiber 15 zugeführten Signal zu liefern. So kann der Wert der drei Lastströme /,, I₂, /3 leicht verändert werden.

Die Regelung und Begrenzung der drei Lastströme /ι, I₂. Λ wird durch Messung dieser drei Lastströme l\. I₂. h mit Hilfe von Stromwandlern Γι, T₂, Tj erzielt, welche Meßströme proportional zu den Lastströmen /_1t I₂, l_} erzeugen. Diese werden durch eine dreiphasige Vollwegbrücke, die aus sechs Dioden 18 besteht, addiert und gleichgerichtet und zu einem Spannungssignal an Schaltungspunkten 21 und 22 durch Widerstände 23 und 24 umgewandelt. Die Stromwandler Ti, T₂. Tj sind in Sternform geschaltet, wobei der Schaltungspunkt 22 als *o Mittelpunkt der Sternschaltung Bezugspunkt ist. Hierdurch ist es möglich, daß jede Stromabweichung zwischen den Lastströmen /1, I₂,1₁ mit voller Größe an den Schaltungspunkten 21 und 22 abgegriffen werden kann. Die Spannung am Widerstand 23 ist daher -»5 proportional zum größten der drei Lastströme Iu I₂, Λ. Der Schaltungspunkt 22 wird auf einem festen Potential Vi gegenüber Masse gehalten, damit eine einzige Gleichspannungsquelle 26 und eine Spannungsteiler-Widerstandsschaltung, die mit dessen Ausgang verbunden ist. für das gesamte System verwendet werden kann.

Ein einstellbarer Spannungsteiler mit Widerständen 27 und 28 und einem Potentiometer 29 liefert ein Rückkopplungssignr.l, das dem negativen Eingang eines Differenzverstärkers 31 zugeführt wird, der als Fehlerverstärker dient. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 31 ist proportional zur Differenz zwischen dem Rückkopplungssignal und Bezugsspannungen V₂ und V₁. Widerstände 32, 33, 34 bilden Vorspannungswiderstände für den Differenzverstärker 31. Der Verstärkungs- w grad des Differenzverstärkers 31 wird durch das Verhältnis eines Rückkopplungswiderstandes 36 zu den Vorspannungswiderständen 32, 33, 34 bestimmt. Ein Rückkopplungs-Kondensator 35 mit dem Widerstand 36 integriert das Fehirrsignal, so daß die Ausgangsspan- ^h' nung des Differenzverstärkers 31 proportional zum mittleren Fehlersignal ist.

Die vom Verstärker 3Ί erzeugte Fehlerspannung steuert die vom Tortreiber 15 erzeugten Steuerimpulse, um somit Uie Schaltzeiten der SCR und die Größe der zur Last 12 fließenden Lastströme zu steuern. Der Differenzverstärker 31 vergleicht daher das Rückkopplungssignal mit einem Sollwert und erzeugt ein Fehlersignal proportional zum Mittelwert der Differenz zwischen diesen beiden. Wenn die Lastströme I\, h, h sich auf dem gewünschten Wert befinden, haben beide Eingänge des Differenzverstärkers 31 gleiches Potential, und das Fehlersignal ist Null. Bei diesem Wert arbeitet der Tortreiber 15 so, daß die SCR so schalten, wie zur Aufrechterhaltung der Lastströme /1, I₂, /3 auf dem gewünschten Wert erforderlich ist. Wenn die Lastströme ansteigen, wird das Rückkopplungssignal ebenfalls ansteigen und ein negatives Ausgangssignal des Differenzverstärkers 31 verursachen. Dies veranlaßt seinerseits den Tortreiber 15, die Verzögenjngswinkel der SCR 14 zu erhöhen, so daß die Lastströme Λ, I₂. h auf den gewünschten Wert reduziert werden, worauf das Fehlersignal wieder Null wird. Wix₍n die Lastströme /1, /2. Λ abnehmen, wird natürlich der entgegengesetzte Vorgang eintreten.

Wenn das System in Betrieb genommen wird, dient die Rückkopplungsanordnung dazu, einen momentanen StromaLi"bau zu verhindern, wodurch plötzliche Spannungsstöße vermieden werden. Dies ist besonders wichtig, wenn die Last 12 von einem Motor gebildet wird. Durch Begrenzung des Stromflusses wird ein weicher Start erleichtert, d. h, der Motor kann allmählich auf seine volle Betriebsgeschwindigkeit ohne plötzliche Einschaltstromspitzen beschleunigt werden. Eine Verzögerung der Lastströme /1, /2. Λ beim Start tritt auf. da zu dieser Zeit das Rückkopplungssignal positiv ist und hierdurch die Verzogerungswinkel der SCR 14 durch die Fehlerspannung vergrößert werden, wodurch die Schaltzeiten der SCR 14 verringert werden.

Wenn der gewünschte Wert für die Lastströme /,. /2. /3 geändert werden muß (z. B. wenn ein anderer Motor oder eine andere Last 12 verwendet wird), kann dies lediglich durch Einstellen des Potentiometers 29 erfolgen. Dies ist sehr vorteilhaft, da eine Veränderung des Rückkopplungssignals und nicht der an den Differenzverstärker 31 gelegten Bezugs«pannung eine Konstanthaltung der Schleifenverstärkung des Systems unabhängig von der zu regelnden Last ermöglicht. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Regelsystem für verschiedene Lastarten stabil ist.

Ein Differenzverstärker 39, dessen negativer Eingang ebenfalls mit dem Abgriff des Potentiometers 29 verbunden ist. ist in einer offenen Schleifenanordnunj geschaltet und sorgt für tine Überlast-Schutzschaltung. Widerj.ia.ide 41 und 42 dienen als Vorspannungswiderstände für den Differenzverstärker 39. Die Bezugsspannung V, ist so gewäiilt, daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 39 niedrig gesteuert wird, wenn während der Zeit, in welcher der Differenzverstärker 31 den Mittelwert oer Lastströme /1, I₂. Λ auf einem gewünschten Wert hält, das Spitzen-zu-Mittelwert-Ver hältnis der Lastströme /,, I₂, h höher als gewünscht ist. Hierdurch wird ein Kondensator 43 über eine Diode 44 entladen, wodurch ein Feldeffekttransistor 45 in den leitenden Zustand versetzt wird. Dadurch schaltet das Ausgangs;if?nal des Oifferenzverslärkers 39 ir.it der Umpolungsfrequenz der Wechselspannungsquclle 10 um. Aufgrund der Diode 44 wird der Kondensator 43 jedoch gezwungen, sich langsam über einen Widerstand 46 aufzuladen. Hierdurch wird ermöglicht, daß der

Feldeffekttransistor 45 kontinuierlich im leitenden Zustand bleibt solange, wie chi- erlaubte Spitzen-zu-Mittelwert-Verhältnis überschritten wird. Ein Widerstand 47 ist vorgesehen, um den Steuerstrom des Feldeffekttransistors 45 zu begrenzen.

Wenn die Überlast-Bedingung. die vom Differenzverstärker 39 gemessen wird, für ein gegebenes Zeitverzögerungs-lntervall wirksam bleibt, wird das System abgeschaltet, so daß kein Strom zur Last 12 fließt. Dies wird mit Hilfe eines Zeitgebers 51 erreicht, der vom Feldeffekttransistor 45 betätigt wird, wenn dieser leitet. Wenn der Feldeffekttransistor 45 wenigstens sieben Sekunden leitet, erregt der Zeitgeber 51 am Ende dieser Periode ein Relais 52. lede geeignete Zeitzählvorrichtung kann die Funktion des Zeitgebers 51 übernehmen. Wenn das Relais 52 erregt ist. sind ein Paar Sperrkontakte geschlossen, wodurch der Tortreiber 15 wirksam abgeschaltet wird, so daß er keine Steuerim-

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wird eine Zeitverzögerung von sieben Sekunden eingeführt, um unerwünschte Abschaltungen aufgrund von Störungen, die durch Übergangs- oder Momentanzustände verursacht werden, zu vermeiden. Es kann sowohl der gewünschte Stromwert als auch das erlaubte Spitzen-zu-Mitielwert-Verhältnis mit einer einzigen Steuereinrichtung, nämlich dem Potentiometer 29, eingestellt werden.

Ein Differenzverstärker 54 und die ihm zugeordnete Schaltung bilden eine weitere Überlastschutzschaltung und entsprechen der der oben beschriebenen Überlastschutzschaltung, mit der Ausnahme, daß der negative Eingang des Differenzverstärkers 54 unabhängig von den Schaltungspunkten 21 und 22 über einen veränderlichen Spannungsteiler, der aus einem Widerstand 55 und einem Potentiomeler 56 besteht, beliefert wird. Diese Überlastschulzschaltung wird so eingestellt, um bei einem Spitzenstrom ausgelöst zu werden, der unabhängig vom mittleren Strom ist, der vom Differenzverstärker 31 geregelt wird. Wenn der Spitzenstrom höher als erwünscht ist, versetzt der Differenzverstärker 54 einen Feldeffekttransistor 57 in leitenden Zustand, worauf ein Zeitgeber 58 !"-tätigt wird. Wenn nach einem Zeitintervall von 40 Sekunden der Spitzenwert der Lastströme /ι, /2, Λ immer noch einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Relais 52 erregt, um das System abzuschalten. Wenn ein Überlastzustand von einer der beiden Überlasteinrichtungen festgestellt wird, so zeigt dies eine geeignete visuelle Anzeigeein-

■ IViItUiIg, t/i) ν**, tin, uiti UUJ U^. 11 iv#iyjL/*,i ji_»ifai QUl vJCIi anormalen Zustand aufmerksam zu machen. Es können natürlich auch akustische Alarmvorrichtungen erregt werden, wenn Überlastzustände auftreten.

Das vorliegende Regelsystem regelt und begrenzt den mittleren Stromfluß zu einer Dreiphasenlast, während zur gleichen Zeit die Last gegen Überlastung geschützt wird, wobei entweder das Spitzen-zu-Mittelwert-Verhältnis des Stromes höher als normal, unabhängig -on der Größe des zu regelnden Stromes, oder der Spitzenstrom höher als gewünscht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Regelsystem zum Regeln des Stromflusses von einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle zu einer dreiphasigen Last, die üLer drei Leitungen mit drei Lastströmen versorgt wird, wobei das Regelsystem eine Überwachungseinrichtung zum Messen der Lastströme mit Hilfe von drei jeweils mit einer Leitung zwischen Spannungsquelle und Last gekoppelten Stromwandler und zur Bildung eines Rückkopplungssignales aus den gleichgerichteten Meßströmen der Stromwandler proportional zur Stromamplitude, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen dieses Rückkopplungssignales mit einem ein gewünschtes Niveau für den Laststrom darstellen- is den Bezugssignal und zum Erzeugen eines der Differenz zwischen den beiden verglichenen Signalen proportionalen Fehlersignales, ferner eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Laststrorues in Abhängig!*. Jt vom Fehlersignal und schließlich eine von dem Kuckkopplungssignal angesteuerte Überlastschutzeinrichtung mit einem Zeitglied zur Unterbrechung des Stromflusses zu der Last aufweist, wenn der Laststrom einen voreingestellten Wert überschreitet und auf diesem während einer vorgegebenen Zeitspanne verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwandler (T₁, Τ}. Ti) der Überwachungseinrichtung (18, 21 bis 24, 27 bis 29) in Sternform geschaltet sind und zum Gleichrichten und Addieren der Meßströme mit einer dreiphasigen Vollwegbrücke (18, 21 und 22) verbunden sind, deren Brückenausgangssignal das dem größten der drei Listströme (Iu /2, /j) proportionale, die Übenastschutzeinrichtung (39,41 bis 47, 51, 52) ansteuernde f.uckkopplungssignal bildet, daß die Überlastschutzeinrichtung (39, 41 bis 47, 51, 52) das Spitzen-zu-Mittelwert-Verhältnis der Lastströme (I₁. h. /3) überwacht, daß parallel zu dem Brückenzweig (23) zur Erzeugung des Rückkopplungssignales eine Widerstands-Abgriffschaltung (55,56) zur Abgabe eines Steuersignales vorgesehen ist. und daß eine auf dieses Steuersignal ansprechende und von diesem gesteuerte zusätzliche Überlastschutzeinrichtung (54,57,58,52) zur Unterbrechung des Stromflusses zu der Last (12) vorgesehen ist. um das System jedesmal dann abzuschalten, wenn der Spitzenwert der Lastströme (l_u I₂. I₁) einen vorbestimmten Wert überschreitet und auf diesem während einer vorbestimmten Zeitspanne verbleibt.

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