DE2725257A1 - Nullstrom-fuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nullstrom-Fühler, insbesondere für eine Halbleiterventil-Gruppe.

In einer Reihe von Anwendungsfällen in der Leistungselektronik ist es unumgänglich, für Steuersätze eine Zweiwert-Information darüber zu bekommen, ob in einer bestimmten Ventilgruppe entweder keines der Ventile oder wenigstens eines elektrischen Strom führt bzw. in leitendem Zustand ist. In einer gegebenen Einrichtung, z. B. einem Wechselstrom-Umrichter, kann eine ganze Reihe solcher Ventilgruppen, über die Informationen gewonnen werden sollen, enthalten sein. Die gewünschte Information wird in der Regel durch sogenannte Nullstrom-Fühler erhalten, die diese Information auf verschiedene Art gewinnen können. Haupt-

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kriterlen zur Bewertung dieser Fühler sind dabei Zuverlässigkeit, Ansprechgeschwindigkeit, thermische Stabilität und nicht zuletzt im Hinblick darauf, daß in einer Einrichtung gewöhnlich eine größere Anzahl von Fühlern vorhanden ist, Einfachheit und Preis.

Von den bekannten Fühlern genügt keiner allen diesen Kriterien voll.

Eine zuverlässige Information darüber, ob ein Schaltelement Strom führt oder nicht, gewährt die Angabe, ob der Spannungsabfall am Element kleiner oder größer als der größtmögliche, durch den Arbeitsstrom im geschalteten Zustand verursachte Spannungsabfall ist. Bekannte, auf der Ermittlung der Spannung am Ventil beruhende Verfahren führen besonders für Ventilgruppen zu komplizierten Einrichtungen, denn die Zweiwert-Information über die An- oder Abwesenheit der Spannung wird z. B. mit Hilfe eines Gleichrichters, eines Vorschaltwiderstandes und eines Schmitt-Triggers mit eigener Quelle auf dem Potentialpegel der erfaßten Spannung gewonnen.

Derart gewonnene Informationen über alle erfaßten Spannungen müssen weL ter auf den Potentialpegel der Steuersätze übertragen werden und mitjihnen muß eine zutreffende logische oder Verknüpfungsoperation durchgeführt werden.

Bei Thyristoren ist eine zuverlässige Anzeige, ob der Thyristor Strom führt oder nicht, die An- bzw. Abwesenheit der Spannung zwischen Steuerelektrode und Kathode. Die auf dem Prinzip der Erfassung dieser Spannung beruhenden Fühler sind ebenfalls sehr kompliziert, insbesondere für eine größere Anzahl von Thyristoren, denn es wird schon mit dieser Spannung ein Transistorschaltkreis mit 7Ü98R 1 /ORSR

eigenen Stromquellen geschaltet und die Information auf den Potentialpegel der Steuersätze übertragen, oder es wird mit dieser Spannung ein Transistorschalter geschaltet, der den Durchgang des Wechselstromsignals zwischen den Wicklungen zweier Transformatoren ermöglicht, von denen wenigstens einer selbständig für jeden Thyristor der erfaßten Gruppe ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben angeführten Nachteile, insbesondere die Kompliziertheit des Fühlers, zu beseitigen, indem auf getrenntem Potentialpegel Informationen darüber gewonnen werden können, ob von der Gruppe der erfaßten Spannungen entweder keine oder wenigstens eine den gewählten Wert überschritten hat, ob schon von unten oder von oben, und zwar durch Anwendung einer einfachen Schaltung mit einem einzigen gemeinsamen Koppe!transformator.

Ein Nullstrom-Fühler, insbesondere für eine Halbleiterventil -Gruppe, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß Jede von zu erfassenden Spannungen an die Eingangsanschlüsse eines Anpassungsglieds anlegbar ist, dessen Ausgänge an die Eingänge eines Schaltgliedes angeschlossen sind, dessen Ausgänge an eine Kurzschlußwicklung eines Koppeltransformators angeschlossen sind.

Zweckmäßig ist die Lehre nach den Patentansprüchen 2 und 3.

Der erfindungsgemäße Fühler kann unter Anwendung von konventionellen Bauelementen realisiert werden, und zwar mit großem Eingangswiderstand, sehr schnellem Ansprechen und ohne Beeinflussung durch Temperaturänderungen in einem großen Betriebsbereich.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Fühlers,

Fig. 2 ein genaueres Schaltbild der einzelnen Fühler-Blöcke und

Fig. 3 eine weitere Abwandlung einer genaueren Schaltung der Fühler-Blöcke.

Jede von zu erfassenden Spannungen 1,1 bis 1,N in Fig. 1 ist an Eingangsklemmen 21,1 bis 21,N eines Anpassungsglieds 2,1 bis 2,N angeschlossen, dessen Ausgänge 22,1 bis 22,N an die Eingänge 31,1 bis 31,N eines Schaltgliedes 3,1 bis 3,N angeschlossen sind, dessen Ausgänge 32,1 bis 32,N an die Klemmen einer Kurzschlußwicklung 4l,l bis 4l,N eines Koppeltransformators 4 angeschlossen sind. An eine Eingangswicklung 42 des Koppeltransformators 4 ist eine Hilfs-Wechselstromquelle 5 angeschlossen. An eine Fühlwicklung 43 des Koppeltransformators 4 ist mit seinem Eingang 6l ein Auswerteglied 6 angeschlossen.

Die erfaßte Spannung 1,N wird durch das Anpassungsglied 2,N geregelt und für den Eingang des Schaltgliedes 3,N angepaßt, das bei Zuführung des Steuersignals zu den Eingangsklemmen 31,N die Impedanz zwischen den Ausgangsklemmen 32,N ändert.

Soll ermittelt werden, ob von den erfaßten Spannungen entweder alle größer sind oder mindestens eine kleiner ist als der gewählte Wert, wie dies z. B. bei der Spannungserfassung an Ventilen der Fall ist, ist es vorteilhaft, wenn sich die Impedanz des Schaltgliedes nach Zuführung des Steuersignals vergrößert. In diesem Fall können im Schalt-

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glied mit Vorteil bestimmte Typen von Feldeffekt-Transistoren (FET's) angewendet werden.

Soll ermittelt werden,ob entweder alle erfaßten Spannungen kleiner sind oder mindestens eine größer ist als der gewählte Wert, z. B. bei der Spannungserfassung zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors, ist es vorteilhaft, wenn die Impedanz zwischen den Ausgangsklemmen 32,N des Schaltglieds 3,N nach Zuführung des Steuersignals kleiner wird.

Wenn wenigstens eine Kurzschlußschaltung 4l,N des Koppeltransformators 4 durch die verminderte Impedanz eines Schaltgliedes 3,N kurzgeschlossen wird, kann dies als Verminderung der Impedanz einer beliebigen weiteren Wicklung mit gemeinsamem magnetischen Kreis des Koppeltransformators 4 bewertet werden. Dies kann z. B. so durchgeführt werden, daß an die Klemmen der Eingangswicklung 42 des Koppeltransformators 4 die Hilfs-Wechselstromquelle 5 angeschlossen wird, bei der eine vorteilhafte Stromwellencharakteristik, beispielsweise durch Innenimpedanz oder Vorschaltimpedanz, erzielt wird. Das an die Eingangswicklung 42 oder an die selbständige Auswertewicklung 43 des Koppeltransformators 4 angeschlossene Auswerteglied 6 kann dann auswerten, ob die seinen Eingangsklemmen zugeführte Spannung den gewählten Wert überschritten hat oder nicht, was dem Kurzschluß entweder keiner oder mindestens einer Kurzschlußwicklung 4l,N entspricht.

Von Vorteil ist, daß für alle erfaßten Spannungen ein einziger gemeinsamer Koppe!transformator angewendet werden kann, der leistungsmäßig sehr niedrig ausgelegt sein kann, insbesondere bei Benutzung einer hohen Frequenz der Hilfs-Wechselstromquelle. Für die Grundfunktion ist

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diese Ausführung nicht ausschlaggebend, der Transformator kann z. B. mit Frequenzkern,, Ringkern oder mit offenem Stabferritkern ausgeführt sein. Bei Anwendung eines Ringkerns ist eine enge Kopplung zwischen den Kurzschlußwicklungen 41' und den Eingangswicklungen 42 vorteilhaft, bei Anwendung eines Stabkerns ist die Anordnung der Kurzschlußwicklungen 4l> zwischen der Eingangswicklung 42 und der Fühlwicklung 43 von Vorteil. Die Ansprechgeschwindigkeit wird überwiegend durch die Frequenz der Hilfs-Wechselstromquelle 5 und die Verzögerung des Auswertegliedes 6 bestimmt.

Fig. 2 zeigt das Beispiel einer einfachen Ausführung der Einrichtung zum Erfassen von drei Spannungsabfällen an Ventilen.

Im Anpassungsglied 2,1 wird die erfaßte Spannung 1,1 durch eine aus Dioden Dl und D2 und Z-Diöden ZDl und ZD2 bestehende Brücke gleichgerichtet und durch die Z-Dioden ZDl und ZD2 begrenzt. Ein Widerstand Rl dient als Vorschaltwiderstand, ein Widerstand R2 als Entladungswiderstand der Eingangskapazität des Feldeffekt-Transistors. Durch das Verhältnis der Werte der Widerstände Rl und R2 kann die Empfindlichkeit des Fühlers beeinflußt werden.

Das Schaltglied 3,1 bildet in diesem Falle einen MOS-Feldeffekt-Transistor FET vom Verarmungstyp, der beim Nullwert der Steuerspannung geöffnet ist und durch die Steuerspannung einer Polarität geschlossen wird.

In diesem Beispiel hat der Koppeltransformator 4 fünf Wicklungen. Sind di· erfaßten Spannungen zu einem Spannungsknoten zusammengeschaltet, so können die einzelnen Kurzschlußwicklungen 41 gegenseitig nur auf eine kleine, durch die Z-Dioden ZDl und ZD2 begrenzte Spannung isoliert werden.

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Die Hilfs-Wechselstromquelle 5 wird von zwei positiven NAND-Gliedern Hl und H2, einem Widerstand RJ und einem Kondensator Cl gebildet. Die Innenimpedanz der Hilfs-Wechselstromquelle 5 wird durch den Widerstand R4 eingestellt.

Das Auswerteglied 6 kann z. B. aus einem Transistor T2, einem Widerstand R5, einer Diode DJ, einem Kondensator C2 und einem positiven NAND-Glied HJ aufgebaut werden. Falls alle Transformatoren der FET-Schaltglieder 4 Steuerspannung haben, ist die in der Fühlwicklung 42 induzierte Spannung genügend groß, um stets einmal in jeder Periode über den Widerstand R5 den Transistor T2 zu schalten, der den Eingang des NAND-Glieds HJ auf logischen Null-Pegel einstellt und den Kondensator C2 entlädt. Am Ausgang des Glieds HJ steht ein logischer Eins-Pegel. Nach Ausschalten des Transistors T2 hält der Kondensator C2 den Eingang des Glieds HJ auf logischem Null-Pegel während einer durch die Größe der Kapazität C2 einstellbaren Zeit, die als ein- oder mehrfache Periodenzeit der Hilfswechselspannung gewählt werden kann. Sinkt die Steuerspannung eines beliebigen FET-Transistors unter einen bestimmten Wert, vermindert sich sein Widerstandswert und infolgedessen auch die in die Fühlwicklung 42 induzierte Spannung derart, daß sie den Transistor T2 nicht mehr schalten kann. Der Ausgang des Glieds HJ ist dann dauernd auf logischem Null-Pegel.

Fig. J zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel des Anpassungsgliede 2, des Schaltgliedes J und der Kurzschlußwicklung 41 des Koppeltransformators 4 für den nach dem Prinzip der Spannungserfassung zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors arbeitenden Fühler. Ist einer der Thyristoren Tl bis TJ durchgeschaltet, so ruft sein Anodenstrom durch den den übergang Steuerelektrode-

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Kathode kurzschließenden Widerstand Rl einen bestimmten Strom hervor. Dieser Strom schaltet den Transistor TIl des Schaltgliedes 3, der zusammen mit den Dioden D2 und D3 die Kurzschlußwicklung 4l kurzschließt, was z. B. mit Hilfe der Hilfs-Wechselstromquelle 5 und des Auswertegliedes 6 ähnlich wie im Beispiel zu Fig. 2 ausgewertet werden kann. Zur Empfindlichkeitserhöhung können selbstverständlich im Schaltglied 3 mehrere Transistoren oder ein integrierter Verstärker angewendet werden.

Der erfindungsgemäße Fühler kann nicht nur als
Nullstrom-Fühler, sondern auch überall dort Anwendung
finden, wo Informationen darüber gewonnen werden sollen, ob von einer Spannungsgruppe keine Spannung oder wenigstens eine Spannung einen bestimmten Wert, egal, ob von unten oder von oben, überschritten hat, insbesondere,
wenn große Geschwindigkeit, großer Eingangswiderstand
und einfacher Aufbau wichtig sind. Er kann z. B. als Wächter dafür dienen, ob nicht eine der Phasen mit dem
Maschinengestell Schluß hat od. dgl.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Nullstrom-Fühler,

insbesondere für eine Halbleiterventil-Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß jede von zu erfassenden Spannungen (1,1 bis 1,N) an die Eingangsanschlüsse (21,1 bis 21,N) eines Anpassungsglieds (2,1 bis ?,N) anlegbar ist,

dessen Ausgänge (22,1 bis 22,N) an die Eingänge (31,1 bis 31,N) eines Schaltgliedes (3,1 bis 3*N) angeschlossen sind,

dessen Ausgänge (32,1 bis 32,N) an eine Kurzschlußwicklung (41,1 bis 4l,N) eines Koppeltransformators (4) angeschlossen sind.

2. Fühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß an die Eingangswicklung (42) des Koppeltransformators (k) eine Hilfs-Wechselstromquelle (5) angeschlossen ist.

3. Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß einer Fühlwicklung (43) des Koppeltransformators (4) ein Auswerteglied (6) nachgeschaltet ist.

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ORIGINAL INSPECTED