DE2827357C2 - Nullstrommelder für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nullstrotnmelder mit unterschiedlicher Schaltschwelle für eine Regeleinrichtung for einen kreisstromfreien Doppelstromrichter mit Polaritätswender, diesem nachgeschalteten Stromregler und einer Umkehrlogikschaltung, der eingangsseitig ein aus dem Stromsollwert ermitteltes Stromrich- tungs- und ein aus dem Stromistwert ermitteltes Strumnullsignal zugeführt sind, und die ausgangsseitig den Polaritätswender und einen zwischen Steuerimpulssatz und Doppelstromrichter befindlichen Impulswender steuert, wobei zur Speisung des Nullstrommeld ^rs in

to den Stromrichterzuleitungen liegende Wandler und ein Vollweggleichrichter mit ausgangsseitiger Gleichstrombürde vorgesehen sind. Er kann Anwendung finden in der Antriebstechnik. In der Antriebstechnik v/erden Gleichstrommotoren

is eirgesetzt, wenn die Drehzahl schnell und in weiten Grenzen veränderbar sein solL Als Leistungsstellglieder werden dabei in zunehmendem Maße kretsstromfreie Doppelstromrichter bzw. Umkehrstromrichter, insbesondere in kreisstromfreier Antiparallelschaltung. ein- gesetzt, weil sich mit diesen der Energiefluß zwischen dem Stromnetz und dem Motor sehr gut regeln läßt Ein Doppelstromrichter erlaubt eine sehr schnelle Momentenumkehr im Motor, weil für jede Stromrichtung und damit Momentenrichtung ein besonderer Stromrichter zur Verfügung steht Im Gegensatz zu kreisstrombehafteten Doppelstromrichtern, die die höchste Regeldynamik bieten, kommen k-eisstromfreie Doppelstromrichter mit einem geringeren Aufwand an starkstromtechnischen Schaltgliedern aus, insbesondere ohne spezielle Stromrichtertransformatoren und ohne Kreistromdrosseln. Sie haben jedoch den Nachteil der Unstetigkeit im Regelvorgang beim Umschalten von einem Teil des Doppelstromrichters auf den anderen. Diese Funktion wird von der Regeleinrichtung mit Umkehrlogikschal tung übernommen, für die verschiedene Ausführungen allgemein bekannt sind.

Zum Verständnis ist die bisher übliche Technik in den F i g. 1 bis 4 dargestellt und wird nachfolgend kurz erläutert:

In allen Fällen geschieht die Stromrichtungsumkehr dadurch, daß zuerst die noch stromführende Hälfte des Doppelstromrichters stromlos gemacht wird und dann die Steuer- bzw. Zündimpulse des Steuersatzes auf die andere Hälfte umgeschaltet werden. F i g. 1 zeigt eine Regeleinrichtung, die diese notwendigen Funktionen erfüllt. Üblicherweise erfolgt die Regelung nach dem Stromleitverfahren, d. h. der Drehzahlregelung des Motors ist eine Ankerstromregelung unterlagert. F i g. 1 zeigt eine Steuer- und Regeleinrichtung für die Stromrichtungsumkehr bei einem allgemein bekannten Doppelstromrichter, wie er z. B. in F i g. 3 dargestellt ist. Ein Regler 3. bei Regelung nach dem Stromleitverfahren ein Drehzahlregler, vergleicht einen Sollwert E mit einem Istwert F und leitet aus dem Ergebnis einen Stromsollwert ß ab. Das Vorzeichen des Stromsollwertes gibt Auskunft über die gewünschte Stromrichtung. Deshalb ist B das Steuersignal für eine Umkehrlogikschaltung 1. Da eine Umkehr erst dann eingeleitet werden darf, wenn der Strom in der zuletzt in Betrieb gewesenen Stromrichterhälfte zu Null abgebaut ist. ist in der Umkehrlogikschaltung 1 erst noch ein Freigabesignal Cabzuwarten.

Dieses liefert der Stromnullmelder 2 anhand des Stromistwertes D entsprechend der Diodenpolung. Das Ausgangssignal A der Umkehrlogikschaltung 1 steuert als Richtungssignal den Polaritätswender 4 für den Stromsollwert B so, daß dieser stets negativ wird, auch wenn B selbst positiv ist. Somit kann der Stromregler 5

den aufbereiteten Stromsollwert B entsprechend der Diodenpolung mit dem nur positiven Stromistwert D vergleichen und daraus die Steuerspannung für den Steuersatz 7 ableiten.

Die Steuer- und Regeleinrichtung nach Fig.2 unterscheidet sich von der nach Fi g. 1 nur dadurch, rfaS der Polaritätswender 4 nicht den Sollwert B für den Stromregler 5 so polt, daß er stets negativ wird, sondern den nur positiven Stromistwert D gegebenenfalls negativ macht, damit der Regler 5 ihn mit einem positiven Sollwert B vergleichen kann. Für die folgenden Betrachtungen ist es nicht wichtig, daß in Fig.2 noch ein zusätzlicher Polaritätswender 6 zwischen den Regler 5 und den Steuersatz 7 gefügt ist, jedoch kann auch diese Schaltung die Grundlage der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung bilden.

Aus F i g. 3 ist eine aus der DE-OS 20 42 107 bekannte Gewinnung des Stromistwertes D bzw. D entsprechend der Diodenpolung ersichtlich. Wegen der Erfassung auf der Wechselstromseite des Doppelstromrichters ist ein kleiner Gleichrichter GR mit Bürde erforderlich, um die von den Stromwandlern W gelieferten Wecbselstremblöcke zu einem Gleichstromabbild des Ausgangsstromes Im des Stromrichters zusammenzusetzeil Dieses Abbild kann entsprechend der Diodenpolung natürlich nur positiv seia Die Steuer- bzw. Zündimpulse / (I1 oder 12) des Steuersatzes 7 gelangen über einen Impulsumschalter bzw. -wender 8, der wie der Polaritätswender 4 vom Richtungssignal A gesteuert wird, entweder zu dem einen Teil I oder dem anderen Teil II des Doppelstromrichters. Diese Teile I, II sind gemäß F i g. 3 vorzugsweise aus je sechs Thyristoren in Drehstrombrückenschaltung aufgebaut Die üblichen lusätzlichen Beschattungen sind fortgelassen.

Die DE-OS 2042 107 sieht im weiteren eine Zusammenfassung der Funktionen des Signalbereichsmelders und des Richtungsspeichers vor, indem ein im Schaltbetrieb arbeitender Operationsverstärker eingesetzt wird. Als Analogschalter für die Umschaltung ist ein Feldeffekttransistor eingesetzt Die Umschaltung wird abhängig vom Stromistwert über einen weiteren Operationsverstärker gesteuert. Sie erfolgt von Speicher- auf Komparatorbetrieb des erstgenannten Ver- «ärkers, sobald der Stromistwert eine Stromgrenze, die tiefer liegt als die Lückgrenze, unterschreitet Im Komparatorbetrieb arbeitet der Verstärker mit Hysterese, die an einem Potentiometer verstellbar ist Dabei kann die Hysterese so eingestellt werden, daß der Operationsverstärker bei niedriger, dem Stromsollwert analoger Sollwertspann»ng nicht durch Oberwellen laufend umgekippt wird.

Im bekannten Fall ist neben der Stabilisierung des jeweiligen Schaltzustandes — mit Rücksicht auf die Stromrichterventile — eine Wartezeit von 33 ms für die Freigabe jeweils eier anderen Steuerimpulse vorgesehen. Bei Lückbetrieb kann jedoch tatsächlich jeder d<;r Iststrombögen bereits kleiner als 33 ms sein. Es kommt also darauf an. in den Lücken die Umschaltung des Stromrichters sowie die Umpolung der EMK-Steuerung ausreichend schnell zu bewerkstelligen. Dies hängt in erster Linie von einer schnellen Stromnullmeldung ab, auf die im bekannten Fall nicht näher eingegangen wird.

Außerdem soll die Umkehrlogikschaltung nur dann umschalten können, wenn tatsächlich Laststrom in den Thyristoren fließt. Daraus ergeben sich folgende Forderungen an die Stromnullerfassung:

1. Sie soll nicht nur schnell, sondern auch so unempfindlich sein, daß sie parasitäre Ströme nicht als Laststrom interpretiert.

Z Aus Sicherheitsgründen muß sie sehr empfindlich sein. Das steht im Gegensatz zur ersten Forderung, s 3. Als Ausweg besteht nur die Möglichkeit, die parasitären Ströme Wein zu halten.

Parasitäre Ströme sind die Ladeströme für den in Fig.3 nicht dargestellten Überspannungsschutzkon densator sowie die Sperrströme der Halbleiterventile, insbesondere bei negativen Anodenspannungen und positiven Steuerströmen.

Zur Lösung des erstgenannten Problems liegt es nahe, den Strom für den Überspannungsschutz nicht über die

Stromwandler fließen zu lassen. Der Überspannungsschutz ist daher auf der Netzseite der Wandler und nicht auf der Halbleiterventilseite anzuschließen.

Die Sperrströme der Halbleiterventile jedoch können nicht an den Wandlern vorbeigeleitet werden. Diese Ströme bestimmen daher die maximale Empfindlichkeit des Stromnullmelders. Würde di.-e mittels eines entsprechenden niederohmigen Bürde .!Widerstandes grundsätzlich herabgesetzt dann könnte zwar der Überspannungsschutz eventuell an der Halbleiterventil seite der Stromwandler angeschlossen werden; aber für kleine Stromwerte des Lastiststromes ergäbe sich keine exakte und schnelle Stromnullerfassung mehr.

Es sind zwar Stromnullmelder allgemein bekannt die nach dem Prinzip der Messung der Anodenspannung an den Halbleiterventilen arbeiten, und zwar schnell und sicher; aber wegen der unvermeidlichen Nulldurchgänge der sechs Anoden-Kathoden-Spannungen der Halbleiterventile, die auch ohne Strom stattfinden, wird Strom angezeigt obwohl keiner fließt, was für die Umkehrlogikschaltung der Regeleinrichtung unzulässig sein kann.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Sti omnullerfassung liegt darin, daß aufgrund des Magnetisierungsstromes der Stromwandler der Sekundärstrom spätem Null wird als der eigentlich genau zu erfassende Primärstrom. Diese Schwierigkeiten sind in den F i g. 4 und 5 anhand von Zeitdiagrammen des Primärstromes, strichliniert dargestellt des Magnetisierungsstromes, strichpunktliniert dargestellt, und des Sekund?rstromes, volle Linie, aufgezeigt. Es läßt sich erkennen, daß man bei Einsatz eines Stromnullmelders mit einer Schaltschwelle, die über dem vom Magnetisierungsstrom der Wandler verursachten »Schwanz« der Stromistwertabbildung nach dem tatsächlichen Verschwinden des

so Primärstromes liegt, eine schnelle Nullmeldung erreicht. Bei einer sehr hohei Schaltschwelle, — mit Rücksicht auf den Magnetisierungsstrom würde es sich um einig? Prozent vom Nennwert handeln, — erscheint jedoch. w!e Γ ig. 5 zeigt das Stromnullsignal Cdes Stromnull meiders zu früh. Außerdem wird der Strom nicht immer von großen Werten kommend abgebaut Bei Wechselrichterbetrieb mit hoher negativer Motor-EM K. liegt die maximale Wechselrichter-Spannung nur wenig tiefer, so daß der Strom sehr viel flacher gegen Null läuft. Die Folge ist ein noch größerer Zeitfehler bei der Stromnullmeldung.

Noch gravierender ist dabei das Risiko, daü kleine Ströme überhaupt nicht erkannt werden. Dies würde bei einer Umschaltpause unter 1 ms Dauer mit Sicherheit irgendwann zum Knisstrom führen. Deshalb .nuO die Schaltschwelle des Stromnullmelders so tief wie möglich liegen und eine andere Lösung für das Problem des Magnetisierungsstromes gefunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es also, für hohe und kleine Stromwerte sowie beliebige Stromänderungen über der Zeit einen exakt und schnell arbeitenden Stromnullmelder zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß ein ÄC-beschalteter, als Komparator arbeitender Operationsverstärker vorhanden ist, der die Schaltschwelle des Nullstrommelders der Stromhöhe und deren Änderung nachführt.

Vorteilhaft ermöglicht der erfindungsgemäße Nullmelder eine Ausschaltung des negativen Einflusses des Magnetisierungsstromes auf die Stromnullerfassung. Der Magnetisierungsstrom ist, wie vorstehend beschrieben, insbesondere störend, wenn von einem großen Strom ausgehend eine Umschaltung gewünscht wird. Beim erfindungsgemäßen Stromnullmelder wird während des großen Stromes die Schaltschwelle angehoben und mit dem Stromabbau verzögert wieder abgesenkt. Damit ist auch bei einem Auftreten von kleinen Strömen eine exakte und schnelle Erkennung möglich.

Vorzugsweise ist zusätzlich eine vorgeschaltete, mit dem Steuerimpulssatz des Stromrichters verbundene Steuereinrichtung für die Schaltschwelle vorgesehen, die letztere nur bei Vorhandensein eines Steuerimpulses heraufsetzt Diese Maßnahme hat folgenden Vorteil: Wenn der Strom abgebaut ist und sich die Steuerimpulse in der Wechselrichter-Grenzlage befinden, so ist an der Bürde dennoch eine Spannung festzustellen. Immer, wenn die steuerbaren Halbleiterventile Steuerstrom erhalten, ziehen sie einen nicht vernachlässigbaren Sperrstrom, der ohne die vorgenannte Maßnahme ein eigentlich zu meldendes Stromnullsignal verhindern, also einen Laststrom vortäuschen würde.

In einer ersten Ausführungsform des Nullstrommelders weist der Operationsverstärker einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang auf, wobei der invertierende Eingang über einen ersten Widerstand an den einen Verbindungspunkt von Vollweggleichrichter und als Spannungsteiler geschalteter Bürde angeschlossen ist, der Mittelabgriff der Bürde über eine Diode, ein /?C-Glied mit einem zweiten Widerstand und einem mit einer Elektrode am anderen an Nullpotential liegenden Verbindungspunkt von Vollweggleichrichter und Bürde angeschlossenen ersten Kondensator und einen gegenüber dem ersten Widerstand hochohmigen dritten Widerstand mit dem nichtinvertierenden Eingang verbunden ist und daß der nichtinvertierende Eingang zum einen über einen gegenüber dem dritten Widerstand niederohmigen vierten Wiederstand mit dem anderen Verbindungspunkt und zum anderen über einen gegenüber dem dritten Widerstand hochohmigen fünften Widerstand mit positivem Potential verbunden ist Die flC-Beschaltung des Operationsverstärkers ermöglicht vorteilhaft die vorbeschriebene Anhebung der Schaltschwelle bei großen Stromistwerten, die mit dem Stromabbau verzögert abklingt

Eine gegenüber der ersten noch verbesserte und bevorzugte zweite Ausfühningsform des Nullstrommelders ist dadurch gekennzeichnet, daß drei Operationsverstärker mit Beschaltungsgliedern vorgesehen sind, wobei ein eine minimale Schaltschwelle festlegender Widerstand zwischen positives Bezugspotential und den invertierenden Eingang des ersten Verstärkers sowie den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Verstärkers geschaltet ist zwei Eingangswiderslände zur Festlegung des Stromeinflusses vorgesehen sind und der dritte Verstärker als Verzögerungsglied für das Stromnullsignal ausgebildet ist

Zusätzlich zu der mit der ersten Ausführungsform möglichen vorbeschriebenen Überlistung des Magnetisierungsstromes, bei der noch eine relativ hohe Schaltschwelle auch nach Stromabbau verbleibt, wird mit dieser zweiten Ausführungsform die Erfassung auch sehr kleiner Ströme durch die Verringerung des Stromeinflusses in der Stromnullerfassung und die Festlegung der Minimalschwelle möglich. Auch bei dieser Variante kann die Schaltschwelle abhängig vom to Vorhandensein eines Stromrichter-Steuerimpulses heraufgesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Die Fig. 1 und 2 allgemein bekannte Regeleinrichtungen:

Fig. 3 einen aus der DE-OS 20 42 107 bekannten Doppelstromrichter mit Stromnullerfassung;

F i g. 4 ein Zeitdiagramm der Wandierströme in der Schaltung nach F i g. 3;

F i g. 5 ein Zeitdiagramm des für den Stromnullmelder aufbereiteten Stromistwertes und das Ausgangssignal des Stromnullmelders, das Stromnullsignal;

F i g. 6 eine erste Ausführungsform einer Schaltung für die Ermittlung des Stromnullsignales mit Stromnullmelder;

Fig.7 ein Zeitdiagramm für den am Eingang des Stromnultinelders anstehenden Stromistwert;

F i g. 8 den Verlauf der Schaltschwelle des Stromnullmeiders mit gleichem Zeitbezug wie F i g. 7;

Fig.9 das Stromnullsignal am Ausgang des Stromnullmelders mit gleichem Zeitbezug wie F i g. 7 und

Fig. 10 eine zweite Ausführungsform der Schaltung zur Ermittlung des Stromnullsignales mit Stromnullmelder;

Fig. 11 den zeitlichen Verlauf einiger Größen aus der Schaltung gemäß F ig. 10.

Zum Verständnis ist zunächst zu bemerken, daß die Regeleinrichtung nach dem Stromleitverfahren arbeitet, d. h„ der Stromsollwert für den Stromregler 5 wird von dem Drehzahl-Regler 3 (vgl. F i g. 1 und 2) vorgegeben. Wie im eingangs beschriebenen bekannten Fall (DE-OS 20 42 107) wird im gesamten Betriebsbereich dem Stromregler 5 ein Stromsollwert einer bestimmten Polarität vorgegeben, im vorliegenden Fall geschieht dies durch eine nicht dargestellte Zusatzschaltung am Eingang des Stromreglers 5, über die ein konstanter negativer Zusatzsollwert eingeführt wird, damit der Stromregler 5 nie positive Sollwerte erhält. Dieser so Sollwert wird mit dem positiven, über die Wandler, Hen Gleichrichter und die Bürde ermittelten Stromistwert D verglichen. Gleichzeitig wird aus dem Stromistwert D das Stromnullsignal C ermittelt und zwar mittels des Stromnullmelders 2 gemäß F i g. 6 bzw. F i g. 10.
Der Nullmelder 2 gemäß Fig.6 weist einen als Komparator arbeitenden Operationsverstärker 10 mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang 11 bzw. 12 auf. Der invertierende Eingang 11 ist über einen ersten Widerstand 13 an den einen Verbindungspunkt 14 von Vollweggleichrichter GR und als Spannungsteiler geschalteter Bürde B angeschlossen, deren Mittelabgriff 15 über eine Diode 16, ein ÄC-Glied mit einem zweiten Widerstand 17 und einem mit einer Elektrode am anderen an Nullpotential liegenden Verbindungspunkt 18 von VoUweggleichrichter GR und Bürde B angeschlossenen ersten Kondensator 19 und einen gegenüber dem ersten Widerstand 13 hochohmigen dritten Widerstand 20 mit dem nichtinver-

tierenden Eingang 12 verbunden ist. Zwischen beiden Eingängen 11 und 12 kann ein zweiter Kondensator 21 mit gegenüber derjenigen des ersten 19 geringerer Kapazität liegen. Der nichtinvertierende Eingang 12 ist zum einen über einen gegenüber dem dritten Widerstand 20 niederohmigen vierten Widerstand 22, dem ein dritter Kondensator 23 parallel geschaltet sein kann, mit dem anderen Verbindungspunkt 18 und zum anderen über einen gegenüber dem dritten Widerstand 20 hochohmigen fünften Widerstand 24 mit positivem Potential verbunden. Der zweite und der dritte Kondensator 21 und 23 dienen der Entstörung gegen das Schalten von Schützen usw.

Zur Wirkungsweise dieser Schaltung ist zunächst noch einmal auf F i g. 5 hinzuweisen, aus der sich ergibt, daß bei Abbau des Stromistwertes und der sich dabei wegen der Sperreigenschaften der Halbleiterventile ergebenden kurzen negativen Stromistwertspitze das daraus resultierende kurze Stromnuüsignai zu früh erscheint. Dieses könnte man unterdrücken, wenn man dem Stromnullmelder 2 einen Verzögerer nachschaltet, dessen Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des Stromnullmelders konjunktiv verknüpft wird, so daß erst bei länger anstehendem Stromnullsignal C tatsächlich »Strom Null« gemeldet wird. Der nachfolgende »Schwanz« des Stromistwertes D im positiven Bereich ergibt sich aufgrund des Magnetisierungsstromes und läßt ein auswertbares Stromnullsignal C bei niedriger Schaltschwelle erst sehr spät entstehen. Würde man die Schaltschwelle sehr hoch setzen, so erschiene das Stromnullsignal C zu früh und müßte ohne die vorgenannte konjunktive Verknüpfung über einen Verzögerer geleitet werden. Dieser Weg ist nicht gangbar, weil der Strom nicht immer von großen Werten kommend abgebaut wird. Bei Wechselrichter-Betrieb mit hoher negativer Motor-EMK läuft der Strom, wie bereits erläutert, sehr viel flacher gegen Null. Der größere Zeitfehler müßte durch eine größere Verzögerung ausgeglichen werden. Diese Verzögerung wäre bei einem steilen Stromabbau Zeitverschwendung. Außerdem sind auch sehr kleine Ströme zu ermitteln. Die Schaltschwelle des Stromnullmelders 2 ist daher so tief wie möglich zu legen.

Mit der Schaltung gemäß F i g. 6 wird trotz relativ niedrig liegender Schaltschwelle des Stromnullmelders 2 das Problem des Magnetisierungsstromes ausgeschaltet Soll beim Abbau eines großen Stromes und dabei auftretendem großem Magnetisierungsstrom eine Umschaltung erfolgen, so wird die Schaltschwelle des Nullmelders 2 angehoben, und zwar um einen mit den Widerständen 20 und 22 festgelegten Bruchteil der Spannung am Kondensator 19, deren Höhe etwa zur Höhe des Magnetisierungsstromes proportional ist F i g. 8 zeigt die Summe von festem und stromabhängigem Anteil der Schaltschwelle des Komparators im zeitlichen Vergleich zum Verlauf eines beispielhaften Stromverlaufes gemäß F i g. 7.

Aufgrund der variablen Schaltschwelle liefert der Komparator 10 ein positives Stromnullsignal C zu Zeitpunkten, die kaum vom Magnetisierungsstrom der Wandler W beeinflußt werden. Das heißt: Die Verfälschung des Stromsignals D* durch den Magnetisierungsstrom wird durch das am Kondensator 19 abgenommene Korrektursignal recht gut ausgeglichen.

Wenn der Strom abgebaut ist und sich die ZOndirnpulse in der Wechselrichter-Grenzlage befinden, so ist an der Bürde B dennoch eine Spannung festzustellen. Immer wenn die steuerbaren Halbleiterventile Zündstrom erhalten, ziehen sie einen nicht vernachlässigbaren Sperrstrom. Um die Ansprechschwelle zur Unterdrückung von Fehlmeldungen aufgrund dieser Sperrströme nicht allgemein zu weit heraufsetzen zu müssen, ist zwischen Steuerimpulssatz 7 (vgl. F i g. 1 und 2) und Nullmelder 2 eine Steuereinrichtung 23 geschaltet, die die Schaltschwelle nur bei Vorhandensein eines Steuerimpulses im Steuersatz 7 heraufsetzt (in F i g. 6 strichliniert dargestellt).

Deshalb wird die aus der Schaltung gemäß Fig.6 weitergebildete und verbesserte Schaltung gemäß Fig. 10 eingesetzt. Sie erlaubt eine verfeinerte Stromnullerfassung mit unterschiedlichen Schaltschwellen.
Eingangsseitig ist die Schaltung wie bereits beschrieben aufgebaut. Die Schaltung ab der Strichpunktlinie· rung stellt den Aufbau des verfeinerten Stromnullmelders 2' dar. Im wesentlichen besteht der Nullmelder 2' aus drei Operationsverstärkern 26, 27 und 28 mit Beschaitungsgiiedern, wobei ein eine minimale Schaitschwelle festlegender Widerstand 29 zwischen positives Bezugspotential und den invertierenden Eingang 30 des ersten Verstärkers 26 sowie den nichtinvertierenden Eingang 31 des zweiten Verstärkers 27 geschaltet ist und zwei Eingangswiderstände 32, 33 zur Festlegung des Stromeinflusses vorgesehen sind. Der Stromeinfluß wird durch das Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstandes 32 zu dem des Widerstandes 33 bestimmt. Der Komparator 27 ist der eigentliche aus Fig.6 bekannte Stromnullmelder (10 in F i g. 6).

Im weiteren liegen in der Verbindungsleitung vom einen Verbindungspunkt 14 des Gleichrichters GR zum nichtinvertierenden Eingang 34 des ersten Verstärkers 26 sowie zum invertierenden Eingang 35 des zweiten Verstärkers 27 hintereinander zwei Widerstände 36 und

37. Vor dem Widerstand 36 ist von einem Verbindungspunkt 38 aus ein weiterer Widerstand 39 mit etwa gleichem Widerstandswert wie der Widerstand 36 mit dem Mittelabgriff 15 der Bürde verbunden. Ein Verbindungspunkt 40 zwischen den beiden Widerständen 36 und 37 ist über eine Zenerdiode 41 und parallel dazu über einen Kondensator 42 an Nullpotential angeschlossen.

In einer Verbindungsleitung vom Mittelabgriff 15 zu einem Verbindungspunkt 43 zwischen dem Widerstand 29 und dem invertierenden Eingang 30 des ersten Verstärkers 26 liegen hintereinander ein Widerstand 44, eine Diode 45 und der bereits erwähnte Widerstand 32. Sowohl zwischen der Anode der Diode 45 bzw. deren Verbindung mit dem Widerstand 44 als auch an der Kathode der Diode 45 bzw. deren Verbindungspunkt 47 irit dem Widerstand 32 und Nullpotential, an das auch der Verbindungspunkt 18 des Gleichrichters GR artgeschlossen ist, liegt jeweils ein Kondensator 48 bzw. 49.

An einem Verbindungspunkt 50 zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 34 des ersten Verstärkers 26 und dem invertierenden Eingang 35 des zweiten Verstärkers 27 liegt eine in Durchlaßrichtung zu einem weiteren Verbindungspunkt 51 gepolte Diode 52. Der Ausgang 53 des ersten Verstärkers 26 ist einerseits über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 54 mit diesem Verbindungspunkt 51 verbunden, andererseits über einen Widerstand 55 mit positivem Bezugspotential ( + 15V). Zwischen dem Verbindungspunkt 51 und einem Verbindungspunkt 56 liegt ein Widerstand 57. An den Verbindungspunkt 56 ist die Kathode einer Diode 58 angeschlossen, deren Anode an einen Umkehrvormelder (nicht dargestellt).

Der Ausgang 59 des zweiten Verstärkers 27 verzweigt sich über zwei in Sperrichtung gepolte Dioden 60 und 61. Der Diode 60 folgen zwei Widerstände 62 und 63, von denen der letztere wie auch der Widerstand 55 an positives Bezugspotential angeschlossen ist.

Die andere Diode 61 liegt anodenseitig an einem Verbindungspui'kt 64, an dem gleichzeitig die Anode liner Diode 65 hegt, die sich vor dem invertierenden Eingang 66 des dritten Verstärkers 28 befindet. Der dritte Verstärker 28 ist als Verzögerer geschaltet. Am Verbindungspunkt 64 ist ein Kondensator 64a angeschlossen, dessen andere Elektrode einerseits mit einem mit dem Ausgang 68 des dritten Verstärkers 28 verbundenen Rückführwiderstand 69 verbunden ist, •ndererseits über einen Widerstand 70 mit Nullpotential. Am Verbindungspunkt 64 liegt weiterhin ein Widerstand 71, der über einen Verbindungspunkt 72 sowohl mit positivem Bezungspotential als auch mit dem Widerstand 29 verbunden ist.

Von der anderen Seite dieses Widerstandes 29 bzw. vom Verbindungspunkt 43 aus führt eine Leitung über eine in Sperrichtung gepolte Diode 73, einen Widerstand 74 und eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 75 zum Verbindungspunkt 56, an dem einerseits die Kathode einer mit ihrer Anode an negativem Bezugspotential (-15V) liegenden Diode 76 angeschlossen ist, andererseits ein Widerstand 77, an dem die gesammelten ZUndimpulse abnehmbar sind.

Weiterhin sind noch ein Verbindungspunkt 78 zwischen den Widerständen 62 und 63 und ein Verbindungspunkt 78a zwischen Widerstand 74 und Diode 73 miteinander und über eine in Sperrichtung gepolte Diode 7Sb mit Nullpotential verbunden, ebenso ein Verbindungspunkt 79 zwischen dem Widerstand 74 und der Diode 75 über einen Kondensator 80.

Anhand von F i g. 11, in der dargestellt sind:

a — Stromistwert D* infolge eines Thyristorvorwärtsstromes

b — Stromistwert D* infolge eines Thyristorsperrstromes

c — Verlauf der Schaltschwelle bei kleinen Strömen
d — Verlauf der Schaltschwelle bei großen Strömen
e — Signal »Umkehrvormeldung«
f — gesammelte Zündimpulse
g — unverzögertes Stromnullsignal

wird die Wirkungsweise dieser Schaltung erläutert:

Wenn Strom fließt, liegt die Schwelle beim Minimalwert von z.B. 150mV oder entsprechend dem Stromeinfluß höher. Hat der zweite Verstärker 27, der mit seiner Beschallung auch für sich einen Stromnullmelder darstellt, einmal erkannt, daß der Stromistwert D* unter diese Schwelle abgesunken ist, so sperrt er sein Ausgangssignal bzw. ein in ihm enthaltener Ausgangstransistor. Ober den Widerstand 63, den Verbindungspunkt 78 und die Diode 73 fließt ein Strom zum nichtinvertierenden Eingang 31 des zweiten Verstärkers 27 und erhöht nach Art einer Hysterese die Schwelle um z. B. 300 mV auf mindestens 450 mV. Dies ist schon eine ziemlich hohe Schwelle und es könnte daher sein, daß der mit dem nächsten Steuerimpuls gestartete Strom diese hohe Erkennungsgrenze nicht erreicht Der 300 mV-Zusatz wird daher während eines Steuerirrpulses wieder zurückgenommen und anschließend mit einer Zeitkonstanten von 1 ms verzögert wieder freigegeben. Hierzu ist es erforderlich, daß der über den Widerstand 63 fließende Zusatzstrom vorübergehend nicht über die Dk-de 73, sondern über den Widerstand 74 abfließt. Zu diesem Zweck wird über den Kondensator 80 und die Diode 75 während der Steuerimpulsausgabe eine Spannung in der Höhe des negativen Bezugspotentials, z. B. -15 V, erzwungen.

Während eines Steuerimpulses soll aber die Schwelle des als Nullmelder geschalteten zweiten Verstärkers 27 noch nicht herabgesetzt, sondern vielmehr erhöht

ίο werden. Die Erhöhung ist, wie bereits erläutert, mit Rücksicht auf die Sperrströme der im Stromrichter eingesetzten Halbleiterventile erwünscht. Deshalb wird die Spannungsabsenkung am nichtinvertierenden Eingang 31 des zweiten Verstärkers 27 um z. B. 300 mV mit einer Spannungsabsenkung um z. B. 600 mV am invertierenden Eingang 35 überkompensiert. Hierfür sind die Diode 52 und der Widerstand 57 vorgesehen. Nach dem Steuerimpulsende werden die Diode 52 und der Widerstand 57 wieder stromlos. Bestehen bleibt infolge der Ladung des Kondensators 80 die JW) mV-Absenkung am nichtinvertierenden Eingang 31 des zweiten Verstärkers 27. Sie verschwindet dann aber mit einer Zeitkonstanten von 1 ms, bis die Schwelle am nichtinvertierenden Eingang 31 des zweiten Verstärkers wieder von 150 mV auf 450 mV angestiegen ist. — Bei dieser Betrachtung wurde der Stromeinfluß der Einfachheithalber außeracht gelassen. — Sein Anteil erhöht die genannte 15OmV Schaltschwelle nur dann, wenn vor dem Stromabbau ein kräftiger Strom geflossen ist (F ig. 11).

Während der Anstiegszeit der Schwelle von 150 mV auf 450 mV hat der Nullmelder 2' Gelegenheit, kleine Ströme zu erkennen.
Wenn ein kleiner Strom fließt, ist die Schaltschwelle des zweiten Verstärkers 27 mit z.B. 150mV sehr niedrig. In diesem Fall sperrt die Diode 73. Jetzt würde ein Strom vom invertierenden Eingang 35 des zweiten Verstärkers 27 über die Diode 52 und den Widerstand 57 abgezogen werden. Dies könnte ein Stromnullsignal hervorrufen. Deshalb wird, wenn kein Stromnullsignal vorhanden ist, die Diode 52 gesperrt. Diese Aufgabe übernimmt der erste Verstärker 26. Der .m ersten Verstärker 26 enthaltene Ausgangstransistor ist gesperrt, wenn der Ausgangstransistor des zweiten Verstärkers 27 leitend ist (-15V am Ausgang des zweiten Verstärkers 27). Über den Widerstand 55 und die Diode 54 fließt ein positiver Strom, der größer als der vorerwähnte über den Widerstand 57 fließende negative Strom ist

so Wenn eine Umschaltung erwünscht ist, wird der Stromrichterausgangsstrom zu Null gesteuert. Es ist dabei möglich, daß die Stromnullmeldung kurz vor dem nächsten Steuerimpuls kommt. Dieser würde die 300 mV-Anhebung der Schaltschwelle auf 45OmV wieder rückgängig machen, so daß der Magnetisierungsstrom der Wandler das Stromnullsignal C wieder verschwinden lassen könnte. Deshalb wird der beschriebene Eingriff der Steuerimpulse auf die Schaltschwellen unterbunden, wenn ein Signal »Umkehrvormeldung« über die Diode 58 eingegeben wird.

Über die Diode 61 wird der SchaK7"5*?i-d am Ausgang 59 des zweiten Verstärkers 27 zum Verbindungspunkt 64 gemeldet An diesem Verbindungspunkt 64 liegt wie beschrieben der als Verzögerer geschaltete dritte Verstärker 28, dessen nichtinvertierender Eingang 81 direkt mit dem Verbindungspunkt 64 verbunden ist und dessen invertierender Eingang 66 wie beschrieben über die Diode 65 mit dem Verbindungspunkt 64

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verbunden ist, gleichzeitig jedoch auch über einen an sich bekannter Weise vorzunehmende Bemessung

Widerstand 82 an Nullpotential liegt. Wesentlich für die kann man eine Verzögerungszeit von einigen Millise-

Funktion «.ies als Verzögerer geschalteten dritten künden einstellen. Für die Mehrzahl aller Antriebe wird

Verstärkers 28 sind jedoch die Beschaltungsglieder 66, jedoch eine Verzögerungszeit von 1 ms oder kleiner zu

69,70 und 71. Insbesondere wird am Widerstand 71,der 5 bevorzugen sein. Das verzögerte Stromnullsignal Cam

verstellbar oder auswechselbar sein kann, die Verzöge- Ausgang des dritten Verstärkers 28 wird dei Umkehrlo-

rungszeit eingestellt. Durch die für solche Verstärker in gikschaltung 1 (vgl. F i g. 1 und 2) zugeiührt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Nullstrommelder mit unterschiedlicher Schaltschwelle für eine Regeleinrichtung für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter mit Polaritätswender, diesem nachgeschaltetem Stromregler und einer Umkehrlogikschaltung, der eingangsseitig ein aus dem Stromsollwert ermitteltes Stromrichtungsund ein aus dem Stromistwert ermitteltes Stromnullsignal zugeführt sind und die ausgangsseitig den Polaritätswender und einen zwischen Steuerimpulssatz und Doppelstromrichter befindlichen Impulswender steuert, wobei zur Speisung des Nullstrommelders in den Stromrichterzuleitungen liegende Wandler und ein Vollweggleichrichter mit ausgangsseitiger Gleichstrombürde vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein ÄC-beschalteter, als Komparator arbeitender. Operationsverstärker (10, 2) vorhanden ist, der die Schaltschwelle des Nullstron .meiders der Stromhöhe und deren Änderung nachfährt.

2. Nullstrommelder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vorgeschaltete, mit dem Steuerimpulssatz (7) des Stromrichters verbundene Steuereinrichtung (25) für die Schaltschwelle, die letztere nur bei Vorhandensein eines Stromrichter-Steuerimpulses heraufsetzt

3. Nullstrommelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (10) einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Fngang (11 bzw. 12) aufweist, daß der invertierende Eingang (11) über einen ersten Widerstand (13) an den einen Vti-bindungspunkt (14) von Vollweggleichrichter (GR) und als Spannungsteiler geschalteter Bürde (B) angv ichlossen ist, daß der Mittelabgriff (15) der Bürde (ß;über eine Diode (16), ein /?C-Glied mit einem zweiten Widerstand

(17) und einem mit einer Elektrode am anderen Nullpotential liegenden Verbindungspunkt (18) von Vollweggleichrichter (GR) und Bürde (B) angeschlossenen ersten Kondensator (19) und einen gegenüber dem ersten Widerstand (13) hochohmigen dritten Widerstand (20) mit dem nichtinvertierenden Eingang (12) verbunden ist und daß der nichtinvertierende Eingang (12) zum einen über einen gegenüber dem dritten niederohmigen vierten Widerstand (22) mit dem anderen Verbindungspunkt

(18) und zum anderen über einen gegenüber dem dritten hochohmigen fünften Widerstand (24) mit positivem Potential verbunden ist.

4. Nullstrommelder nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß drei Operationsverstärker (26, 27, 28) mit Beschaltungsgliedern vorgesehen sind, wobei ein eine minimale Schaltschwelle festlegender Widerstand (29) zwischen positives Bezugspotential und den invertierenden Eingang (30) des ersten Verstärkers (26) sowie den nichtinvertierenden Eingang (31) des zweiten Verstärkers (27) geschaltet ist. zwei Eingangswiderstände (32, 33) zur Festlegung des Stromeinflusses vorgesehen sind und der dritte Verstärker (28) als Verzögerungsglied für das Stromnullsignal ((^ausgebildet ist (F i g. 10).