DE2926022A1 - Rectifier with energy return to mains - has matching transformer with input capacitors and monitors of voltage and zero crossing - Google Patents

Rectifier with energy return to mains - has matching transformer with input capacitors and monitors of voltage and zero crossing

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DE2926022A1 DE19792926022 DE2926022A DE2926022A1 DE 2926022 A1 DE2926022 A1 DE 2926022A1 DE 19792926022 DE19792926022 DE 19792926022 DE 2926022 A DE2926022 A DE 2926022A DE 2926022 A1 DE2926022 A1 DE 2926022A1
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Abstract

Prevention of commutation short-circuits due to mains failure and elimination of switching off the supply are achieved with monitors sensing the zero crossing of the regeneration current with the supply provided by thyristors. In addition the instantaneous and effective values are sensed, while the input of the matching transformer features capacitors as energy storages. The actual value of the voltage is derived from a filter when the trigger pulse is obtained during the zero crossing for activating a one shot multivibrator switching over another multivibrator for deriving a wide pulse. This leaves the pulse within the required time slot for control of energy recovery.

Description

Verfahren und:~Schaltungsanordnung zur tberwachang von ge-Procedure and: ~ Circuit arrangement for the monitoring of

steuerten-Gleichrichtern bei Netz#WcksPeisungsbetrieb Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Uberwachung von gesteuerten Gleichrichtern bei Netzrückspeisebetrieb Aus der Literatur ist allgemein bekannt, daß Gleichrichtergeräte mit gesteuerten Gleichrichterelementen wie zum Beispiel Thyristoren auch in Wechselrichterbetrieb betrieben werden können. Bei dieser Betriebsart wird Energie von der Gleichstromseite in das speisende Netz zurilckgespeist.controlled rectifiers at Netz # WcksPeisungsbetrieb The invention relates to a method for monitoring controlled rectifiers during regenerative operation From the literature it is generally known that rectifier devices with controlled Rectifier elements such as thyristors also in inverter operation can be operated. In this operating mode, energy is supplied from the direct current side fed back into the feeding network.

Eine solche Betriebsart ist besonders bei der Kapazitätsprüfung von Batterien von Vorteil. Eine solche Kapazitätsprüfung ist z.B. nach VDE 0107 bei Krankenhausanlagen vorgeschrieben. Die Leistungen solcher Batterien sind nicht unbeachtlich. Aus diesem Grunde ist die RUckspeisung der Energie in das Netz aus Energiesparmaßnahmen sehr aktuell und zum anderen ist es oft ein großes Problem, bei Vernichtung der Leistung durch Belastungswiderstände die entstehende Verlustwärme abzuführen.Such an operating mode is particularly useful when checking the capacity of Batteries are an advantage. Such a capacity check is e.g. according to VDE 0107 Hospital facilities prescribed. The performance of such batteries is not negligible. For this reason, the energy is fed back into the network from energy-saving measures very topical and on the other hand it is often a big one Problem with Destruction of the power through load resistances the resulting heat loss to dissipate.

Aus der Literatur ist Jedoch auch bekannt, daß beim Betrieb solcher Gleichrichtergeräte in Wechselrichterbetrieb Probleme auftreten konnen, wenn die Netzspannung, in die die Energie zurückgeliefert werden soll, ausfällt, da dabei die Kommutierung der Thyristoren nicht mehr sichergestellt ist.However, it is also known from the literature that such Rectifier devices in inverter operation problems can occur when the Mains voltage to which the energy is to be returned fails because this occurs commutation of the thyristors is no longer ensured.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, durch die Kommutierungskurzschlüsse bei Netzausfällen sowie bei Abschaltung der Netzspannung vermieden werden.The object of the present invention is to provide a method and a Specify circuit arrangement through the commutation short circuits in the event of power failures as well as when switching off the mains voltage.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird dabei so verfahren, daß das Steuergerät blockiert wird, wenn am Transformator-Eingang des Anpassungstransformators der Momentanwert und/oder der Effektivwert in mindestens einer Phase einen unzulässigen Uber- bzw. Unterspannungswert erreicht, daß gleichzeitig eine Überwachung der Nulldurchgänge der Rückspeisefrequenz und eine Abschaltung des Steuergerätes bei unzulässiger Frequenzänderung erfolgt und daß dem Gleichrichter-Eingang auf der Netzseite Energiespeicher zum Ausgleich für Kurzzeitunterbrechungen parallel liegen.To solve this problem, the procedure is such that the control unit is blocked if the instantaneous value at the transformer input of the matching transformer and / or the effective value in at least one phase shows an impermissible over- or Undervoltage value reached that at the same time monitoring of the zero crossings the feedback frequency and a shutdown of the control unit in the event of an impermissible change in frequency takes place and that the rectifier input on the network side energy storage for Compensation for short-term interruptions lie in parallel.

Durch diese Maßnahmen werden Kommutierungskurzschlüsse bei Ausfall der Netzspannung vermieden.These measures prevent commutation short circuits in the event of failure the mains voltage avoided.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dabei so ausgebildet, daß dem Eingang des Anpassungstransformators eine Uberwachungsschaltung für den Momentanwert angeschaltet ist, die aus einem Drehstromgleichrichter besteht, der die Lichtspamlung in Form einer pulsierenden Gleichspannung liefert und die Mittel zur Bildung von Referenzspannungen für den Unter-und Uberspannungsvergleich enthält, daß die Uberwachungsschaltung für den Effektivwert ein Sonderfilter zur Erzeugung des Spannungs-Istwertes enthält, daß die Nulldurchgangs-Uberwachungsschaltung beim Nulldurchgang einen schmalen Triggerimpuls erzeugt, der einen monostabilen Multivibrator mit vorgegebener Kippzeit anstößt, daß nach abgelaufener Kippzeit dieses ersten monostabilen Multivibrators ein zweiter monostabiler Multivibrator kippt und dadurch ein dritter Impuls erzeugt wird, der so breit ist, daß die beim Nulldurchgang erzeugten Triggerimpulse im Soll fall in der Fensterbreite dieses Impulses liegen und daß die Energiespeicher als Eondensatoren ausgebildet sind.The circuit arrangement for carrying out the method is included designed so that the input of the matching transformer is a monitoring circuit for the instantaneous value is switched on, which comes from a three-phase rectifier exists, which supplies the light sponging in the form of a pulsating DC voltage and the means for forming reference voltages for the undervoltage and overvoltage comparison contains that the monitoring circuit for the effective value is a special filter Generation of the actual voltage value contains that the zero-crossing monitoring circuit at the zero crossing generates a narrow trigger pulse that becomes a monostable Multivibrator with a predetermined tilting time triggers that after the tilting time has elapsed of this first monostable multivibrator a second monostable multivibrator tilts and thereby a third pulse is generated, which is so wide that the at Zero crossing generated trigger pulses in the target case in the window width of this Pulse lie and that the energy storage are designed as Eondensatoren.

Anhand der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1, 2, 3 und 5 sowie den Diagrammen nach den Figuren 4 und 6 wird die Erfindung näher erläutert.Using the exemplary embodiments according to FIGS. 1, 2, 3 and 5 as well as The invention is explained in more detail in the diagrams according to FIGS. 4 and 6.

Figur 1 zeigt einen bekannten Gleichrichter im Netzrückspeisebetrieb Figur 2 zeigt den gleichen Gleichrichter unter Anschaltung der Uberwachungsbaugruppen nach der Erfindung Figur 3 zeigt das Blockschaltbild einer Momentanwertüberwachung Figur 4 zeigt das dazugehörige Spannungsdiagramm Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild für die Effektivwertüberwachung Figur 6 zeigt ein Impulsdiagramm für die Nulldurchgangsüberwachung der Rückspeisefrequenz.FIG. 1 shows a known rectifier in regenerative operation FIG. 2 shows the same rectifier with the monitoring modules connected According to the invention Figure 3 shows the block diagram of instantaneous value monitoring FIG. 4 shows the associated voltage diagram. FIG. 5 shows a block diagram for effective value monitoring Figure 6 shows a timing diagram for zero crossing monitoring of the regenerative frequency.

Die dreiphasige Netzspannung wird über ein Netz schütz ci dem Anpassungstransformator ml, an dessen Ausgang der Thyristor-Gleichrichter mit den Thyristoren p1 bis p6 liegt, zugeführt. Uber eine Siebdrossel ist.die Batterie 9 mit dem Netzgleichrichter gepuffert und parallel dazu liegt der Verbraucher 10. Der Gleichrichter ist dabei in voll gesteuerter Drehstrombrückenschaltung die vom Steuergerät 1 gesteuert wird, ausgebildet. Die Steuerung soll dabei so erfolgen, daß die Energierichtung von der Gleichstromseite in das Netz zurückläuft. Die Kommutierungsleistung für Thyristoren wird dem Netz entzogen. Fällt in dieser Schaltungsanordnung die Netzspannung aus, so entsteht ein Kommutierungskurzschluß,' da die Thyristoren p1 bis jp6 nicht mehr gelöscht werden können.The three-phase mains voltage is supplied to the matching transformer via a mains contactor ml, at the output of which the thyristor rectifier with the thyristors p1 to p6 is fed. The battery 9 with the mains rectifier is via a filter choke The consumer 10 is buffered and parallel to it. The rectifier is included in fully controlled three-phase bridge circuit controlled by control unit 1, educated. The control should be done so that the direction of energy from the DC side runs back into the network. The commutation power for thyristors is withdrawn from the network. If the mains voltage fails in this circuit arrangement, this creates a commutation short circuit because the thyristors p1 to jp6 are no longer can be deleted.

Eine Schaltung, die diesen Nachteil vermeidet, zeigt die Figur 2. Neben der schon in Figur 1 beschriebenen Gleichrichtereinrichtung sind dort eine Uberwachungsschaltung 2, eine Überwachungsschaltung 3 und eine Uberwachungsschaltung 4 vorgesehen, die am Eingang des Anpassungstransformators ml liegen. Die Uberwachungsschaltung 2 ist eine Momentanwert-Uberwachungsschaltung, während die tfberwachungsschaltung 3 den Effektivwert überwacht. Die Uberwachungsschaltung 4 überwacht die Nulldurchgänge der Rückspeisefrequenz. Weiterhin sind am Eingang des Anpassungstransformators Kondensatoren 6, 7 und 8 vorgesehen, die als Energiespeicher wirken.A circuit which avoids this disadvantage is shown in FIG. In addition to the rectifier device already described in FIG. 1, there are one Monitoring circuit 2, a monitoring circuit 3 and a monitoring circuit 4 provided, which are located at the input of the matching transformer ml. The monitoring circuit 2 is an instantaneous value monitoring circuit, while the monitoring circuit 3 monitors the rms value. The monitoring circuit 4 monitors the zero crossings the regenerative frequency. There are also capacitors at the input of the matching transformer 6, 7 and 8 are provided, which act as energy stores.

Die Netzspannung wird direkt am Transformatoreingang durch eine verzögerungslose Spannungsüberwachung 2 als Uber- und Unterspannung überwacht. Als Istspannung wird hierzu die Netzspannung über einen Drehstrom-Gleichrichter in eine ungesiebte Gleichspannung umgewandelt. Beim Ansprechen der Uber- oder Unterspannungsgrenze wird verzögerungslos die Impulssperre für das Regelgerät ausgelöst.The mains voltage is applied directly to the transformer input through an instantaneous Voltage monitoring 2 as Overvoltage and undervoltage monitored. as For this purpose, the actual voltage is converted into a mains voltage via a three-phase rectifier unfiltered DC voltage converted. When the overvoltage or undervoltage limit is triggered the impulse block for the control device is triggered without delay.

Die Netzspannung wird durch eine uber-Unterspannungsüberwachung 3 überwacht. Die Spannungsmessung erfolgt dabei annähernd nach dem Effektivwert. Beim Ansprechen dieser Spannungsüberwachung wird das Eingangs schütz cl abgeschaltet und die Impulssperre ausgelöst.The mains voltage is monitored by an over-undervoltage monitoring 3 supervised. The voltage measurement is carried out approximately according to the effective value. At the If this voltage monitoring responds, the input contactor cl is switched off and the pulse lock triggered.

Die Rückspeisefrequenz wird durch Uberwachung der Spannungs-Null-Durchgänge der drei Phasen überwacht.The feedback frequency is determined by monitoring the voltage zero crossings of the three phases monitored.

Netzstörungen sind ,bei unzulässiger Abweichung von der zulässigen Betriebsspannung gegeben. Diese Abweichungen können schnell (durch Ausfall) oder als langsame Abweichung auftreten. Bei Netzausfall kann das Netz zum Gleichrichter hochohmig oder niederohmig sein.Mains disturbances are, in the case of impermissible deviation from the permissible Operating voltage given. These deviations can be rapid (due to failure) or appear as a slow deviation. In the event of a power failure, the power can go to the rectifier be high or low resistance.

Bei langsamer Netzabsenkung oder bei langsamem Ansteigen der Netzspannung wird die Impulssperre bei Erreichen der eingestellten Spannungsgrenze ausgelöst.In the event of a slow grid decrease or a slow increase in the grid voltage the pulse block is triggered when the set voltage limit is reached.

Bei schlagartigem Ausfall der Neztspannung, dreiphasig oder einphasig, spricht bei entsprechender Absenkung ebenso die Unterspannungs-Uberwachung unverzögert an und löst die Impulsblockade aus. Diese SpannungsUberwachung allein ist nicht ausreichend, um die Thyristoren durch Mundsperre rechtzeitig vor einem Kommutierungskurzschluß zu blockieren. Durch die zusätzlichen Kondensatoren und die Entkopplung über die Eingangsinduktivität, z.B. Funkenstördrosseln ist sichergestellt, daß die Spannung am Geräteeingang nicht schlagartig absinken kann. Diese klingt entsprechend der Entladung der Kondensatoren aus.In the event of a sudden failure of the mains voltage, three-phase or single-phase, If there is a corresponding reduction, the undervoltage monitoring also speaks without delay and triggers the impulse blockade. This voltage monitoring alone is not sufficient to lock the thyristors in good time before a commutation short-circuit to block. By the additional Capacitors and the decoupling The input inductance, e.g. radio interference chokes, ensures that the The voltage at the device input cannot drop suddenly. This sounds accordingly the discharge of the capacitors.

Bei Unterbrechung der Netzzufuhrung wird die Spannung durch die Rückspeiseleistung aufrecht erhalten. Je nachdem,.ob die Netzspeisung hochohmig oder niederohmig ausfällt, kann die Spannung zusammenbrechen oder ansteigen.If the mains supply is interrupted, the voltage is reduced by the regenerative power maintained. Depending on whether the mains supply fails with high or low resistance, the tension may collapse or increase.

Auf Jeden Fall wird die Grundfrequenz Jedoch nicht beibehalten, sondern sie läuft weg. Dadurch kommt die Spannungsüberwachung oder die Null-Durchgangs-Uberwachung zum Ansprechen. Die Null-Durchgangs-2berwachung ist so ausgelegt, daß die natürlichen Kommutierungsdurchgänge überwacht werden; falls eine Abweichung der Kommutierungsdurchgänge durch fehlende Netzführung auftritt, wird ebenso die Impulssperre ausgelöst.In any case, the basic frequency is not maintained, but she runs away. This results in voltage monitoring or zero crossing monitoring to address. The zero-passage monitoring is designed so that the natural Commutation passes are monitored; if there is a deviation in the commutation cycles occurs due to a lack of network management, the pulse block is also triggered.

Die Impulsblockade wird bis zur Quittierung gehaltene Figur 3 zeigt die verzögerungslose Netzspannungsüberwachung. Der Gleichrichter ist dabei schematisch angedeutet. Am Eingang des Gleichrichters liegt die Gleichstromüberwachungsschaltung 11, sie enthält einen Drehstromgleichrichter und Mittel zur Bildung von Referenzspannungen bei Unter- oder Uberschreiten eines vorgegebenen Sollwertes spricht die Uberwachungsschaltung an und blockiert das Steuergerät. Diese Schaltung spricht sowohl auf dreiphasige Spannungsabweichung als auch auf einphasige Spannungsabweichung verzögerungslos an.The pulse blockade is shown in Figure 3, which is held until acknowledgment the instant grid voltage monitoring. The rectifier is schematic indicated. The direct current monitoring circuit is located at the input of the rectifier 11, it contains a three-phase rectifier and means for generating reference voltages if the value falls below or exceeds a specified value, the monitoring circuit speaks and blocks the control unit. This circuit speaks to both three phase Voltage deviation as well as single-phase voltage deviation without delay at.

Figur 4 zeigt das zugehörige Spannungsdiagramm mit der pulsierenden Gleichspannung als Istspannung sowie den beiden Ansprechgrenzen.Figure 4 shows the associated voltage diagram with the pulsating DC voltage as actual voltage as well as the two response limits.

Bei der Spannungsüberwachung nach Figur 5 handelt es sich um drei einphasige Schaltungen zur Uberwachung des Effektivwertes.The voltage monitoring according to FIG. 5 is three single-phase circuits for monitoring the effective value.

Durch die Spannungs-Istwert-Erzeugung über ein Sonderfilter wird annähernd der Effektivwert der zu Uberwachenden Spannung nachgebildet. Durch diese Meßwertbildung, die eine Integration enthält, kann diese Spannungsabweichung nicht verzögerungslos arbeiten.By generating the actual voltage value via a special filter, approx the effective value of the voltage to be monitored is simulated. Through this measurement, which contains an integration, this voltage deviation cannot immediately work.

Die Schaltung besteht aus einem Eingangsübertrager 12, einem Gleichrichter 13, einem Sonderfilter 5 und einer Uberwachungsschaltu,ng 14.The circuit consists of an input transformer 12, a rectifier 13, a special filter 5 and a monitoring circuit 14.

In Figur 6 ist das Spannungsdiagramm für die Spannungsnulldurchgangsüberwachungsschaltung gezeigt.In Figure 6 is the voltage diagram for the voltage zero crossing monitoring circuit shown.

Beim Spannungs-Null-Durchgang der Netzkurve wird ein schmaler Trigger-Impuls erzeugt. Durch die negative Flanke des schmalen Trigger-Impulses wird ein monostabiler Multivibrator mit konstanter Zeit B ausgelöst.When the voltage crosses the network curve, there is a narrow trigger pulse generated. Due to the negative edge of the narrow trigger pulse, it becomes a monostable Multivibrator triggered with constant time B.

Nach Ablauf dieser Zeit wird durch einen zweiten monostabilen Multivibrator die zulässige Fensterbreite des nachfolgenden Trigger-Impulses festgelegt (C). Liegt der zweite Trigger-Impuls D nicht innerhalb der Fensterbreite C, wird dies als Fehler erfaßt und führt zur Auslösung der Impulssperre.After this time has elapsed, a second monostable multivibrator the permissible window width of the subsequent trigger pulse is defined (C). Lies the second trigger pulse D is not within the window width C, this is considered an error detects and triggers the pulse block.

2 Patentansprüche 6 Figuren L e e r s e i t e2 claims 6 figures L e r s e i t e

Claims (2)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Uberwachung von gesteuerten Gleichrichern bei Netzrückspeisebetrieb, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Steuergerät (1) blockiert wird, wenn am Transformato-Eingang des Anpassungstransformators (m1) der Momentanwert und/oder der Effektivwert in mindestens einer Phase einen unzulässigen Über- bzw. Unterspannungswert erreicht, daß gleichzeitig eine Uberwachung der Nulldurchgänge der Rückspeisefrequenz und eine Abschaltung des Steuergerätes 1 bei unzulässiger Frequenzänderung erfolgt und daß dem Gleichrichter-Eingang auf der Netzseite Energiespeicher zum Ausgleich für Kurzzeitunterbrechungen parallel liegen.Claims 1. Method for monitoring controlled rectifiers in the case of regenerative power supply operation, it is clear that the Control unit (1) is blocked when at the transformer input of the matching transformer (m1) the instantaneous value and / or the effective value in at least one phase Inadmissible overvoltage or undervoltage value reached that simultaneous monitoring the zero crossings of the regenerative frequency and a shutdown of the control unit 1 takes place in the event of an impermissible change in frequency and that the rectifier input opens the network side energy storage to compensate for short-term interruptions in parallel lie. 2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c;h -n e t , daß dem Eingang des Anpassungstransforiiiators (m1) eine Uberwachungsschaltung (2) für den Momentanwert angeschaltet ist, die aus einem Drehstromgleichrichter besteht, der die Lichtspannung in Form einer pulsierenden Gleichspannung liefert und die Mittel zur Bildung von Referenzspannungen für den Unter- und Uberspannungsvergleich enthält, daß die Überwackungsschaltung (3) für den Effektivwert ein Sonderfilter (5) zur Erzeugung des Spannungs-Istwertes enthält, daß die Nulldurchgangs-Überwachungsschaltung beim Nulldurchgang einen schmalen Triggerimpuls erzeugt, der einen monostabilen Multivibrator mit vorgegebener Kippzeit anstößt, daß nach abgelaufener Kippzeit dieses ersten monostabilen Multivibrators ein zweiter monostabiler Multivibrator kippt und dadurch ein dritter Impuls erzeugt wird, der so breit ist daß die belm Nulldurch- gang erzeugten Triggerimpulse im Sollfall in der Fensterbreite dieses Impulses liegen und daß die Energiespeicher als Kondensatoren (6, 7, 8) ausgebildet sind.2. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, d a d u r c h e k e n n n z e i c; h -n e t that the input of the matching transformer (m1) a monitoring circuit (2) is switched on for the instantaneous value, which is off A three-phase rectifier consists of the light voltage in the form of a pulsating DC voltage supplies and the means for forming reference voltages for the Undervoltage and overvoltage comparison contains that the monitoring circuit (3) for a special filter (5) contains the effective value for generating the actual voltage value, that the zero crossing monitoring circuit a narrow trigger pulse at the zero crossing generated, which triggers a monostable multivibrator with a specified tilting time, that after the tipping time of this first monostable multivibrator a second one monostable multivibrator tilts and thereby a third pulse is generated, the is so wide that the zero crossing generated trigger pulses in the nominal case lie in the window width of this pulse and that the energy storage are designed as capacitors (6, 7, 8).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3625011A1 (en) * 1985-11-08 1987-05-21 Aeg Elotherm Gmbh Device for measuring the active power in a load circuit, constructed as resonance circuit, of an electrical static converter
CN110112936A (en) * 2019-05-20 2019-08-09 哈尔滨理工大学 A kind of voltage levels rectifier

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