DE3039282C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Nullstromerfassung bei Umkehrstromrichtern in kreisstromfreier Schaltung zur Speisung von Gleichstromantrieben, bei der in den drehstromseitigen Phasenleitern des Umrichters Stromwand­ ler vorgesehen sind, deren Sekundärwicklungen über einen Gleich­ richter mit einem das Nullstromsignal liefernden Grenzwertmel­ der verbunden sind. Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist bekannt durch die DE-OS 28 27 357.

Steuerungen für Umkehrstromrichter in kreisstromfreier Gegen­ parallelschaltung sind in der DE-PS 15 88 783 und der Siemens- Zeitschrift 1965, Seiten 1079 bis 1083, näher beschrieben. Bei diesen Steuerungen macht die genaue Erfassung des Nullwerdens des Ankerstromes Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten beruhen einmal auf der systembedingten Unempfindlichkeit des Grenzwert­ melders im Nullbereich, auf den Ummagnetisierungsvorgängen in den Wandlern und der Schwellwertspannung des nachgeschalteten Gleichrichters. Dies hat zur Folge, daß verhältnismäßig lange Pausenzeiten bei der Momentenumschaltung in Kauf genommen wer­ den müssen.

Aus der DE-OS 21 16 608 ist eine Mehrphasen-Meßwandleranordnung bekannt, wobei für jede Phase ein Stromwandler vorgesehen ist. Jeder Stromwandler besteht aus einer Primärwicklung, der zwei Sekundärwicklungen zugeordnet sind. Dieser Stromwandler bzw. Teile von Mehrphasen-Meßwandler sind in einem einzigen Gießharz­ körper eingebettet. Diese Sekundärwicklungen können entsprechend dem Verwendungszweck mehr oder weniger phasenverschobene Durch­ flutungen erzeugen.

Aus der eingangs genannten DE-OS 28 27 357 ist eine Regeleinrich­ tung mit Stromnullmeldung für einen kreisstromfreien Doppelstrom­ richter bekannt. Bei dieser Regeleinrichtung wird der Stromist­ wert auf der Wechselstromseite des Doppelstromrichters mittels zweier Wandler, denen ein Gleichrichter mit einer Bürde nachge­ schaltet sind, erfaßt. Mittels dieses Gleichrichters wird der Stromistwert des Stromrichters in einen positiven Gleichstrom gewandelt. Als Stromnullmelder ist ein als Komparator arbeiten­ der Operationsverstärker vorgesehen. Sein invertierender Eingang ist über einen ersten Widerstand an den Verbindungspunkt von Gleichrichter und als Spannungsteiler geschalteter Bürde ange­ schlossen. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstär­ kers ist einerseits über einen Widerstand mit einem positiven Potential und andererseits über einen weiteren Widerstand, ein RC-Glied und einer Diode in Sperrichtung mit dem Mittelabgriff der als Spannungsteiler geschalteten Bürde verbunden. Durch die Beschaltung des Operationsverstärkers, insbesondere durch die Erzeugung eines Korrektursignals am Kondensator des RC-Gliedes, wodurch eine variable Schaltschwelle erzeugt ist, wird die Ver­ fälschung des Stromistwertes durch den Magnetisierungsstrom ausgeglichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromnullerfassung der eingangs genannten Art so auszubilden und so zu vereinfachen, daß in jedem Betriebsbereich der Steue­ rung sofort und zuverlässig das Nullwerden des Ankerstroms er­ faßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedem Stromwandler eine Zusatzwicklung mit einem Phasenschieber zwi­ schen je zwei Phasenleitern zugeordnet ist, daß die Zusatzwick­ lung eine zusätzliche magnetische Durchflutung erzeugt, die mit der durch den betreffenden Phasenleiterstrom hervorgerufenen Durchflutung annähernd phasengleich ist und daß die durch die Zusatzwicklungen hervorgerufene Zusatzspannung so bemessen ist, daß der Grenzwertmelder bei Nullstrom anspricht.

Auf diese vorgenannte Weise ist es möglich, den tatsächlichen Stromistwert Null sicher auch bei Lückbetrieb und in Grenzbe­ reichen zu erfassen. Da Wartezeiten entfallen und eine sofortige Impulssperre möglich ist, ergibt sich eine Regeldynamik, welche fast der einer kreisstromführenden Schaltung entspricht.

Die erforderliche Phasenschiebung kann sehr einfach durch ein in Reihe mit der Zusatzwicklung geschalteten RL-Glied (Drossel- Widerstand) vorgenommen werden.

Um die Schaltschwelle des Grenzwertmelders von Netzspannungs­ änderungen unabhängig zu machen, wird ferner vorteilhafterweise am Eingang des Grenzwertmelders ein zusätzliches Korrektursignal eingeführt, welches der Differenz zwischen geregelter und unge­ regelter Netzspannung proportional ist. Hierzu sind - an sich normalerweise bereits in der Steuereinrichtung vorhandene - Gleichrichter mit geregelter und nicht geregelter Ausgangsspan­ nung erforderlich.

Der am Ausgang des Gleichrichters am Bürdenwiderstand auftretende Istwert ist durch die von den Zusatzwick­ lungen hervorgerufene magnetische Durchflutung ver­ fälscht; um hieraus nun wieder einen für die Regelung brauchbaren Istwert zu gewinnen, kann aus der ungeregel­ ten Netzspannung ein gleichgerichtetes Signal gewonnen werden, welches das durch die Zusatzwicklungen hervorge­ rufene Zusatzsignal kompensiert. Damit können sich Schwan­ kungen der Netzspannung auch nicht als Verfälschungen des Istwertes bemerkbar machen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels sei die Erfindung näher beschrieben:

Ein Gleichstrommotor 3 ist über einen Umkehrstromrichter 2 mit antiparallelgeschalteten Thyristorgruppen in kreis­ stromfreier Schaltung an ein Drehstromnetz 1 mit den Pha­ senleitern L ₁, L ₂, L ₃ angeschlossen. Die Steuer- und Re­ geleinrichtung 12 des Umkehrstromrichters 2 benötigt - neben anderen Signalen - ein dem Ankerstrom proportio­ nales Signal und ein genaues und sofortiges Signal "0" für das Nullwerden des Ankerstroms nach der Verschie­ bung der Zündimpulse in Richtung maximaler Wechselrich­ terspannung.

Bei der hier vorliegenden Schaltung ist eine wechsel­ stromseitige Erfassung für den Stromistwert vorgesehen. Hierzu ist jedem Phasenleiter L ₁, L ₂, L ₃ ein Durchsteck- Stromwandler 4, 5, 6 zugeordnet. Die Primärwicklungen 41, 51 und 61 der Stromwandler 4, 5, 6 sind durch die Phasen­ leiter L ₁, L ₂, L ₃ gebildet. Die Sekundärwicklungen 42, 52 und 62 sind an eine Gleichrichterbrücke 7 angeschlos­ sen. Die Ausgangsspannung dieser Gleichrichterbrücke 7 an der Bürde 13 ist ein Maß für die Phasenleiterströme und damit für den Ankerstrom des Motors 3. In diesem Zu­ sammenhang sei bemerkt, daß es nicht unbedingt erforder­ lich ist, drei Wandler zu benutzen, sondern daß man auch in Form einer Kunstschaltung mit nur zwei Wandlern aus­ kommen kann.

Am Bürdenwiderstand 13 ist ein Grenzwertmelder 8 ange­ schlossen, der beim Nullwerden des Stromistwertes ein Signal "0" an die Regeleinrichtung 12 liefern soll. Die­ ser Grenzwertmelder 8 bildet normalerweise einen Bestand­ teil einer in der Steuer- und Regeleinrichtung 12 vorge­ sehenen Kommandostufe (vergleiche z.B. Deutsche Patent­ schrift 15 88 783).

Zur Gewinnung eines genauen Signals "0" ist in dem je­ dem Phasenleiter zugeordneten Wandler 4, 5, 6 noch eine Zusatzwicklung 43, 53 und 63 vorgesehen, die über ein RL-Phasenschieberglied 44, 54 und 64 mit dem eigenen Phasenleiter und dem benachbarten Phasenleiter verbun­ den ist; so ist z.B. die dem Phasenleiter L ₁ zugeordnete Zusatzwicklung 43 zwischen die Phasenleiter L ₁ und L ₂ ge­ schaltet usw.

Damit ergibt sich am Ausgang der Gleichrichterbrücke 7 am Bürdenwiderstand 13 eine Spannung für einen Stromist­ wert I′, der sich aus dem eigentlichen Istwert I und einem zusätzlichen von der Spannung zwischen den Phasen­ leitern abhängigen Zusatzwert I _o zusammensetzt.

Die Zusatzwicklungen 43, 53 und 63 sind nun so bemessen, daß bei Ankerstrom "0" ihre Durchflutung eine Spannung an der Bürde 13 von etwa 5 bis 10% der Spannung bei Nenn­ strom erzeugt. Dabei ist Voraussetzung, daß die Phasen­ schieberglieder 44, 54 und 64 so dimensioniert sind, daß die von den Primärwicklungen 41, 51 und 61 hervorgerufe­ nen Durchflutungen und die von den Zusatzwicklungen 43, 53 und 63 hervorgerufenen magnetischen Durchflutungen annähernd phasengleich sind und damit gleichzeitig zur magnetischen Summenbildung zur Verfügung stehen.

Wenn also der tatsächliche Ankerstrom I zu Null geworden ist, wird infolge der Zusatzwicklungen am Grenzwertmel­ der 8 noch ein fiktiver Stromistwert I _o anstehen, der mit Sicherheit kleiner als die Ansprechschwelle ist. Dieser Wert läßt den Grenzwertmelder 8 für Strom "Null" an­ sprechen. Die Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 8 kann dabei sehr genau eingestellt werden.

Auf diese Weise ist es bei Lückbetrieb und im Grenzbe­ reich möglich, für den tatsächlichen Stromistwert "Null" sicher und ohne Verzögerung ein Nullstromsignal zu erhal­ ten. Durch das an die Steuer- und Regeleinrichtung 12 ge­ meldete Nullsignal "0" werden sofort alle Impulse gelöscht und unmittelbar danach für die neu geforderte Richtung frei­ gegeben. Eine Zweitimpulslöschung sorgt für einen siche­ ren Stromistwert "Null" bei Beginn des Lückbetriebes.

Die am Ausgang der Gleichrichterbrücke 7 auftretende, dem fiktiven Stromistwert I′ proportionale Spannung I+I _o ist um den Wert I _o , der von den Zusatzwicklungen herrührt, gegenüber dem tatsächlichen Istwert I verfälscht. Um der Steuer- und Regeleinrichtung 12 den richtigen Istwert I zur Verfügung stellen zu können, wird daher an die Pha­ senleiter L ₁, L ₂, L ₃ ein nichtgeregelter Gleichrichter 10 angeschlossen, der so abgestimmt ist, daß er am Ausgang den Korrekturwert -I _o erzeugt. Durch Addition dieses Stromes am Knotenpunkt 101 zum fiktiven Istwert I′ wird daher der verfälschte Stromistwert I′ auf den richtigen Wert I korrigiert. Da Netzspannungsänderungen sowohl den Zusatzwert I _o als auch den Korrekturwert -I _o beeinflus­ sen, heben sich die von den Schwankungen herrührenden Einflüsse auf.

Damit auch die Schaltschwelle beim Grenzwertmelder 8 bei Netzspannungsschwankungen erhalten bleibt, kann noch zu­ sätzlich dem Eingang des Grenzwertmelders 8 ein Kompen­ sationswert aufgeschaltet werden, der der Differenz zwi­ schen geregelter und ungeregelter Netzspannung proportio­ nal ist. Hierzu ist ein an die Phasenleiter L ₁, L ₂, L ₃ angeschlossener regelbarer Gleichrichter 9 vorgesehen.

Die geregelte Gleichspannung dieses Gleichrichters 9 wird mit der nichtgeregelten Spannung des Gleichrichters 10 an die beiden Eingänge eines Differenzverstärkers 11 gelegt, dessen Ausgangsspannung über eine Widerstands­ kombination 14 die Spannnug für den fiktiven Stromist­ wert I′ korrigiert.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Nullstromerfassung bei Umkehrstrom­ richtern in kreisstromfreier Schaltung zur Speisung von Gleich­ stromantrieben, bei der in den drehstromseitigen Phasenleitern des Umrichters Stromwandler vorgesehen sind, deren Sekundärwick­ lungen über einen Gleichrichter mit einem das Nullstromsignal liefernden Grenzwertmelder verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - jedem Stromwandler (4, 5, 6) eine Zusatzwicklung (43, 53, 63) mit einem Phasenschieber (44, 54, 64) zwischen je zwei Pha­ senleitern zugeordnet ist,
• - die Zusatzwicklung eine zusätzliche magnetische Durchflutung erzeugt, die mit der durch den betreffenden Phasenleiterstrom hervorgerufenen Durchflutung annähernd phasengleich ist und
• - die durch die Zusatzwicklungen hervorgerufene Zusatzspannung so bemessen ist, daß der Grenzwertmelder (8) bei Nullstrom anspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieber (44, 54, 64) aus einem in Reihe mit der Zusatzwicklung geschalteten RL- Glied bestehen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Grenzwert­ melders (8) eine zusätzliche Korrekturspannung liegt, die aus der Differenz zwischen geregelter und ungeregelter Netzspannung abgeleitet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der am Ausgang des Gleichrichters (7) liegenden Spannung eine Spannung addierbar ist, welche die durch die Zusatzwicklungen (43, 53, 63) hervor­ gerufene Zusatzspannung kompensiert.