DE3040577C2

DE3040577C2 -

Info

Publication number: DE3040577C2
Application number: DE3040577A
Authority: DE
Inventors: Gary C. Milwaukee Wis. Us Morris
Original assignee: Harnischfeger Corp
Current assignee: Harnischfeger Corp
Priority date: 1979-10-30
Filing date: 1980-10-28
Publication date: 1991-05-02
Also published as: MX149004A; AU529205B2; CA1161109A; US4309735A; AU6361080A; JPS5678374A; ZA806505B; DE3040577A1; JPS6254594U; BR8007028A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der Elin-Zeitschrift 17 (1965), Seiten 9-18, bekannten Schutzvorrichtung findet mit Hilfe der Steuer einrichtung nicht nur eine Abschaltung der Steuersignale an den Steuerklemmen der Thyristoren des Umrichters statt, son dern gleichzeitig wird mit Hilfe des aufgeladenen Kondensators Sperrspannung an die Elektroden der Thyristoren gegeben, um diese zu löschen. Zusätzlich wird mit Hilfe des Steuerthyri stors der Widerstand dem Anker des Gleichstrommotors parallel geschaltet, um den aufgrund des Fehlens des Motorfeldes an steigenden Ankerstroms ableiten zu können.

Aus der Elin-Zeitschrift 19 (1967), Seiten 133-144, ist eine ähnliche Schutzvorrichtung bekannt, bei der mit dem Kondensa tor eine Induktivität in Reihe geschaltet ist, um im Löschau genblick die Stromanstiegsgeschwindigkeit für den Steuerthyri stor auf ungefährliche Werte zu begrenzen.

Diese bekannten Schutzvorrichtungen können für Aufzugsantrie be, insbesondere Seilbahnantriebe, verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung der ge nannten Art so weiterzubilden, daß diese in optimaler Weise den Wechselstrom/Gleichstrom-Umrichter und seine zugehörigen Bauteile vor Überlastungen auch dann schützt, wenn der Anker des Motors beim Auftreten einer Störung nicht nur dynamisch, sondern auch mechanisch gebremst werden muß.

Bei einer Schutzvorrichtung der genannten Art ist diese Aufga be durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an gegebenen Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der dem Kondensator in Reihe geschalteten Induktivi tät, der Erfassung des Stromes auf der Wechselstromseite des Umrichters, wobei auch diese Erfassung mit der Steuereinrich tung zum Anzeigen einer Störung zusammenwirkt, sowie der die Drehung des Ankers auch mechanisch unterbindenden Bremsein richtung kann bei unterschiedlichen Arten von Störungen ein sehr schnelles und für den Umrichter gefahrloses Stillsetzen des Motors sowie Abschalten des Umrichters erfolgen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung,

Fig. 2 den Verlauf des Anker stromes während der Zeit, in der die in Fig. 1 dargestellte Schutzschaltung in Funktion ist,

Fig. 3 den Verlauf der Ausgangs spannung des Umrichters während des gleichen Zeitraumes,

Fig. 4 den Verlauf des Konden satorstromes während des gleichen Zeitraumes,

Fig. 5 den Verlauf der Kondensator spannung während der gleichen Zeit,

Fig. 6 den Verlauf des Stromes durch den Widerstand während der gleichen Zeit,

Fig. 7 in einem Diagramm die in den Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellten Kurven,

Fig. 8 zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung,

Fig. 9 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung,

Fig. 10 ein vereinfachtes Schaltbild eines Kondensator schaltkreis gemäß der Erfindung und

Fig. 11 eine grafische Darstellung der Auslösestärke des Ankerstromes.

In Fig. 1 ist ein Gleichstrommotor 10 dargestellt, dessen Anker 11 von einer Wechselstromquelle 12 über Leitungen L1, L2, L3 und einen Wechselstrom/Gleichstrom-Thyristor- Umrichter 14 versorgt wird. Das Motorfeld 15 ist mit einer Feldversorgungsquelle 16 verbunden. Es wird davon ausgegangen, daß der Anker 11 einem eine Beschädigung hervorrufenden Umrichterüberschlag ausgesetzt sein kann.

Die Schutzschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthält einen normalerweise aufgeladenen Kondensator 20, eine Einrichtung 21 zum Aufladen des Konden sators und einen Umleitungswiderstand 22. Der Kondensator 20 und der Widerstand 22 sind über einen Steuerthyristor SCR1 aufgrund einer Störung, beispielsweise entweder auf einen vorbe stimmten hohen Ausgangsstrom vom Umrichter 14, d. h. auf einen hohen Ankerstrom, der über eine Stromsensoreinheit 24 wahr genommen wird, oder einen zu großen Eingangswechselstrom zum Umrichter 14, der eine Systemstörung irgendeiner Art anzeigt, parallel über den Umrichter 14 und den Anker 11 schaltbar. Die Stromsensoreinheit 24 wird über einen Umleitungssteuermodul (Steuereinrichtung) 25 überwacht, der seinerseits so geschaltet ist, daß er eine Impulsübertragungsschaltung 26 steuert, die den Thyristor SCR1 ansteuert. Der Kondensator 20 entlädt sich über den Umrichter 14 augenblicklich und sperrt kurz zeitig den Strom von den Thyristoren 14a-f des Umrichters 14 zum Anker 11. Dadurch daß der Umleitungswiderstand 22 über den Anker 11 geschaltet ist, wird der Ankerstrom der beispiels weise aufgrund einer den Anker mitziehenden Last entsteht, herabgesetzt, um einen Überschlag zu vermeiden. Die anderen später beschriebenen Steuerungen sperren die Thyristoren 14a-f des Stromumrichters 14 permanent und betätigen eine elektro mechanische Bremse 23, um die Ankerdrehung anzu halten. Die weiteren Steuerungen enthalten beispielsweise eine Thyristorsteuerung bzw. eine Zündschaltung 28, die zwischen den Umleitungssteuermodul 25 und den Umrichter 14 geschaltet ist. Eine Bremssteuerschaltung 30 liegt zwischen dem Umleitungssteuermodul 25 und der Bremse 23.

Der in Fig. 1 dargestellte Stromumrichter 14 umfaßt mehrere Thyristoren 14a bis 14f und zwei Gleichstromausgangsklemmen T1 und T2. Die Gleichstromlast oder der Motor 10 weist zwei Eingangsklemmen M1 und M2 auf. Zwei Leitungen DL1 und DL2 sind jeweils zwischen einer Ausgangsklemme T1 und T2 des Umrichters und einer Eingangsklemme M1 und M2 des Motors 10 geschaltet. Die Zündschaltung 28 dient dazu, die Thyristoren 14a bis 14f des Umrichters in einer be stimmten Abfolge zu sperren und durchzuschalten, um den Motor 10 mit Energie zu versorgen, und unter bestimmten Umständen zu sperren, um den Umrichter 14 abzuschalten. Die Schutzschaltung arbeitet so, daß sie die Energiever sorgung des Ankers 11 vom Umrichter 14 schnell unter bricht, wenn eine Störung festgestellt wird, und daß sie einen Umleitungsweg für den Strom vom Anker 11 bildet, um an schließend das gesamte System (Antrieb) abzuschalten. Die Schutzschal tung umfaßt den oben erwähnten Kondensator 20, die Ein richtung 21 zum Aufladen den Kondensators, den Um leitungswiderstand 22, einen Steuerthyristor SCR1, der so arbeitet, daß er den aufgeladenen Kondensator 20 über die Ausgangsklemmen T1 und T2 des Umrichters schaltet, um den Ausgangsstrom des Umrichters 14 zu blockieren, und daß er den Widerstand 22 über die Eingangsklemme M1 und M2 des Ankers 11 des Motors 10 schaltet, und eine Einrichtung, die die Stromsensoreinheit 24, den Steuermodul 25 und eine Impulsübertragungsschaltung 26 umfaßt, die auf einen übermäßig hohen Strom zwischen dem Stromumrichter 14 und dem Anker 11 des Motors anspricht und den Steuerthyristor SCR1 einschaltet, wodurch der geladene Kondensator 20 und der Widerstand 22 miteinander verbunden werden. Gleichzeitig wird über die Steuereinrichtung 28 der Strom umrichter 14 abgeschal tet und die Bremsschaltung 30 für die Bremse 23 in Betrieb gesetzt, so daß die Drehung des Ankers 11 des Motors ange halten wird.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt sowohl der Kondensator 20 als auch der Widerstand 22 mit einer Seite an einem Leiter DL2 und der Steuerthyristor SCR1 ist zwischen den anderen Leiter DL1 und die andere Seite des Kondensators 20 und des Widerstandes 22 geschaltet. Eine Diode 34 liegt zwischen der anderen Seite des Widerstandes 22 und der posi tiven Seite des Kondensators 20, um zu verhindern, daß sich der Kondensator 20 über den Widerstand 22 entlädt. Eine Induktivität 35 ist in Reihe zum Kondensator 20 und zum Steuerthyristor SCR1 geschaltet, um die Entladegeschwindig keit des Kondensators zu steuern. Die Einrichtung, die auf Störungen anspricht, umfaßt die Stromsensoreinheit 24 zum Aufnehmen des über wenigstens einen Leiter DL1 und DL2 fließenden Stromes, und weiterhin eine Einrichtung die eine Störung auf der Wechselstromeingangs seite des Stromumrichters 14 wahrnehmen (beispielsweise Stromsensoreinrichtungen 36a, b, c, in den Leitern L1, L2, L3 und eine Dioden schaltung 37). Die Stromsensor einheit 24 kann beispielsweise in Form eines mit einer Aus sparung versehenen Ringkernes vorgesehen sein, der mit einem Hall-Effektgenerator gekoppelt ist, der ein Ausgangssignal liefert, das die Stärke des Stromes und seine Richtung anzeigt.

Wenn der Kondensator 20 in der in Fig. 1 dargestellten Weise in einem einzigen Brückensystem verwandt wird, wird er normalerweise durch die Ladeschaltung 21 auf eine vorbe stimmte Gleichspannung aufgeladen, wenn immer das Brücken system in Funktion ist. Die Spannung des Kondensators muß wesentlich größer als die Spitzenausgangsspannung des Umrichters 14 sein, um die Brückenthyristoren 14a bis 14f zu sperren, wie es im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Der Ausgangsstrom des Umrichters 14 oder der Ankerstrom des Motors wird fortlaufend durch die Stromsensor einheit 24 überwacht. Das Ausgangssignal der Einheit 24 liegt am Umleitungssteuermodul 25, wo das Stromsignal mit einem Vergleichssignal einstellbaren Pegels verglichen wird. Wenn eine Störung auftritt, die dazu führt, daß der Gleich strom auf der Leitung DL1 eine vorbestimmte Größe überschreitet, spricht die Schutzschaltung an. Wenn ein Abschalten er forderlich ist, führt der Umleitungssteuermodul 25 unmittel bar die folgenden Arbeitsschritte aus: Er betätigt die Zünd schaltung 28, um alle Steuersignale vom Stromumrichter 14 zu nehmen, die Impulsübertragungsschaltung 26, um ein Steuersignal an den Steuerthyristor SCR1 zu legen und setzt die normale Abschaltabfolge des Systems einschließ lich der Arbeit der Bremssteuerschaltung 30 für die Bremse 23 in Gang.

Die Steuerimpulse an den Brückenthyristoren 14a bis 14f des Umrichters müssen unmittelbar gesperrt werden, so daß die Thyristoren 14a bis 14f durch die Wirkung des Kon densators 20 der Schutzschaltung blockiert werden können. Das bedeutet nicht nur, daß keine neuen Steuerimpulse anliegen dürfen, sondern daß auch beliebige Steuerimpulse, die zum Zeitpunkt der Störung vorhanden sind, sobald wie möglich abgeschaltet werden. Der Kondensator 20 kann nur eine Vorspannung in Sperrichtung an die Thyristoren 14a bis 14f für ein Zeitintervall von einigen hundert Mikrosekunden legen, wonach dann, wenn noch ein Steuersignal an den Thyristoren 14a bis 14f anliegt, diese wieder einschalten würden und die Störung würde bestehen bleiben.

Gleichzeitig mit dem Verschwinden der Steuersignale am Umrichter 14 wird der Steuerthyristor SCR1 gezündet. Durch das Durchschalten des Thyristors SCR1 wird die hohe Spannung des aufgeladenen Kondensators 20 an die Gleichstrom leitungen DL1 und DL2 gelegt. Da die Spannung des Kondensators 20 wesentlich höher als die maximal mögliche Ausgangsspannung des Umrichters 14 ist, wird der Umrichter 14 in Sperrichtung vorgespannt, so daß er nicht mehr leitet. Der Kondensator 20 beginnt sich dann über die Brückenschaltung 14 zu entladen, so daß die Spannung des Kondensators schnell abfällt. Nach wenigen hundert Mikrosekunden sind die leitenden Thyristoren des Umrichters 14 nicht mehr in Sperrichtung vorgespannt. Die Thyristoren müssen nun ihre Sperrfunktion in Vorwärtsrichtung wieder gewinnen.

Wenn sich der Kondensator 20 weiter entlädt, kehrt sich die Spannung über dem Kondensator um und der Kondensator beginnt sich in entgegengesetzter Polarität aufzuladen. Zu diesem Zeitpunkt kann der Motorstrom vom Anker 11 nun über den Umleitungswiderstand 22 fließen, bis der Anker 11 des Motors, der als Generator wirkt, zum Anhalten gebracht wird. Der Widerstand 22 ist nicht so groß bemessen, daß er eine dynamische Bremsung des Ankers 11 bewirkt, sondern ist nur so bemessen, daß er einen Strom weg liefert, bis die mechanische Bremse 23 die Motordrehung zum Stillstand bringt. Der Umleitungswiederstand 22 unter stützt natürlich den Bremsvorgang und ist so bemessen, daß er die Drehzahl des Motors auf weniger als die Grunddrehzahl unter Vollast begrenzt.

Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Schutzschaltung. Die in Fig. 8 dargestellte Schal tung arbeitet in ähnlicher Weise, wie die in Verbindung mit Fig. 1 dargestellte Schaltung, außer daß sie zwangsweise nur den leitenden oder die leitenden Thyristoren SCR 14a bis 14f sperrt, die mit der positiven Stromschiene DL1 verbunden sind, statt alle Thyristoren in der Brücke zu sperren. Die in Fig. 8 dargestellte Schaltung kann die Thyristoren sperren, gleichgültig wie hoch die ankommende Leitungswechselspannung ist oder welche Polarität diese Spannung hat. Das setzt jedoch voraus, daß ein Thyristor 14a bis 14f tatsächlich gesperrt werden kann und nicht in anderer Weise kurzgeschlossen oder ausgefallen ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Schutzschaltung hat einen einfacheren Aufbau als die in Fig. 8 dargestellte. Da die drei Dioden D1, D2, D3 (Fig. 8) fehlen und die Zwangssperrschaltung mit der negativen Stromschiene DL2 der Brücke 14 statt mit der Stromschiene DL1 verbunden ist.

Bei der in Fig. 8 dargestellte Schaltung wird die Zündschaltung 28 alle leitenden Thyristoren 14a bis 14f im Umrichter 14 sperren. Sollte ein Thyristor 14a bis 14f ausgefallen sein, wird der Umrichter 14 dennoch ge sperrt bleiben. Bei der in Fig. 8 dargestellten Schaltung hängt das Zeitintervall, über das die Thyristoren 14a bis 14f tatsächlich in Sperrichtung vorgespannt sind, stark von der Höhe und der Polarität der Wechselspannung auf den Leitungen L1, L2, L3 ab, da die Vorspannung in Sperrich tung gleich der augenblicklichen Spannung des Kondensators 20 abzüglich der augenblicklichen Wechselspannung ist.

Aus einem Vergleich der Schaltungen in Fig. 1 und Fig. 8 ergibt sich, daß der Umleitungsthyristor SCR1A in der Schutzschaltung von Fig. 8 durch eine Diode 34 in Fig. 1 ersetzt und mit der Anode des Thyristors SCR1 statt mit der positiven Stromschiene DL1 verbunden ist.

Fig. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Schutzschaltung, bei dem der Umleitungswiderstand 22 und der Kondensator 20 einzeln über Steuerthyristoren SCR1 und SCR1A jeweils gesteuert werden und einzeln über die Sammelleitungen DL1 und DL2 schaltbar sind. Die Arbeits weise dieser Schaltung ist jedoch ähnlich der Arbeitsweise, die in Verbindung mit den Fig. 1 und 8 beschrieben wurde.

Im folgenden wird der zeitliche Verlauf der Spannung und des Stromes erörtert, wie er in den Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellt ist. Diese Verläufe wurden über eine Computersimulation ermittelt. Eine Störung tritt zum Zeitpunkt t=1,0 ms durch einen Kurzschluß des Um richters 14 auf. Nachdem die Störung aufgetreten ist, steigt der Motorstrom nahezu linear in der in Fig. 2 dargestellten Weise an, bis er den Auslösepunkt der Schutzschaltung erreicht, der beispielsweise bei 200 A liegt. Die Schutzschaltung beginnt dann zu arbeiten und die in den Fig. 3, 4, 5 und 6 dargestellten zeitlichen Verläufe der Ströme und Spannungen sind die Ergebnisse aus der Computeranalyse, wenn der Strom des Motors 10 auf eine Sicherheitshöhe nach einer kurzen Anfangsstromspitze herabgesetzt wird.

Anschließend wurde ein prraktischer Versuch an einem Testturmkran oder Testförderturm durchgeführt, der über einen Motor mit einer Nennleistung von 100 PS angetrieben wird. Fig. 7 zeigt den sich ergebenden Spannungs- und Stromverlauf an den verschiedenen Bauteilen bei einer Schutzschaltung gemäß Fig. 1.

Wenn ein Thyristor SCR 14a bis 14f in Fig. 1 fehlgezündet wird, während das Antriebssystem arbeitet, wird das dazu führen, daß die Schutzschaltung auslöst. Dadurch wird die Umrichter brücke 14 kurzgeschlossen, was dazu führt, daß die Gleichstrombrückenspannung Null wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Der Ankerstrom beginnt dann linear nach dem Auftreten des Kurzschlusses anzusteigen, bis die Schutzschaltung auslöst, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn der Steuerthyristor SCR1 an gesteuert wird, wird der geladene Kondensator 20 in den Ankerschaltkreis geschaltet, wobei der Kondensator 20 wie eine zusätzliche Spannungsquelle wirkt, die den Strom noch schneller ansteigen läßt, wie es gleichfalls in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Effekt besteht nur für eine kurze Zeitspanne, da sich der Kondensator 20 schnell ent lädt und der Motorstrom auf eine niedrigere Höhe zurückgeht (Fig. 2). Wenn sich der Kondensator 20 in die entgegenge setzte Richtung aufzuladen beginnt, wird auch ein Strom durch den Umleitungswiderstand 22 fließen, bis der Motor 10 anhält.

Der Umleitungssteuermodul 25 und der Stromsensor 24 überwachen gemeinsam den Gleichstrom des Umrichters 14 und bestimmen sofort, wenn das System aufgrund eines Überstromes abge schaltet werden sollte.

Es versteht sich, daß der Umleitungssteuermodul 25 eine nicht dargestellte eigene Energiequelle enthält, die eine geregelte Gleichspannung auch für den Stromsensor 24 liefert.

Das einzige weitere Eingangssignal am Umleitungssteuermodul 25 neben dem Stromsignal von der Stromsensoreinheit 24 und von den Wechselstromleitungen L1, L2, L3 über den Modul 37 ist ein Ankerspannungsrückführungssignal von der Spannungs sensoreinrichtung 40. Das hat den Vorteil einer V-I Motor kennlinie, wie sie im typischen Fall bei der Hebebewegung von elektrischen Grubenbaggern zu finden ist und schematisch in Fig. 11 dargestellt ist. Wenn dieses Rückführungssignal nicht vorliegt, wird der Umleitungs-Steuermodul 25 trotzdem eine Auslösung bei einem Strompegel bewirken. Alle Eingänge und Ausgänge des Umleitungssteuermoduls 25 und des Stromsensors 24 sind mit der Ausnahme des Ankerspannungs signales von der Einrichtung 40 vollständig entweder über Reed-Relais oder optische Koppler isoliet, die nicht dar gestellt sind.

Der Umleitungssteuermodul 25 kann bei Umschaltantrieben verwandt werden, vorausgesetzt, daß er die notwendigen nicht dargestellten Komparatoren und Bezugs werte zum Wahrnehmen von Überströmen in beiden Richtungen aufweist. Wenn ein Überstrom wahrgenommen wird, wird ein geeigneter nicht dargestellter Komparator ausgelöst, wobei dieser Komparator solange ausgelöst bleibt, bis die Schutzsteuerung rückgesetzt ist. Die nicht dargestellte ent sprechende Ausgangskopplung wird dann angeschaltet und bewirkt, daß die Schutzschaltung SCR1 angesteuert wird. Wenn ein Überstrom in irgendeiner Richtung festgestellt wird, dann nimmt die Zündschaltung 28 augenblicklich alle Thyristorsteuersignale vom Umrichter 14. Gleichzeitig wird das Antriebssystem abgeschaltet.

Als ein Teil der Schutzschaltung, jedoch vorzugsweise von dem Umleitungssteuermodul 25 getrennt, ist der Impuls übertrager oder die Zündschaltung 26 vorgesehen, die tatsächlich den Thyristor SCR1 angesteuert, wenn ein Signal von der Umleitungssteuerung 25 empfangen wird. Der Umlei tungssteuermodul 25 wird die nicht dargestellte Thyristor steuerkopplung im Modul 25 anschalten, wenn eine Störung auftritt, um ein Signal in der Impulsübertragerschaltung 26 auszulösen, das für ein Zeitintervall von etwa 10 ms andauert und durch einen Transistor verstärkt und an einen Impulsübertrager gelegt wird, der mit dem Thyristor SCR1 verbunden ist.

Die Wahl des Kondensators 20 und der Spannung, auf die der Kondensator aufgeladen wird, beeinflußt die Wirkung der Schutzschaltung sehr. Wenn die Schutzschaltung angesprochen hat und nachdem die Thyristoren SCR 14a-f gesperrt sind, kann während etwa der ersten Millisekunde die Kondensatorschaltung auf die in Fig. 10 dargestellte Schaltung zum Zweck der Analyse vereinfacht werden. Der Umleitungswiderstand 22 ist in Fig. 10 nicht dargestellt, da die Analyse für ein Zeitintervall vor dem Leiten eines Stromes durch den Widerstand erfolgt.

Es ist dann möglich, die Sperrverzögerungszeit für die kommutierten Thyristoren SCR 14a-f in Fig. 1 und den Spitzenmotorstrom annähernd zu berechnen.

Für ein zuverlässiges Funktionieren der Schutzschaltung muß der Kondensator 20 eine Vorspannung in Sperrichtung über den kommutierten Thyristor für ein minimaler Zeitinter vall von im allgemeinen einigen hundert Mikrosekunden halten können. Der gewählte Konden sator und die Ladespannung müssen wenigstens groß genug sein, um dieses minimale Zeitintervall zu gewährleisten. Diese Einflußfaktoren dürfen jedoch nicht so groß gewählt werden, da sonst die resultierende Stromspitze im Motor, die sich ergibt, nachdem die Schutzschaltung angesprochen hat, einen Überschlag im Motor hervorrufen kann. Es ist darüber hinaus wirtschaftlicher, die Größe des Kondensators so klein wie möglich und die Ladespannung niedrig zu halten, um die Nennspannungen der Halbleiter klein zu halten.

Der Laplace-Ausdruck für die vereinfachte in Fig. 10 dar gestellte Schaltung ist gleich:

wobei
V die Gegen-EMK des Motors zum Zeitpunkt der Störung,
C die Kapazität der Schutzschaltung,
L die Induktivität des Ankers des Motors zuzüglich der di/dt Drosselinduktivität,
R der Widerstand des Ankers des Motors zuzüglich aller anderen Widerstände in der Schleife,
V_Co die Anfangsspannung über den Kondensator, und
i_o der Anfangsankerstrom zum Zeitpunkt der Störung
sind.

Als Funktion der Zeit ergibt sich der Strom in der Schaltung

Es ist möglich, aus der Stromgleichung als Funktion der Zeit den Spitzenankergleichstrom nach dem Ansprechen der Schutzschaltung zu bestimmen. Es ist der Schutz schaltung eigen, daß der Überstrom aufgrund der Hochspannungsquelle, die der aufgeladene Konden sator 20 darstellt, noch mehr allerdings nur für ein sehr kurzes Zeitintervall ansteigt. Die Spannung über dem Kondensator 20 fällt jedoch sehr schnell wieder ab, so daß auch der Gleichstrom sich verkleinert. Der Spitzen strom, der in der in Fig. 10 dargestellten Schaltung während einer Störung auftreten wird, ist annähernd gleich i_p. Dabei wird der Einfluß der Exponentialfunktion im Stromausdruck vernachlässigt, da die Zeit t, während der die Spitze auf tritt, sehr klein ist, so daß

Um die Sperrverzögerungszeit zu berechnen, die bei gegebenen Verhältnissen zur Verfügung steht, muß man die Kondensator spannung als Funktion der Zeit kennen. Aus der vereinfachten obigen Schaltung ergibt sich die Kondensatorspannung zu:

Nach einem Einsetzen des Stromausdruckes in die Gleichung und einer Vereinfachung ergibt sich die Kondensator spannung zu:

Die Sperrverzögerungszeit ist das Zeitintervall, in dem die Kondensatorspannung größer als die oder gleich der augen blicklichen Leitungsspannung V_AC zwischen zwei zwangsweise kommutierten Thyristoren ist. Um diese Zeit zu bestimmen, wieviel der Kondensatorspannungsausdruck gleich der Leitungsspannung zum Zeitpunkt der Störung gesetzt. Dabei werden die - und iR-Abfälle der Drossel vernachlässigt, da sie sehr klein sind.

Wenn die Störung auftritt, während der Umrichter 14 Strom rückgespeist, ist die augenblickliche Leitungsspannung negativ. Die Analyse für die Schaltung nach Fig. 10 ist nur gültig, wenn v_c (t) größer oder gleich Null ist, da sonst der Umleitungswiderstand in der Schaltung berücksichtigt werden muß. Um die schelchteste Sperrverzögerungszeit bei Stromrückgewinnung zu berechnen, wird v_c(t)=0 gesetzt. Das ist das gleiche, was zur Bestimmung der kleinsten Kondensatorgröße und kleinsten Ladespannung gemacht wurde. Es ist nicht zweckmäßig oder nützlich, die Schaltung so aus zubilden, daß sie die Sperrverzögerungszeit für eine positive Spitzenleitungswechselspannung beibehält.

Die Drossel 35, die in Reihe zum Energiespeicherkondensator 20 liegt, begrenzt das di/dt des Kondensatorentladestromes über den Schutzthyristor (SCR1 in Fig. 1), wenn dieser zuerst durchschaltet. Sie sollte so bemessen sein, daß das di/dt gerade kleiner als der maximale nicht wiederholbare Nennwert d. h.

ist. Die Wahl des Umleitungswiderstandes 22 ist allein durch die gegebene Anwendung bestimmt. Normalerweise hat der Wider stand eine derartige Größe, daß er eine Widerstandsbremsung von 1,0 Krafteinheiten (P. U.) liefert, d. h.

Die Nennverlustleistung des Widerstandes 22 muß nur ausreichen, um die Energie zu verbrauchen, mit der der Widerstand beauf schlagt wird, während die Bremse 23 die Drehung des Ankers 11 des Motors und die Energieerzeugung durch den Anker 11 des Motors beenden kann.

Claims

1. Schutzvorrichtung für einen Gleichstrommotorantrieb, bei dem der Gleichstrommotoranker (11) an einen Wechselstrom/Gleich strom-Umrichter (14) mit Thyristoren (14a-f) angeschlossen ist, dessen Zündschaltung (28) im Normalbetrieb Steuersignale zum Einschalten der Thyristoren (14a-f) in einer bestimmten Folge liefert und im Störfall die Steuersignale sperrt, mit

- einem Kondensator (20), der über eine Einrichtung (21) auf eine Spannung aufgeladen wird, die über der Ausgangsspannung des Umrichters (14) liegt,
- einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand (22) und einer Diode (34), die dem Kondensator (20) derart parallel geschaltet ist, daß der Kondensator (20) sich nicht über die Reihen schaltung (22, 34) entlädt,
- einem Steuerthyristor (SCR1), über den der Kondensator (20) und die Reihenschaltung über den Ausgang des Umrichters (14) geschaltet ist,
- einer Steuereinrichtung (25), die den Gleichstrom zum Anker (11) mißt und ein Steuersignal zum Sperren der Thyristoren (14a-f) an die Zündschaltung (28) und ein Zündsignal an den Steuerthyristor (SCR1) abgibt, wenn der Gleichstrom einen Grenzwert überschreitet,

dadurch gekennzeichnet,
daß eine Induktivität (35) zum Steuern des Entladestromes in Reihe mit dem Kondenator (20) geschaltet ist,
daß der Strom auf der Wechselstromseite des Umrichters (14) erfaßt wird,
daß eine elektro-mechanische Bremseinrichtung (23) zum Abbrem sen des Gleichstrommotors (10) vorgesehen ist, die bei Grenz wertüberschreiten des Gleichstroms durch die Steuereinrichtung (11) eingeschaltet wird, und
daß, wenn der Strom auf der Wechselstromseite einen weiteren Grenzwert überschreitet, die Steuereinrichtung (11) die Brems einrichtung (23) einschaltet und das Steuersignal und das Zündsignal abgegeben werden.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (22) über einen weiteren Steuerthy ristor (SCR1A) über den Ausgang des Umrichters (14) geschal tet ist, der gleichzeitig mit dem Steuerthyristor (SCR1) ein geschaltet wird.