DE3212321C2

DE3212321C2 - Nullstrommelder für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter

Info

Publication number: DE3212321C2
Application number: DE19823212321
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl.-Ing. 6840 Lampertheim Bergmann
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1982-04-02
Filing date: 1982-04-02
Publication date: 1986-09-25
Also published as: DE3212321A1

Abstract

Der Nullstrommelder dient zur Ermittlung von Stromnullsignalen (A) für eine Regeleinrichtung eines kreisstromfreien Doppelstromrichters (1). Die am Eingang des Doppelstromrichters (1) anstehende Wechselspannung (U ↓A ↓C) sowie die am Ausgang anliegende Gleichspannung (U ↓D ↓C) werden mittels Spannungserfassungseinrichtungen (5, 6) ermittelt. Über eine Additionsstelle (7) bzw. eine Vergleichsstelle (8) werden Summe bzw. Differenz der ermittelten Spannungen (U ↓A ↓C, U ↓D ↓C) gebildet und Spannungsbetragsmeldern (9, 10) zugeführt. Bei momentaner Abweichung der zeitlichen Vorläufe der ermittelten Spannungen (U ↓A ↓C, U ↓D ↓C) außerhalb vorgebbarer Grenz werte (x) werden Stromnullsignale (A) über ein logisches Gatter (11) an die Regeleinrichtung zur Umschaltung von einem Teilstromrichter des Doppelstromrichters (1) auf den anderen abgegeben. Doppelstromrichter dienen insbesondere zur Speisung von Gleichstrommotoren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nullstrommelder für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Nullstrommelder ist aus der DE-OS 28 27 357 bekannt. Kreisstromfreie Doppelstromrichter (Umkehrstromrichter) dienen vorzugsweise zur Speisung von Gleichstrommotoren und gestatten eine gute Regelung des Energieflusses zwischen dem Stromnetz und dem Motor. Ein Doppelstromrichter erlaubt eine sehr schnelle Momentenumkehr im Motor, weil für jede Stromrichtung und damit Momentenrichtung ein besonderer Stromrichter zur Verfügung steht. Das Umschalten von einem Teilstromrichter auf den anderen Teilstromrichter des Doppelstromrichters erfolgt mittels einer Regeleinrichtung. Die Stromrichtungsumkehr geschieht dadurch, daß zuerst der noch stromführende Teil des Doppelstromrichters stromlos gemacht und dann die Steuer- bzw. Zündimpulse des Steuersatzes auf den anderen Teil umgeschaltet werden.

Kreisstromfreie Doppelstromrichter (Umkehrstromrichter) benötigen für die störungsfreie Umschaltung von einem Teilstromrichter auf den anderen deshalb einen Melder, der den Zustand »alle Stromrichterventile (Thyristoren) sind stromlos« anzeigt. Ein Kriterium für diesen Zustand kann der Strom selbst sein. Er wird deshalb im bekannten Fall mittels eines Stromwandlers möglichst genau gemessen und der Meßwert wird einem Schwellwertschalter zugeführt. Die Schaltschwelle dieses Nullstrommelders kann dabei in Abhängigkeit der Stromhöhe und deren Änderung nachgeführt werden. Bei sehr hohen Lastimpedanzen (Motor und eventuell vorgeschaltete Drosseln) treten dabei allerdings Ungenauigkeiten auf, weil die Empfindlichkeit der Stromerfassung nicht beliebig gesteigert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nullstrommelder für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter der eingangs genannten Art anzugeben, der mit großer Genauigkeit Stromnullsignale abgibt

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst
In diesem Zusammenhang ist es bereits aus der DE-PS 12 11 326 bekannt, den Zustand der Stromlosigkeit bei einer Stromrichteranlage in Umkehrschaltung daran festzustellen, daß alle Ventilspannungen des Stromrichters dem Betrag nach größer sind als die Durchlaßspannung einer Ventilstrecke. Die Ventilspannungen werden direkt erfaßt, einer Bewertung durch Spannungsschwellen unterworfen und durch als logische Gatter wirkende Schaltungen zu einem einzigen Stromnullsignal zusammengefaßt Bei diesem bekannten Nullstrommelder ist nachteilig, daß zur direkten Messung der Spannung über den Ventilen eine direkte Verbindung der Meßanordnung mit dem Starkstromteil notwendig ist.

Bei der Erfindung werden die Ventilspannungen im Unterschied hierzu nicht direkt untersucht, wodurch Probleme mit der potentialgetrennten Informationsübertragung vermieden werden. Es werden lediglich die Augenblicks'verte von Gleich- und Wechselspannung miteinander verglichen und hieraus Stromnullsignale abgeleitet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zur Ermittlung der am Doppelstromrichter anliegenden Spannungen benötigten Spannungserfassungseinrichtungen nicht allein Bestandteil des Nullstrommelders sind, sondern die Gleichspannungs-Erfassung auch für eine Spannungsregelung und die Wechselspannungs-Erfassung auch für die Synchronisation der Impulserzeuger im Steuersatz der Regeleinrichtung des Doppelstromrichters benötigt werden. Infolge der Mitbenutzung von ohnehin für Regelungs- und Steueraufgaben vorhandenen Meßeinrichtungen ist also lediglich ein sehr geringer zusätzlicher Bauelementenaufwand zur Schaffung des erfindungsgcmäßen Nullstrommelders erforderlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen an einem Doppelstromrichter angeschlossenen Nullstrommelder,

F i g. 2 die zeitlichen Verläufe der Stromrichterein- und -ausgangsspannung.

In Fig. 1 ist ein an einem Doppelstromrichter angeschlossener Nullstrommelder dargestellt. Ein kreisstromfreier Doppelstromrichter (Umkehrstromrichter) 1 ist ausgangsseitig mit einer Wechelspannungsquelle 2 (z. B. Wechselspannungsnetz) verbunden. Dabei ist im Ausführungsbeispiel ein gesteuerter Einphasen-Vollweggleichrichter als Doppelstromrichter 1 gezeigt, die Erfindung ist jedoch ebenfalls bei einer dreiphasigen Anordnung anwendbar. Ausgangsseitig ist der Doppelstromrichter 1 über eine Drossel 3 mit einem Gleichstrommotor 4 beschaltet.

Zur Ermittlung der am Doppelstromrichter I cingangsseitig anliegenden Wechselspannung (Stromrichter-Eingangsspannung) Uac bzw. der am Doppelstromrichter 1 ausgangsseitig anliegenden Gleichspannung (Stromrichter-Ausgangsspannung) (Joe sind Spunnungserfassungseinrichtungen (Meßwertaufnehmer) 5

bzw. 6 vorgesehen. Als potentialtrennende Einrichtungen 5, 6 dienen beispielsweise Differenzverstärker mit sehr hochohmigen Eingangswiderständen, Die Wechselspannung U,\c läßt sich auch mittels eines Transformators als Einrichtung 5 erfassen.

Der Wechselspannungs-Meßwert LUc wird einer Additionsstelle 7 mit positivem sowie einer Vergleichsstelle 8 (Subtraktionsstelle) mit negativem Vorzeichen zugeleitet. Der Gleichspannungsmeßwert Udc wird sowohl der Additionsstelle 7 als auch der Vergleichsstelle 8 mit positivem Vorzeichen zugeführt. Das Ausgangssignal der Additionsstelle 7 gelangt zu einem Spannungsbelragsmelder 9, während das Ausgangssignal der Vergleichsstelle 8 einem Spannungsbetragsmelder 10 zugeleitet wird.

Ausgangsseitig sind die Spannungsbetragsmelder 9, 10 mit den Eingängen eines UND-Gatters U verbunden. Das UND-Gatter 11 liefert ausgangsseitig ein Stromnullsignal A für die Regeleinrichtung des Doppelsiromrichters 1 bei Vorliegen zweier »1 «-Signale an seinen Eingängen.

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Nullstrommelders sind in F i g. 2 die zeitlichen Verläufe der Stromrichter-Eingangsspannung Uac (Wechselspannung) und der Stromrichter-Ausgangsspannung Udc (Gleichspannung) gezeigt. Die zur Wechselspannung Uac gehörige Umkehrspannung — Uac ist gestrichelt dargestellt. Der zeitliche Verlauf der Gleichspannung (Joe deckt sich in den Zeitabschnitten t\ < t < t2 bzw. h < t < U weitgehend (d. h. innerhalb vorgebbarer Grenzwerte) mit dam zeitlichen Verlauf der Wechselspannung Uac bzw. deren Umkehrspannung. In diesen Zeitabschnitten führen die Stromrichterventile des Doppelstromrichters 1 Strom. In den übrigen Zeitabschnitten fo < f < fi bzw. i₂ < l< ti bestimmt nicht die Wechselspannung Uac bzw. deren Umkehrspannung, sondern die Last (Drossel 3/Gleichstrommotor 4) den zeitlichen Verlauf der Gleichspannung LOc- Diese stromlosen Zeitabschnitte sind durch folgende Aussage gekennzeichnet: Die Gleichspannung LOc unterscheidet sich deutlich von der Wechselspannung L^cbzw. deren Umkehrspannung.

Zur Ermittlung von Übereinstimmungen bzw. Abweichungen zwischen den Spannungen Uac, —Uac und Udc dienen die Additionsstelle 7, die Vergleichsstelle 8 sowie die jeweils nachgeschalteten Spannungsbetragsmclder 9,10. Die Additionsstelle 7 bildet die Differenz

U_1x-(-Uac)= Udc+Uac

Weist diese Differenz einen Wert innerhalb vorgebbarer Grenzwerte x(nahe Null) auf, d. h.

so gibt der Spannungsbetragsmelder 10 eine logische »1« ausgangsseitig ab. Das nachgeschaltete UND-Gatter 11 gibt ausgangsseitig eine logische »0« ab, falls die Stromrichterventile des Doppelstromrichters 1 Strom führen und es gibt eine logische »1« ab, d. h. ein Stromnullsignal, falls die Stromrichterventile stromlos sind. Der stromlose Zustand A = 1 (Stromnullsignal) ist also gegeben, falls beide Differenzen Udc—Au und Udc — (—Uac) gleichzeitig betragsmäßig ausreichend groß sind, d. h. den vorgegebenen Grenzwert überschreiten.

In F i g. 1 ist eine weitere Ausführungsvariante angedeutet, bei der zwei komplementäre Spannungsbetragsmelder 9', 10' sowie ein ODER-Gatter 11' eingesetzt sind. Die Bauteile 9, 10, 11 entfallen hierfür. Der stromlose Zustand ist bei dieser Variante bei A'=0 (Stromnullsignal) gegeben.

Die Stromnullsignale A, A 'werden jeweils der Regeleinrichtung für den Doppelstromrichter 1 zugeführt und ermöglichen eine störungsfreie Umschaltung von einem Teilstromrichter auf den anderen.

-A"

UaC<

so gibt der Spannungsbetragsmelder 9 eine logische »0« ausgangsseitig ab. Unterschreitet bzw. überschreitet diese Differenz Udc—(— U_Ac) die Grenzwerte — χ bzw. x, so gibt der Spannungsbetragsmelder 9 eine logische »1« ausgangsseitig ab. Die Vergleichsstelle 8 bildet die Differenz Udc—Uao Weist diese Differenz einen Wert innerhalb vorgebbarer Grenzwerte χ (nahe Null) auf, d.h.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

60

- χ < U_n

X,

so gibt der Spannungsbetragsmelder 9 eine logische »0« ausgangsseitig ab. Unterschreitet bzw. überschreitet diese Differenz LOc—U_Ac die Grenzwerte —x bzw. x.

65

Claims

Patentansprüche:

1. Nullstrommelder für eine Regeleinrichtung eines kreisstromfreien Doppelstromrichters zur Ermittlung von Stromnullsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungserfassungseinrichtungen (5,6) zur Ermittlung der am Eingang des Doppelstromrichters (1) anstehenden Wechselspannung (Vac) sowie der am Ausgang des Doppelstromrichters (1) anliegenden Gleichspannung (Udc) vorgesehen sind und daß diese Spannungserfassungseinrichtungen (5, 6) ausgangsseitig mit einer Additionsstelle (7) und einer Subtraktionsstelle (8) mit jeweils nachgeschalteten Spannungsbetragsmeldern (9, 10; 9', 10') zur Bildung und Bewertung von Spannungsdifferenzen verbunden sind, wobei Stromnullsignale (A, A') bei momentaner Abweichung der zeitlichen Verläufe der ermittelten Spannungen (Uao Udc) außerhalb vorgebbarer Grenzwerte (x) über ein logisches Gatter (11,11') abgegeben werden.

2. Nullstrommelder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Einsatz eines UND-Gatters (11) als logisches Gatter.

3. Nullstrommelder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Einsatz eines ODER-Gatters (W) als logisches Gatter.

4. Nullstrommelder nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Einsatz von hochohmigen Differenzverstärkern als Spannungserfassungseinrichtungen (5,6).