DE3318134A1 - Schutzschaltung fuer wechselrichter-leistungstransistoren - Google Patents

Description

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Schutzschaltung für Wechselrichter-Leistungstransistoren

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung oder -anordnung für Leistungstransistoren, die im Ausgangsteil (Endstufe) eines Wechselrichters (inverter) angeordnet sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Wechselrichter für Hochleist.ungsanlagen, nämlich für die Speisung eines Wechselstrommotors in einer Aufzug- oder Fahrstuhlanlage.

Die an sich bekannten Wechselrichter können zur Speisung eines Wechselstrommotors eine Wechselspannung aus einer Gleichspannung von z.B. einem Sammler erzeugen. Da ein Wechselrichter eine Halbleitervorrichtung darstellt, ist er einer offensichtlichen Einschränkung unterworfen, und zwar bezüglich der Stromführungsleistung seiner Ausgangsschaltung (Endstufe). Obgleich Wechselrichter verbreitet für die Speisung von Wechselstrommotoren eingesetzt werden, werden sie aus dem genannten Grund bei Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlagen nicht eingesetzt, weil dabei die Motorströme außerordentlich groß sind (z.B. unter Anfahr- und Anhaltebedingungen); die verfügbaren Leistungstransistoren sind nämlich nicht in der Lage, die Stromerfordernisse bei Fahrstuhlanlagen zu erfüllen, bei denen die Ströme zu bestimmten Zeiten außerordentlich groß sein können.

Fortschritte in der Transistortechnologie ermöglichen es

jedoch derzeit, einen Wechselrichter mit Ausgangs- oder Endstufen zu konstruieren, welche die für eine Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlage erforderlichen Ströme zu führen vermögen, so daß die Verwendung eines solchen Wechselrichters in einer Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlage ins Auge gefaßt werden kann, und zwar speziell für einen bestimmten Verwendungszweck, nämlich für einen Wechselstromantrieb variabler Frequenz.

Einfach ausgedrückt, liefert ein frequenzveränderlicher Antrieb Signale zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters in der Weise, daß dieser ein Ausgangssignal liefert, dessen Frequenz und Größe variieren, um den Motorbetrieb zwecks Aufrechterhaltung einer bestimmten Drehzahl-, Drehmoment und Schlupf-Beziehung zu steuern. Eine solche Motorsteuerung kann für einphasige und mehrphasige Elektromotoren benutzt werden. Obgleich nicht einfach zu konstruieren, ist eine entsprechende Motorsteuerung in der DE-OS 33 10 555.3 beschrieben.

Wie zu erwarten, sind die derzeit erhältlichen, für die Verwendung bei einem Wechselrichter in einer Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlage geeigneten Leistungstransistoren so teuer, daß ihr Auswechseln, wenn sie aus irgendeinem Grund während des Betriebs ausfallen, wenig günstig erscheint. Die Leistungstransistoren sollten daher keiner eine Beschädigung herbeiführenden Verlustleistung ausgesetzt werden, beispielsweise in einer Betriebsart, bei der die Kollektorspannung oberhalb der Sättigungs-

OQ spannung liegt. Ein störender Faktor liegt darin, daß selbst der Ausfall auch nur eines solchen Transistors in der Wechselrichter-Endstufe kaskadenartig zu einem Ausfall mehrerer Transistoren führen und dabei, kurz gesagt, eine aufwendige Reparatur bedingen kann.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaf-

fung einer Schutzschaltung für Wechselrichter-Leistungstransistoren, welche die Verwendung solcher Leistungstransistoren in einem Wechselrichter für eine Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlage erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Wechselrichter durch einen Impulsbreitenmodulator gespeist, der Signale zur Steuerung (drive) seines Ausgangs (Endstufe) zwecks Erzeugung von Impulsen abnimmt, welche die Wechselrichter-Ausgangsoder -Endstufen zur Erzeugung eines sinusförmigen Wechselrichter-Ausgangssignals ansteuern (drive), das wiederum einen Wechselstrommotor speist (powers). Zu diesem Zweck liefert der Impulsbreitenmodulator ein Grund-Ansteueroder-Treibersignal, das einen entsprechenden Leistungstransistor im Wechselrichter ansteuert (drives) und bei dessen Erzeugung die Spannung über Kollektor und Emitter des Ausgangstransistors während einer festen Zeitdauer unabhängig (getrennt) abgegriffen bzw. gemessen wird. Wenn die Spannung innerhalb dieser Zeitspanne nicht auf die Transistor-Sättigungsspannung abfällt, zeigt dieser Zustand eine Störung an, die ein spezielles Problem beim Ausgangstransistor darstellt. Daraufhin wird ein Signal erzeugt, das der Fahrstuhl-Antriebssteuerung zugeliefert wird und den Impulsbreitenmodulator zur Beendigung der Lieferung des Treibersignals deaktiviert, wodurch wiederum der Wechselrichter deaktiviert wird, so daß dieser dem Motor kein Ausgangssignal mehr liefert. Die Antriebssteuerung (motion controller) benutzt dieses Störsignal zur Einleitung von Sicherheits-Anhaltesequenzen in der Fahrstuhlanlage, z.B. zum Betätigen der Bremsen, um die Kabine sanft zum Stillstand zu bringen.

Sobald der Transistor den Sättigungspunkt erreicht hat, wird erfindungsgemäß außerdem die Spannung zwischen Kollektor und Emitter ständig abgegriffen; wenn diese Spannung über den Sättigungspunkt des Transistors zu steigen beginnt, wird das Störsignal (oder auch Fehlersignal) erzeugt.

Wenn der Motor angehalten wird, wird ihm zudem kein Strom eingespeist; die Antriebssteuerung fordert dabei einen Betrieb des Motors an, so daß eine Prüfsequenz oder -folge eingeleitet wird. Wenn die Antriebssteuerung einen Motorbetrieb anfordert, wird der Impulsbreitenmodulator für eine kurze Zeitspanne unabhängig aktiviert. Falls jedoch nach dieser kurzen Zeitspanne eine Störung festgestellt wird, wird wiederum das Störsignal zum Deaktivieren des Impulsbreitenmodulators geliefert. Als Ergebnis wird der Wechselrichter nicht tatsächlich eingeschaltet. Mit anderen Worten: wenn genau zu diesem Zeitpunkt - zu dem ein Motorbetrieb verlangt wird - eine Störung festgestellt wird, wird der Wechselrichter abgeschaltet.

Durch diese Sequenz kann eine etwaige, möglicherweise beim Anfahren des Motors auftretende Beschädigung des Wechselrichters aufgrund der sehr kurzen Betriebszeit bei einem Anfahrversuch vermieden werden. Außerdem wird dadurch die Kabine an einem Verlassen des betreffenden Stockwerks beim Vorliegen eines Problems (einer Störung) gehindert.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Fahrstuhl-Antriebsanlage, bei welcher ein Motor durch einen von einem Sammler gespeisten Wechselrichter gespeist und die Arbeitsweise des Wechselrichters durch einen Impulsbreitenmodulator gesteuert wird, dessen Be-

trieb wiederum auf erfindungsgemäße Weise ge

steuert wird,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Wechselrichters, 5

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Impulsbreitenmodulators zur Steuerung des Wechselrichterantriebs für eine Motorwicklung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Basistreibers (base drive) mit entsprechender Stromversorgung und Störungsdetektor, die im Wechselrichter angeordnet sind, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer bei der Anlage nach Fig. 1 vorgesehenen logischen Schutzschaltung zur Erfassung einer Störung in einem der Basistreiber (base drives) und zur Lieferung einer den Impulsbreitenmodulator speisenden Spannung, deren Zufuhr bei Feststellung einer Störung be

endet wird.

Fig. 1 veranschaulicht eine Fahrstuhlanlage als Anwendungsbeispiel für die Erfindung. Dabei wird eine Fahrstuhl-Kabine 10, die mit einem Gegengewicht 12 verbunden ist, durch einen Motor 14 angetrieben. Ein Drehzahlgeber 17 erfaßt den Motorbetrieb und liefert ein Drehzahl und Drehrichtung des Motors angebendes Signal TACH1.

Der Motor 14 wird von einem Wechselrichter 16 gespeist, der seinen Strom bzw. seine Spannung +V, -V von einem Sammler 15, d.h. tatsächlich einer Sammlerbatterie erhält, welche eine für den Betrieb des Motors erforderliche hohe Spannung von typischerweise etwa 200 V liefert. Der verwendete Motor 14 ist ein Dreiphasen-Induk-

tionsmotor, der mit einer Dreiphasenspannung vom Wechselrichter gespeist wird (obgleich ersichtlicherweise auch eine Einphasenanordnung verwendet werden kann). Der Wechselrichter wird zur Steuerung oder Regelung von Frequenz und Größe dieser Spannung angesteuert; eine frequenzveränderliche Treibereinheit (drive) für diesen Zweck ist in der eingangs erwähnten DE-OS beschrieben.

Der Wechselrichter 16 nimmt von einem Impulsbreitenmodulator (PWM) 18 Ausgangssignale ab, welche das Ausgangssignal vom Wechselrichter zum Motor steuern, um z.B. ein frequenzveränderliches Ausgangssignal zu liefern. Der Ausgang des Impulsbreitenmodulators besteht tatsächlich aus drei Phasensignalpaaren Phase 1a, 1b, Phase 2a, 2b, Phase 3a, 3b (bzw. PW1A, 1B - PW 3A, 3B), die jeweils den Wechselrichter zur Lieferung von Spannung (oder Strom) für die Speisung des Motors 14 ansteuern. Jedes dieser Signalpaare steuert tatsächlich zwei Transistoren, die im Basistreiber in Gegentaktkonfiguration angeordnet sind, um Spannung und Strom zu einer Motorwicklung W1, W2, W3 (Fig. 2) zu liefern. Der Impulsbreitenmodulator 18 wird durch eine Motorsteuerung 20 gesteuert, die ein Motorsteuersignal MS zur Steuerung jedes Phasensignalpaars liefert und die den Betrieb des Impulsbreitenmodulators so steuert oder führt, daß der Motor die gewünschte Drehzahl- und Drehmomentcharakteristik für die vorgesehene Leistung der Fahrstuhlanlage liefert. Die Motorsteuerung 20 wird durch das Ausgangssignal PROF1 eines Profilgenerators 21 gesteuert, d.h. einer in der Aufzug- oder Fahrstuhltechnologie an sich bekannten Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Leistungseigenschaften des Motors zwecks Gewährleistung der gewünschten Beschleunigungs- oder Verzögerungskennlinie. Der Profilgenerator 21 nimmt seinerseits eine Anzahl von Signalen von einer ebenfalls an sich bekannten Bewegungs- oder Antriebssteuereinheit 22 ab, um

den Betrieb des Motors in Abhängigkeit von Anlagenanforderungen zu steuern, die der Antriebssteuerung 22 von der ebenfalls an sich bekannten Gesamt-Anlagensteuerung 24 gemeldet werden. Letztere nimmt die Anforderungen, Kabinen- und Hallenrufe (z.B. von Drucktastenschaltern) ab und erzeugt Steuersignale, die der Antriebssteuerung zugeführt werden, um den Profilgenerator für die gewünschte, diesen Anforderungen genügende Kabinenleistung anzusteuern.

Das Signal TACH1 vom Drehzahlgeber 17 wird der Antriebssteuerung, dem Profilgenerator und der Motorsteuerung eingespeist, um eine Motor-Rückkopplungs(Steuer)fähigkeit bzw. eine Regelschleifen-Motorsteuerung zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird der Betrieb bzw. die Arbeitsweise des Wechselrichters durch eine logische Schutzschaltung (PL) 30 erfaßt bzw. abgegriffen, die auf spezielle Weise an den Wechselrichter 16 angeschlossen ist: Der Stromfluß erfolgt von der Schutzschaltung 30 über eine Leitung 30A zum Wechselrichter, sodann in Reihe über mehrere Stördetektoren (FD) und hierauf über Leitung 30B zurück zur Schutzschaltung 30. Wenn einer der Stördetektoren (von denen je einer für jeden Transistor T vorgesehen ist) eine Störung (oder einen Ausfall) seines zugeordneten Transistors anzeigt, wird diese Reihenschaltung unterbrochen. Dies führt zur Aufhebung eines logischen Schutzsignals PLS, das dem Impulsbrextenmodulator zugeliefert wird und diesen speist. Wenn dieses Signal nicht anliegt, wird die Stromzufuhr zum Impulsbreitenmodulator abgeschaltet, so daß auch die Ansteuerung des Wechselrichters durch den Impulsbreitenmodulator beendet wird. Infolgedessen wird ersichtlicherweise die Ansteuerung des Wechselrichters beendet und damit sein weiterer Be-

trieb verhindert (wodurch in den meisten Fällen die Störung behoben wird). Das Signal PLS wird auch der Antriebssteuerung zugeführt, jedoch um diese für die entsprechende Steuerung des Kabinenbetriebs zu aktivieren. Wenn beispielsweise eine Störung in dem Augenblick auftritt, in welchem sich die Kabine eben in Bewegung setzt, können sich die Türen öffnen, so daß die Fahrgäste die ausgefallene Kabine verlassen können, während die Bewegung der Kabine selbstverständlich verhindert wird. Falls die Störung bei Aufwärts- oder Abwärtsfahrt der Kabine auftritt, wird ein Nothalt mit Bremsvorgang und Verlangsamung eingeleitet.

Die Spannungen (+V, -V) an den Wechselrichter-Transistoren (über CE- bzw. Kollektor/Emitter-Verzweigung) sind hoch (vom Sammler), und der Basistreiberkreis (z.B. 16b) sowie der FD- bzw. Stördetektorkreis werden daher über eine getrennte Stromversorgung getrennt gespeist. Diese Stromversorgung enthält einen vom Sammler 15 gespeisten Oszillator 40 zur Lieferung eines Trägersignals, das einer Stromversorgung (PS) 42 zugeführt wird, die aus einem Transformator und einem Brückengleichrichter zur Lieferung des Stördetektor- und des Basistreiberstroms besteht. Das Ausgangssignal dieser Stromversorgung wird den Steuerschaltungen 18, 20 21, 22, 30 zugeführt, während der Wechselrichter selbst durch den Sammler 15 gespeist wird. (Gemäß der genannten DE-OS wird der Sammler durch ein Ladegerät 19 aufgeladen, wobei der Wechselrichter unter bestimmten Kabinen-Betriebsbedingungen Strom in den Sammler rückspeist. Die Verwendung des Oszillators 40 trennt den Impulsbreitenmodulator 18, die Schutzschaltung 30 und den Wechselrichter 16 von den anderen Einheiten der Anlage, beispielsweise der Motorsteuerung 20) .

Der in Fig. 2 dargestellte und in Fig. 3 im einzelnen veranschaulichte Impulsbreitenmodulator umfaßt tatsächlich drei "Kanäle", die jeweils tatsächlich einen eigenen Impulsbreitenmodulator bilden. Der Ausgang jedes Kanals enthält zwei Signale, die jeweils an die Basis eines getrennten Transistortreibers im Wechselrichter angelegt werden. Dem getrennten Treiber (drive) ist eine FD- bzw. Stördetektoreinheit (bzw. -einheiten) zugeordnet, deren getrennter Ausgang (Optotrenner) von der logischen Schutzschaltung über die Leitung 3OA Strom abnimmt. Der Strom fließt somit über die Leitung 3OA zur Stördetektoreinheit A sowie zu Stördetektoreinheiten B - F und schließlich von der letzten Einheit F über die Leitung 3OB zur Schutzschaltung zurück. Die Stördetektoreinheit unterbricht diesen Stromfluß, wenn sie eine Störung am zugeordneten Transistor T erfaßt. Jeder Transistor T wird durch einen entsprechenden Treiber (drive) (in Fig. 4 im einzelnen dargestellt) angesteuert. Jeder Abschnitt des Impulsbreitenmodulators 18, d.h. jede einzelne Impulsbreitenmodulatoreinheit 18A, liefert mithin, zwei Signale (z.B. PW1A, PW1B), die jeweils zu einem Treiber (z.B. 16A, 16B) geleitet werden. Jedes dieser Signale ist ein Impuls, dessen Dauer der Größe des sinusförmigen Eingangssignals proportional ist (Dauer = F (Sinus Co (t)) , um den Transistor T durchzuschalten und zu sperren, so daß sein mittleres Ausgangssignal sich sinusförmig ändert. Die Motorwicklungen W1 - W3 sind jeweils zwischen Kollektor und Emitter eines Transistorpaars P angezapft. Das Treibersignal (drive) von jedem Impulsbreitenmodulator erzeugt eine Gegentaktwirkung zwischen den +V- und -V-Versorgungen, wobei der resultierende Strom im Transistor sinusförmig ist.

Fig. 3 zeigt eine der Impulsbreitenmodulatoreinheiten, nämlich die zur Lieferung der Signale PW1A und PW1B. Das

flat.· Signal MS wird dem einen Eingang eines Komparators 42 aufgeprägt, dessen anderer Eingang ein Dreieckssignal ST von einem Funktionsgenerator (FG) abnimmt. Das vom Komparator 42 auf einer Leitung 42a gelieferte Ausgangssignal ist eine Impulsreihe, deren Dauer entsprechend der Amplitude des Signals MS variiert, d.h. einem Sinuswellensignal (mit Sinus ω (t)). Diese Ausgangsimpulse des Komparators 42 werden über eine Totzeitschaltung (DT) 44 zu einem Verstärker (A) 46 geliefert, um ein Signal PW1A in Form einer Impulsreihe zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Komparators 42 wird auch zu einem Inverter 48, zu einer weiteren Totzeitschaltung 50, die an ihrem Ausgang ebenfalls Impulse liefert, deren Größe zeitlich als Funktion des Signals MS variiert, und zu einem weiteren Verstärker 52 geliefert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 52, grundsätzlich das Reziprok des Ausgangssignals vom Verstärker 46, stellt das Signal PW1B dar. Der Zweck der Totzeitschaltungen besteht darin, ein ' gleichzeitiges Durchschalten der beiden Transistoren eines Paars P zu verhindern. Die vorstehende Beschreibung gilt grundsätzlich für eine an sich bekannte Impulsbreitenmodulatorschaltung zur Lieferung zweier inverser, impulsbreitenmodulierter Signale. Jedes dieser Signale wird einem der Treiber zugeführt, und zwei dieser Signale (z.B. PW1A oder PW1B) bilden das Treibersig^alpaar (driving pair) zur Ansteuerung des Transistorpaars P im Gegentaktbetrieb.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Impulsbreitenmodulator ist zu beachten, daß der Strom für den Komparator 42 und die Totzeitschaltungen 44, 50 sowie den Inverter 48 von einer festen bzw. Feststromversorgung (z.B. einer Gleichstromversorgung) geliefert wird. Die Stromzufuhr zu den Ausgangspuffer-Verstärkern 46 und 52 besteht dagegen aus dem Signal PLS, das von der logischen Schutzschaltung 30

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geliefert wird. Wie erwähnt, wird in einem Störungszustand die Lieferung des Signals PLS beendet, und infolgedessen werden die Puffer-Verstärker 46 und 52 abgeschaltet bzw. deaktiviert, so daß die die Transistorpaare ansteuernden Signale nicht mehr anliegen und damit die Ansteuerung abgeschaltet ist. Dies stellt eine Schutzmöglichkeit bei der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Im folgenden ist die Erzeugung eines Störsignals (FAULT) beschrieben, welches die Lieferung des Signals PLS beendet.

Fig. 4 zeigt eine(n) der Treiber(stufen) (drives) zur Ansteuerung eines der Transistoren und seines zugeordneten Stördetektors. Das Ansteuer- oder Treibersignal, in diesem Fall das Signal PW1A, wird zu einem optischen Trenner 60 geleitet, dessen Ausgangssignal einen Schmitt-Trigger 62 zur Formung der Ausgangswellenform des optischen Trenners ansteuert. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 62 wird dem einen Eingang einer Torschaltung sowie einem invertierenden Verstärker (A) 66 aufgeprägt. Die Störsignale auf den Leitungen 30A und 30B durchlaufen eine Schaltung 68, die den Transistor eines an sich bekannten Trenners bildet, der angesteuert wird, um je nach dem Zustand des Eingangssignals auf einer Leitung 68A den Strom über den Transistor 68 zwischen den Leitungen 30A und 30B fließen zu lassen. Das Eingangssignal auf der Leitung 68A liegt am Ausgang eines Flip-Flops an, der auch an den anderen Eingang der Torschaltung 64 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal der Torschaltung wird einem Treiber-Verstärker 72 zugeführt, welcher die nötige Basisansteuerung (base drive) bewirkt, um einen Stromfluß über den Transistor T hervorzubringen. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers hängt ersichtlicherweise vom Ausgangssignal der Torschaltung 64 ab, das seinerseits eine Funktion des Signalpegels auf der Leitung 64A

ist. Wenn der Pegel auf der Leitung 64A hoch ist, wird das Signal vom Trigger bzw. Wellenformer 62 durch die Torschaltung 64 sowie den Puffer-Verstärker 72 durchgeschaltet; um den Transistor T als Funktion des Signals PW1A anzusteuern. Bei einem niedrigen Signalpegel auf der Leitung 64A sperrt dagegen die Torschaltung 64, so daß sie kein Signal zum Durchschalten und Sperren des Transistors durchläßt und infolgedessen die Wicklung W1 nicht mit Strom beschickt wird. Wenn das Signal auf der Leitung 64A niedrig ist, laßt außerdem der optische Trenner den Transistor in der Schaltung 68 sperren, wobei der Stromfluß auf den Leitungen 3OA und 3OB unterbrochen und damit das Vorliegen einer Störung angezeigt wird. Das Signal auf der Leitung 64A ist eine Funktion des Betriebszustands des Flip-Flops 70, dessen Rücksetzeingang mit einem Komparator 72A verbunden ist, dessen einer Eingang an eine Verzweigung zwischen einem Widerstand 74 und einem Kondensator 76 angeschlossen ist, während der andere Eingang mit einer Teilerschaltung 78 verbunden ist, die ihrerseits an die positive Stromversorgung angeschlossen ist. Die Stördetektorschaltung enthält weiterhin einen Schalter 80, welcher die über den Kondensator 76 anliegende Spannung steuert. Der Zustand (die Stellung) des Schalters 80 hängt vom Ausgangssignal der Torschaltung 64 ab: Wenn das Signal PWO zuerst (erstmals) an den optischen Trenner 60 angelegt wird, öffnet das resultierende Ausgangssignal der Torschaltung 64 den Schalter. Das Ausgangssignal des Wellenformers 62 wird gleichfalls über die beiden Verstärker 66 und 67 geleitet und dann an die Setzklemme des Flip-Flops angelegt. Infolgedessen geht das Ausgangssignal des Flip-Flops auf den hohen Pegel über, so daß das Signal PW1A weiter über die Torschaltung 64 übertragen werden kann. Als Ergebnis beginnt die über den Transistor T anliegende Spannung abzufallen, wenn der Transistor durchzuschalten beginnt. Gleichzeitig beginnt sich der Kondensator 76 über den

•/IS-· Widerstand 74 aufzuladen. Zwischenzeitlich steigt die Spannung an der Verzweigung zwischen Widerstand und Kondensator als Funktion der PC-Zeitkonstante an. Die Spannung über den Transistor fällt tatsächlich schnell ab, bis der Transistor voll durchgeschaltet ist. Die zwischen Kollektor und Emitter anliegende Spannung kann fortschreitend von 200 V auf etwa 2 V abfallen; dieser Wert liegt unter der durch die Teilerschaltung 78 am Komparator 72 gesetzten Bezugsspannung (z.B. 5 V).

Gleichzeitig mit dem Durchschalten des Transistors lädt sich jedoch der Kondensator 76 auf, und solange seine Spannung niedriger bleibt als die Spannung der Teilerschaltung, was bedeutet, daß sich der Transistor wie vorgesehen verhält, ändert sich der Zustand des Komparators 72 nicht, so daß sich auch der Zustand (stage) des Flip-Flops 70 nicht ändert. Das Ausgangssignal wird daher weiter über die Torschaltung 64 zum Verstärker 72 übertragen. Falls dagegen die Kondensatorspannung die von der Teilerschaltung gelieferte Spannung übersteigt, wird hierdurch angezeigt, daß der Transistor nicht schnell genug durchgeschaltet hat (in der durch die Aufladezeit des Kondensators 76 wiedergegebenen erforderlichen Zeitspanne) , so daß der Komparator daraufhin seinen Zustand ändert. Dabei wird das Flip-Flop rückgesetzt; dies hat eine Änderung des Zustands auf der Leitung 64A, ein Sperren der Torschaltung 64 und die Beendigung der Ansteuerung (der Lieferung des Treibersignals) des Transistors T zur Folge. An diesem Punkt wird unter Entladung des Kondensators 76 auch der Schalter 80 betätigt. Diese Zustandsänderung auf der Leitung 64A zeigt eine Störung an: Der Transistor hat nicht innerhalb der erforderlichen Zeitspanne durchgeschaltet. Dieser Zustand wird durch die Unterbrechung des Stromflusses auf den Leitungen 30A und 30B zur logischen Schutzschaltung rückgemeldet.

-Ad- Die Stördetektor- oder -meldeschaltung spricht auch auf das Vorhandensein des Signals PW1A an. Das Ausgangssignal des Wellenformers 62 (Schmitt-Trigger) wird über den Verstärker 66 dem Komparator (CP) 67 eingespeist, welcher das Flip-Flop 70 setzt, wenn das Ausgangssignal des Wellenformers 62 einen "Durchschalt"-Befehl angibt.

Eine andere Prüfung erfolgt während des Normalbetriebs (normal drive). Wenn angenommen wird/ daß der Treiber (drive) einwandfrei arbeitet und während dieser "Durchschaltsequenz" (während sich der Kondensator auflädt) keine Störung festgestellt worden ist, lädt sich der Kondensator auf die Sollspannung (von typischerweise etwa 4 V) auf, und er hält diese Spannung. Wenn bei durchgeschaltetem Transistor die Kollektorspannung anzusteigen beginnt, steigt das Eingangssignal am Komparator 72A an; wenn die Spannung am Kondensator überschritten wird, ändert der Komparator 72A seinen Zustand unter Rücksetzung des Flip-Flops 70, wodurch die Basisansteuerung (base drive) beendet und der Stromfluß auf den Leitungen 30A und 30B unterbrochen wird.

Fig. 5 veranschaulicht die logische Schutzschaltung (PL). Diese weist eine positive Spannungsversorgung, welche die Leitung 3OA über einen Widerstand 88 mit Strom bzw. Spannung speist, sowie die Leitung 3OB auf, die innerhalb der Schutzschaltung zu Masse zurückgeführt ist. Die Spannung auf der Leitung 3OA wird einer Triggerstufe 90 eingespeist, deren Ausgangssignal einem Inverter 92 eingespeist wird. Das Ausgangssignal des Inverters wird dem einen Eingang einer Torschaltung 94 aufgeprägt, deren andere Eingänge mit anderen Störungsquellen in der Anlage verbunden sind (die nicht näher beschrieben sind und z.B. den Zustand des Reglers, die Sicherung oder die Beleuchtung betreffen). Wenn der Strom-

fluß auf der Leitung 3OA infolge eines Störzustands an einem der Stördetektoren unterbrochen wird, steigt die Spannung am Eingang der Triggerstufe 90 an, so daß am Ausgang der Torschaltung 94 ein Signal erscheint. Dieses Ausgangssignal wird einem Flip-Flop 96 aufgeprägt, und die Zustandsänderung dieses Ausgangssignals der Torschaltung 94 führt zum Rücksetzen des Flip-Flops 96. Dessen Setzklemme ist mit dem Ausgang eines monostabilen Multivibrators (MS) bzw. einer Verzögerungsstufe 98 verbunden, der von der Motorsteuerung ein EIN/AUS-Signal abnimmt, das tatsächlich über einen optischen Trenner geliefert wird, der zur Trennung der logischen Schutzschaltung von den restlichen Abschnitten der Anlage aus Sicherheitsgründen und zur Störsignalunterdrückung vorgesehen ist. Wenn dieses EIN/AUS-Signal, das ein Einschalten der Stromzufuhr anzeigt, anliegt, geht der monostabile Multivibrator (MS) 98 auf den hohen Zustand über, wodurch das Flip-Flop gesetzt wird. Das Ausgangssignal des Trenners 100 wird auch der Torschaltung 102 zugeführt, die in Abhängigkeit vom hohen Signal vom Flip-Flop sowie vom hohen Signal am Ausgang des Trenners 100 den Schalter 104 aktiviert. Dieser Schalter schaltet die positive Spannung zur Lieferung der Spannung PLS an, d.h. er speist die Ausgänge der Impulsbreitenmodulatoren (Fig. 3). Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 98 bleibt während einer kurzen Zeitspanne auf dem hohen Pegel. Aufgrund dieser Verzögerung können die Transistoren angesteuert werden. Schließlich geht der Ausgang des monostabilen Multivibrators (MS) auf Null über; die Setzklemme des Flip-Flops 96 wird daher auf Null zurückgeführt. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf das Ausgangssignal des Flip-Flops, so daß das Signal PLS weiter geliefert wird. Wenn jedoch der monostabile Multivibrator bei niedrigem Rücksetz-Eingangssignal abschaltet, ändert das Flip-Flop den Zustand unter Sperrung der

. /ftf· Torschaltung 102, die ihrerseits den Schalter 104 deaktiviert und die Lieferung des Signals PLS beendet. Die Wirkung dieser Prüfung besteht darin, daß die Treiber (drives) für eine kurze Zeitspanne betätigt werden; falls jedoch nach dieser Zeitspanne eine Störung festgestellt wird, wird die Lieferung des Signals PLS beendet. Das Auftreten einer Störung an einem der anderen Eingänge der Torschaltung 94 hat ersichtlicherweise dasselbe Ergebnis. Beim Vorliegen einer Störung werden das Flip-Flop übersteuert und die Lieferung des Signals PLS beendet. Der Betrieb des monostabilen Multivibrators bietet mithin eine anfängliche Prüfung unmittelbar zu Beginn des Anfahrens des Motors oder der Stromzufuhr zum Impulsbreitenmodulator, während durch den Betrieb des Schmitt-Triggers 90 und der zwischen diesem und dem Flip-Flop-Rücksetzeingang 96 angeordneten Schaltkreise der Betrieb nach dieser kurzen Zeitspanne gesteuert werden soll, um eine Störung im Normalbetrieb festzustellen. Dieses zweistufige Vorgehen ist deshalb erforderlich, weil beim Anfahren scheinbar widersinnige oder belanglose Störungen vorliegen können, bei denen die Anlage nicht stillgelegt werden soll.

Ersichtlicherweise kann die Erfindung ganz oder teilweise mittels eines Rechners, z.B. eines Mikroprozessors, realisiert werden, der für die Durchführung der verschiedenen Prüfungen im Laufe des im Betrieb der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung durchgeführten Verfahrens programmiert ist. Dem Fachmann sind zudem verschiedene weitere Änderungen und Abwandlungen offensichtlich.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   f 1.J Schutzschaltung für Wechselrichter-Leistungstransistoren bei einer Anlage mit einem Motor/ einem einen oder mehrere Ausgangs- bzw. Endstufen-Leistungstransistoren aufweisenden Wechselrichter zur Speisung des Motors und einer Wechselrichtersteuerung zur Lieferung eines Ansteuer- oder Treibersignals (drive signal) für die (den) Leistungstransistor(en)/ dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung Strom zu einem Abschnitt der Wechselrichtersteuerung liefert und die Stromzufuhr zum Abschalten der Transistoransteuerung in Abhängigkeit von bestimmten Transistor-Betriebszuständen, die bei anliegendem Treibersignal auftreten, beendet.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr beendet wird, wenn die Zeitspanne, welche die Kollektor-Emitter-Spannung des (der) Leistungstransistor(en) zum Abfallen auf die Transistor-Sättigungsspannung nach dem Anlegen des Treibersignals benötigt, eine vorbestimmte Zeitspanne übersteigt.
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Beendigung der Stromzufuhr erfolgt, wenn während der Anlegung des Treibersignals ein Anstieg der Kollektor-Emitter-Spannung auftritt.
4. 4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung der Stromzufuhr erfolgt, wenn nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Anlegen eines Startsignals an die Wechselrichtersteuerung die Kollektor-Emitter-Spannung des Leistungstransistors (der Leistungstransistoren) einen Grenzwert übersteigt.
5. 5. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Trägersignalquelle, für jeden Leistungstransistor eine Stromversorgung zur Lieferung von Wechselrichter-Transistoransteuerstrom vom Träger und eine Stromversorgung zur Lieferung von Betriebsstrom vom Träger zur Wechselrichtersteuerung und zur Schutzschaltung aufweist.
6. 6. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Reihenschalteranordnung, deren Kontinuität unterbrochen wird, wenn ein heatimmfei

   2ü Transistor-Betriebszustand eines Endstufen-LeisLunystransistors des Wechselrichters auftritt, eine Spannungsquelle zur Lieferung von Strom bzw. Spannung über die Schalteranordnung und eine Einrichtung zur Erfassung einer Änderung in diesem Strom zwecks Betätigung der Schutzschaltung aufweist.
7. 7. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteranordnung in Reihe geschaltete, optisch gesteuerte Transistoren, die jeweils einem Endstufen-Leistungstransistor des Wechselrichters zugeordnet sind, aufweist.