DE3341398A1

DE3341398A1 - Ueberstromdetektor fuer einen wechselrichter

Info

Publication number: DE3341398A1
Application number: DE19833341398
Authority: DE
Inventors: Tamotu Tachikawa Tokyo Endo
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-11-16
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1984-05-24
Also published as: US4535378A; DE3341398C2

Description

334T398

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Überstromdetektor für einen Wechselrichter, insbesondere eine Verbesserung betreffend die Überstrom-Erkennungsgeschwindigkeit eines überstromdetektors eines Spannungs-Wechselrichters, der in der Treibersteuerung eines Motors oder dergleichen eingesetzt wird, um einen Wechselstrommotor mit veränderlicher Geschwindigkeit anzutreiben.

Ein Wechselrichter besteht üblicherweise aus mehreren Schaltelementen, zu denen jeweils eine Abflachschaltung (snubber circuit) parallelgeschaltet ist. Diese Abflachschaltung hat die Aufgabe, die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des dem Schaltelement zugeführten "Aus"-Potentials dv/dt zu unterdrücken und dadurch eine Fehlfunktion des Schaltelements zu verhindern. Die erwähnte Anstiegsgeschwindigkeit "dv/dt" wird für die nachstehende Beschreibung folgendermaßen definiert:

dv/dt = die auf die Zeit bezogene Mindest-Anstiegsgeschwindigkeit der Spitzenspannung, die erforderlich ist, um ein Umschalten vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand zu veranlassen.

Wird die dv/dt Grenze überschritten, besteht die Gefahr, daß das Schaltelement eingeschaltet wird, obwohl es ausgeschaltet bleiben sollte. Da die Abflachschaltung einen Kondensator relativ großer Kapazität aufweist, wird der Spitzenwert eines in diesen Kondensator fließenden Ladestroms ziemlich groß, wenn auch nur für kurze Zeit. Daher übersteigt der Spitzenwert des Stroms der Hauptschaltung des Wechselrichters, auf den sich der Ladestrom des Abflachkondensators addiert, bei weitem die Sicherheits-Stromstärke während desjenigen Zeitabschnitts, in welchem

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der Abflachkondensator aufgeladen wird/ und zwar selbst dann, wenn der Ruhe-Laststrom des Wechselrichters nicht größer ist als die Sicherheits-Stromstärke. Wenn beispielsweise die Eingangs-Gleichspannung des Wechselrichters 600 V beträgt, der Abflachkondensator eine Kapazität von 4 \iF hat und die Serieninduktivität des Filterkondensators der Hauptschaltung 10 μΗ beträgt, so beträgt der Spitzenwert des Abflachstroms etwa 300 A, und die Breite der Stromwelle beträgt etwa 20 με. Da jedoch der auf die Ladung des Abflachkondensators zurückzuführende große Strom nicht durch irgendeine Abnormalität oder überlastung des Wechselrichters verursacht wird, sollte tunlichst vermieden werden, daß der überStromdetektor aufgrund des starken Stroms während der Aufladezeit des Abflachkondensators anspricht. Demzufolge wäre bei einem herkömmlichen Überstromdetektor während des Zeitraums zwischen dem Umschalten eines Schaltelements des Wechselrichters und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Erkennens eines Überstroms eine Zeitverzögerung gegenüber der Abflachkondensator-Aufladezeitdauer verursacht worden. Selbst wenn daher tatsächlich ein überstrom fließt, der zum Beispiel zurückzuführen ist auf das Kippen (oder den Durchbruch) des Schaltelements in dem Wechselrichter, so ist die Geschwindigkeit, mit der dieser überstrom erkannt wird, in einem herkömmlichen Detektor gering, was zur Folge hat, daß die Schutzfunktion für den Wechselrichter oder die an den Wechselrichter anzuschließende Last nur geringe Zuverlässigkeit aufweist.

Wird als Schaltelement ein gate-abschaltbarer Thyristor (GTO-Thyristor) verwendet, und wird diesem GTO-Thyristor ein Gate-Abschaltsignal zugeführt, wenn der Anodenstrom über der Ausschaltfähigkeit liegt (Überstrom), so schlägt der GTO-Thyristor durch, da seine dv/dt-Stehkapazität gering ist. Daher wird in einem Wechselrichter, in welchem

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ein Schaltelement mit geringer dv/dt-Stehkapazität eingesetzt wird, zum Beispiel ein GTO-Thyristor, eine raschere Überstromerkennung wünschenswert sein als im Stand der Technik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen überstromdetektor für einen Wechselrichter zu schaffen, der sich durch ein verbessertes Überstrom-Ansprechverhalten auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben .

Erfindungsgemäß werden Ladestromkomponenten des Abflach- *j5 kondensators aus einem Überstrom-Erkennungssignal entfernt, um dadurch die Überstromkomponente (den Kurzschlußstrom) zu erkennen, der verursacht wird, wenn in dem Wechselrichter eine Unregelmäßigkeit vorliegt.

Zum Entfernen der Abflachkondensator-Ladestromkomponenten wird von folgenden Verfahren Gebrauch gemacht:

(1) Ein erfaßter Wert eines Filterkondensatorstroms des Wechselrichters oder ein erfaßter Wert des Stroms der Gleichspannungs-Hauptschaltung des Wechselrichters oder ein anderer geeigneter Wert, und ein festgestellter Wert des Abflachkondensatof-Ladestroms des Wechselrichters werden mit geeigneter Geschwindigkeit zusammengesetzt, indem sie voneinander subtrahiert werden. Auf diese Weise läßt sich ein Überstrom der Wechselrichter-Hauptschaltung erkennen, ohne daß eine Beeinflussung seitens der Abflachkondensator-Ladestromkomponente erfolgt.

(2) Ein festgestellter Wert des FilterkondensatorStroms des Wechselrichters oder ein festgestellter Wert des

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Stroms der Hauptschaltung des Wechselrichters, oder ein vergleichbarer Stromwert, und ein simulierter Wert des Abflachkondensator-Ladestroms des-Wechselrichters werden mit geeigneter Geschwindigkeit zusammengesetzt, indem sie in geeigneter Weise voneinander subtrahiert werden. Auf diese Weise läßt sich ein überstrom der Wechselrichter-Hauptschaltung erkennen, ohne daß eine nennenswerte Beeinflussung durch die Abflachkondensator-Ladestromkomponente

erfolgt.
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Durch Verwendung eines der beiden obigen Verfahren (1) und (2) läßt sich erfindungsgemäß ein Überstrom der Wechselrichter-Hauptschaltung rasch während des Zeitraums erkennen, in welchem der Abflachkondensator-Ladestrom fließt (das heißt: Es muß nicht abgewartet werden, bis der Abflachkondensator-Ladestrom ausreichend stark abgesunken ist). Demzufolge hat der erfindungsgemäße überstromdetektor für einen Wechselrichter ein hervorragendes Ansprechverhalten.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsskizze eines Spannungs-Wechselrichters mit einem erfindungs

gemäßen überstromdetektor,

Fig. 2 den Aufbau eines der in Fig. 1 gezeigten

Sensoren 68 bis 78, in denen der Ladestrom eines Abflachkondensators C48

von einem Nebenschluß-Kondensator C68A und einem parallel zu dem Abflachkondensator geschalteten Stromwandler CT68 festgestellt wird,

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Fig, 3 eine gegenüber der Schaltung nach

Fig. 2 modifizierte Ausfuhrungsform, bei der ein Abflachkondensator-Ladestrom festgestellt wird durch einen Neben-Schlußkondensator C68B und einen Strom

wandler CT68, die parallel zu einer Abflachschaltung 48 oder einem Thyristor (GTO-Thyristor) 24 geschaltet sind,

Fig» 4 eine weitere Modifizierung der in Fig.

gezeigten Schaltung, wobei ein Abflachkondensator-Ladestrom festgestellt wird mittels eines Shunts S68 und eines Trenntransformators IT68, die an den Stromweg des Abflachkondensators C68

gekoppelt sind,

Fig„ 5 eine weitere Modifizierung der in Fig.

2 gezeigten Schaltung, bei der ein Abflachkondensator-Ladestrom festgestellt

wird mittels eines an den Ladestromweg des Abflachkondensators C48 gekoppelten Hallelements H68 und eines Hallsensor-Verstärkers A68, der das Hallelement vorspannt und die Hallspannung verstärkt,

Fig. 6 eine weitere Modifizierung der Schaltung

nach Fig. 2, bei der ein Abflachkondensator-Ladestrom festgestellt wird durch einen überbrückungskondensator C68A und

einen Fotokoppler P68, die parallel zu dem Abflachkondensator C68 geschaltet sind,

Fig.. 7 eine weitere Modifizierung der Schaltung nach Fig. 2, bei der ein Abflachkondensa-

tor-Ladestrom festgestellt wird durch

einen überbrückungskondensator C68B und einen Fotokoppler P68, die parallel zu dem Abflachkondensator 48 geschaltet sind, 5

Fig. 8 eine weitere Modifizierung der in Fig.

gezeigten Schaltung, bei der ein Spannungsabfall an einer Diode D48 oder einem Widerstand R48/ die bzw. der in Reihe zu dem Abflachkondensator C48 geschaltet ist,

mittels eines Trenntransformators IT68 gefühlt wird, wobei der Abflachkondensator-Ladestrom aus der Ausgangsspannung des Transformators IT68 ermittelt wird,

Fig. 9 eine weitere Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung, bei der eine Leuchtdiode in einem Fotokoppler P68 parallel z-u dem in Serie zu dem Abflachkondensator C48 liegenden Widerstand R48 geschaltet

ist und ein Abflachkondensator-Ladestrom aus dem durch die Leuchtdiode fließenden Strom ermittelt wird,

Fig. 10 eine Schaltungsskizze, die den Hauptteil

der in Fig. 1 gezeigten Schaltung mehr ins einzelne gehend darstellt, wobei die Sensoren 68 bis 78 den in Fig. 2 dargestellten Aufbau aufweisen,

Fig. 11 eine Modifizierung der in Fig. 10 gezeigten Schaltung, bei der der Aufbau gemäß Fig. 6 für die Sensoren 68 bis 78 verwendet wird,

Fig. 12A bis

12C Impulsdiagramme, die den Betrieb der

Schaltung nach Fig. 10 erläutern, wobei Fig. 12A eine Wellenform (E64) zeigt, die dem Strom in der Wechselrichter-Haupt

schaltung entspricht, Fig. 12B eine Wellenform (E80) zeigt, die nach dem Filtern des dem Abflachkondensator-Ladestroms entsprechenden Erkennungssignals für eine der Abflachschaltungen entspricht,

und Fig. 12C die Wellenform eines der Differenz zwischen der Wellenform nach Fig. 12A und der Wellenform nach Fig. 12B entsprechenden Detektorsignals zeigt,

Fig_o 13A bis

13C Impulsdiagramme, die die Arbeitsweise

der Schaltung nach Fig. 11 erläutern, wobei Fig. 13A den Stromverlauf (E64) der Wechselrichter-Hauptschaltung, Fig.

13B ein Erkennungssignal (E68), das hervorgerufen wird durch den Abflachkondensator-Ladestrom einer Abflachschaltung, und eine Wellenform (E80) nach dem Filtern des Erkennungssignals (E68) und Fig.

die Wellenform eines Erkennungssignals (E66) zeigt, das äquivalent zu der Differenz zwischen der Wellenform nach Fig. 13A und der Wellenform nach Fig. 13B ist,

Fig. 14 den Aufbau einer weiteren Ausführungsform

eines erfindungsgemäßen überstromdetektors, wobei ein den Abflachkondensator-Ladestrom entsprechendes Signal simuliert wird,

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Fig. 15 den Aufbau des Hauptteils der erfindungsgemäßen Einrichtung für den Fall/ daß die Schaltung gemäß Fig. 14 bei einem Drehstrom-Wechselrichter eingesetzt wird, 5

Fig. 16A bis

16E Impulsdiagramme, die die Arbeitsweise

der Schaltung nach Fig. 14 (oder Fig. 15) veranschaulichen, wobei Fig. 16A eine Wellenform (E64) zeigt, die dem Strom

in der Wechselrichter-Hauptschaltung entspricht, Fig. 16B eine Wellenform des Ausgangssignals E100 (oder E100D) eines Gatterimpulsgenerators (oder Wechselrichter-Treibers) 100 zeigt, Fig. 16C die Wellenform eines Ausgangssignals E104 (oder E104D) eines Monoflops 104 zeigt, Fig. 16D eine Wellenform eines Ausgangssignals E106 (oder E106D) eines Wellenformgenerators zeigt und Fig. 16E die Wellenform

eines Erkennungssignals (E66) zeigt, das der Differenz zwischen der Wellenform nach Fig. 16A und der Wellenform nach Fig. 16D entspricht, und 25

Fig. 17 eine Schaltungsskizze/ die den konkreten

Aufbau der Verzögerungsschaltungen 102 des in Fig. 15 gezeigten Wellenformgenerators 106 darstellt.
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Fig. 1 zeigt einen Spannungs—Wechselrichter mit einem erfindungsgemäßen ÜberStromdetektor. Wenngleich die vorliegende Erfindung auch auf andere Wechselrichter als Drehstrom-Wechselrichter anwendbar ist, so soll hier stellvertretend nur der Drehstromtyp beschrieben werden".

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Das Drehstrom-Ausgangssignal einer Drehstromquelle 10 wird über einen Leistungsschalter 12 einem Gleichrichter 14 zugeführt. Der Gleichrichter 14 ist zum Beispiel als Diodenbrücke, Thyristorbrücke oder dergleichen ausgebildeto Der Leistungsschalter 12 kann ein schmelzsicherungsloser Leistungsschalter sein, bevorzugt wird nach Möglichkeit ein Leistungsschalter mit hoher Schaltgeschwindigkeit» Dieser Leistungsschalter 12 hat die Aufgabe, den Drehstromkreis beim Auftreten eines von einer unten noch zu beschreibenden Schutzschaltung 94 kommenden Auslösebefehls E94 zu unterbrechen.

Ein positives gleichgerichtetes Ausgangssignal des Gleichrichters 14 wird auf eine Plusleitung L14P einer Gleichstrom-Hauptschaltung gegeben, das negative gleichgerichtete Ausgangssignal gelangt auf eine Minusleitung L14N der Gleichstrom-Hauptschaltung. Die Plusleitung L14P ist über eine Leistungsdrossel 16 und einen Filterkondensator 18 an die Minusleitung L14N gekoppelt. An die Plusleitung L14P ist ein Stromwandler 20 gekoppelt. Bei Bedarf kann ein an den Lade- und EntladeStromweg des Filterkondensators 18 gekoppelter Stromwandler 22 verwendet werden. Lediglich einer dieser Stromwandler 20 und 21 braucht vorgesehen zu werden. Der Stromwandler 20 kann an die Minusleitung L14N gekoppelt sein.

Die Plusleitung L14P ist über gate-abschaltbare Thyristoren (GTO-Thyristoren) 24 und 26 an die Minusleitung L14N gekoppelt. Eine aus GTO-Thyristoren 28 und 30 bestehende Serienschaltung und eine aus GTO-Thyristoren 32 und 34 bestehende Serienschaltung sind parallel zu der aus den GTO-Thyristoren 24 und 26 bestehenden Serienschaltung geschaltet. Anstelle dieser GTO-Thyristoren können gesteuerte Siliciumgleichrichter, Bipolartransistoren oder andere Schaltelemente eingesetzt werden. Den GTO-Thyristoren 24

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bis 34 sind Dioden 36 bis 46 antiparallelgeschaltet, die den Uralaufstrom in dem Wechselrichter und dergleichen hindurchlassen. An die GTO-Thyristoren 24 bis 34 sind Abflachschaltungen 48 bis 58 gekoppelt. Der Knoten zwischen den GTO-Thyristoren 24 und 26, der Knoten zwischen den GTO-Thyristoren 28 und 30 und der Knoten zwischen den GTO-Thyristoren 32 und 34 sind an eine Drehstromlast 60 (zum Beispiel einen Drehstrom-Asynchronmotor) geschaltet.

Ein Ausgangssignal des Stromwandlers 20 (oder 22) wird in eine Gleichrichterschaltung 62 eingegeben. Das gleichgerichtete Ausgangssignal E62 der Schaltung 62 wird auf ein Tiefpassfilter (TPF) 64 gegeben. Die Zeitkonstante des TPF 64 wird auf einen ziemlich kleinen Wert eingestellt, so daß die durch einen (später zu beschreibenden) Abflachstrom hervorgerufene Spitzenkomponente des gleichgerichteten Ausgangssignals E62 das TPF 64 durchlaufen kann. Das TPF 64 entfernt hochfrequente Störanteile aus dem Signal, so daß das gefilterte Ausgangssignal E64 nur noch die Hauptschaltungs-Gleichstrom-und die Ablfachstrom-Komponenten enthält.

Jede der Abflachschaltungen 48 bis 58 enthält einen Abflachkondensator. Die Ladeströme (Abflachströme) IS48 bis IS58 dieser Abflachkondensatoren fließen in die Abflachschaltungen 48 bis 58. An die Abflachschaltungen 48 bis 58 sind Sensoren 68 bis 78 angeschlossen, die die Abflachströme IS48 bis IS58 erkennen, das heißt fühlen sollen. Die von den Sensoren 68 bis 78 ausgegebenen Erkennungssignale E68 bis E78 werden in Tiefpassfilter (TPF) 80 bis 90 eingegeben. Die Zeitkonstante jedes dieser TPF 80 bis 90 ist so gewählt, daß die Phase der Spitzenwellenform des gefilterten Ausgangssignals E64, die auf den Abflachstrom zurückzuführen ist, im wesentlichen mit der Phase der Spitzenwellenform jedes der gefilterten Ausgangssignale

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E80 bis E90 zusammenfällt. Die außer den Abflachstromkomponenten in den Ausgangssignalen E68 bis E78 enthaltenen hochfrequenten Störanteile werden von den TPF 80 bis 90 gesperrt.
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Das von dem TPF 64 kommende gefilterte Ausgangssignal E64 wird auf einen Plus-Eingang eines Subtrahierers 66 gegeben, dessen Minus-Eingang gefilterte Ausgangssignale E80 bis E90 von den TPF 80 bis 90 empfängt. Der Subtrahierer 66 gibt ein Differentialsignal E66 ab, das dadurch gewonnen wird, daß die Signale E80 bis E90 am Minus-Eingang von dem Signal E63 am Plus-Eingang subtrahiert werden. (Wenn die Polarität des gefilterten Ausgangssignals E64 jeder Polarität der gefilterten Ausgangssignale E80 bis E90 entgegengesetzt ist, wird anstelle des Subtrahierers 66 ein Addierer verwendet). Das Differentialsignal E66 wird an einen Vergleicher 92 gegeben, dem eine Bezugsspannung Vref zugeführt wird, um zu erkennen, ob das Potential des Signals E6 6 einen überstrom anzeigt oder nicht, übersteigt das Potential des Signals E66 den Wert von Vref, so gibt der Vergleicher 92 ein überstrom-Erkennungssignal E92 an die Schutzschaltung 94. Wenn die Schutzschaltung 94 dieses Signal E92 empfängt, gibt sie einen Auslösebefehl E94 an den Leistungsschalter 12 und führt außerdem weitere Schutzmaßnahmen durch, falls notwendig (beispielsweise sendet sie Gate-Abschaltsignale an sämtliche GTO-Thyri'storen 24 bis 34) .

Die Schutzschaltung 94 kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie es in der US-PS 3,312,864 oder der US-PS 3,471,749 beschrieben ist.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Sensors 68 stellvertretend für den Aufbau der Sensoren 68 bis 78, die in Fig. 1 dargestellt sind.

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Die Anode des GTO-Thyristors 24 ist über eine Diode D48 und einen Abflachkondensator C48 mit ihrer Kathode verbunden. Zu der Diode D48 ist ein Widerstand R48 parallelgeschaltet. Diese Elemente R48, D48 und C48 bilden die Abflachschaltung 48 des GTO-Thyristors 24. Jede der in Fig. 1 gezeigten Abflachschaltungen 50 bis 58 hat den in Fig. 2 gezeigten Aufbau. Der Knoten zwischen dem Kondensator C48 und der Kathode der Diode D48 ist über einen Uberbruckungskondensator C68A an den Knoten zwischen dem Kondensator C48 und der Kathode des GTO-Thyristors 24 geschaltet. Ein Stromwandler CT68 liegt an der Verbindungsleitung (Ladestromweg) des Kondensators C68A des GTO-Thyristors 24. Die Kapazität CX68A des Kondensators C68A kann beträchtlich kleiner sein als die Kapazität CX48 des Kondensators C48. Wenn das Stromverhältnis des Stromwandlers 20 N1 und das Stromverhältnis des Stromwandlers CT63 N2 beträgt, gilt folgende Beziehung:

(CX48 + CX68A) χ N1 = CX68A χ N2 ...(D

Dann ist es möglich, die Stärke der jeweiligen Abflachstromanteile des gleichgerichteten Ausgangssignals E62 etwa genauso groß zu machen wie das Erkennungs-Ausgangssignal E68. Hierdurch kann, wenn die Ausgangssignale E62 und E68 entgegengesetzte Polarität haben, die Abflachstromkomponente dadurch aus dem Ausgangssignal E62 eliminiert werden, daß die Ausgangssignale E62 und E68 einfach addiert werden. Selbstverständlich ermöglicht auch bei E62 f E68 im Hinblick auf die Abflachstromkomponente eine geeignete Auswahl des Subtrahierverhältnisses in der Löschschaltung 66 das Eliminieren der Abflachstromkomponente. Daher gilt die Relation der obigen Gleichung (1) nicht immer absolut.

Der Stromwandler CT68 erzeugt ein Spannungssignal, das auf

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der mit einem Sternchen (*) markierten Seite positiv wird, wenn ein Strom von dem Kondensator C68A zu der Kathode des GTO-Thyristors 24 fließt. Ein solcher Strom fließt, wenn der Abflachladestrom IS48 von der Anode des GTO-Thyristors 24 durch die Diode D48 zu dem Abflachkondensator C68 fließt. Dieses Spannungssignal wird als Erkennungssignal E68 mit negativem Potential über die Diode D68A von dem Sensor 68 ausgegeben. Wenn der Strom von der Kathode des GTO-Thyristors 24 zum Kondensator C68A fließt, wird ein Spannungssignal erzeugt, das auf der mit einem Sternchen (*) markierten Seite des Stromwandlers CT68 negativ wird. Dieses Spannungssignal wird von der Diode D68B kurzgeschlossen und außerdem von der Diode D68A blockiert^ so daß kein Erkennungssignal E68 erzeugt wird.

Das heißt: Nur wenn der Abflachladestrom IS48 durch den Kondensator C48 fließt, wird das Erkennungssignal E68 mit negativem Potential und einer Amplitude, die proportional zu diesem Strom IS48 ist, erhalten. Selbstverständlich kann man ein Erkennungssignal E68 positiven Potentials erhalten, wenn man die Polarität des Stromwandlers CT68 und die der Dioden D68A und D68B umkehrt.

Fig„ 3 zeigt eine Modifizierung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung. Bei der Schaltung nach Fig. 3 ist der Überbruckungskondensator C68B parallel zu der aus der Diode D48 und dem Kondensator C48 bestehenden Serienschaltung geschaltet. Der Stromwandler CT68 ist an den Ladestromweg des Kondensators C68B gekoppelt. Die Kapazität des Kondensators C68B braucht nur 1/10 oder noch weniger der Kapazität des Kondensators C48 zu betragen. Wenn der Abflachstrom IS48 von der Anode des GTO-Thyristors 24 in die Abflachschaltung 48 fließt, gelangt ein Teil dieses Stroms durch den Kondensator C68B und fließt zur Kathode des GTO-Thyristors 24. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Erkennungssignal E68 mit negativem Potential, welches

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proportional ist zu dem Abflachstrom IS48, erhalten.

Fig. 4 zeigt eine weiter Modifizierung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung. In der Schaltung nach Fig. 4 ist an den Ladestromweg des Abflachkondensators C48 ein Shunt S68 gekoppelt. Als Shunt S69 sollte ein Shunt extrem geringer Impedanz (niedriger Gleichstromwiderstand/ geringe Induktivität) verwendet werden, um eine Impedanzerhöhung des Ladestromwegs des Abflachkondensators C48 zu vermeiden. Der von dem Shunt S68 erfaßte Abflachstrom IS48 wird auf die Primärspule eines Trenntransformators IT68 gegeben. Der Transformator IT68 besitzt eine Gleichstrom-Trennfunktion zum Trennen zwischen dem Wechselrichter und der Überstrom-Detektorschaltung. Wenn der Strom IS48 fließt, wird das Spannungssignal an der mit Sternchen (*) markierten Seite der Sekundärspule des Transformators IT68 positiv. Dieses Spannungssignal wird als Erkennungssignal D68 negativen Potentials von dem Sensor 68 über die Diode D68 ausgegeben.

Fig. 5 zeigt eine weitere Modifizierung der Schaltung nach Fig. 2, bei welcher ein Hallelement H68 verwendet wird, welches magnetisch an den Ladestromweg des Abflachkondensators C48 gekoppelt ist. Das Hallelement H68 wird von einem Hallsensor-Verstärker A68 gleichstrommäßig vorgespannt. Wenn der Abflachstrom IS48 fließt, tritt an einer gewissen Stelle des Hallelements H68 ein Magnetfeld auf, dessen Stärke diesem Strom IS48 entspricht. Dann dient das durch den Verstärker A68 vorgespannte Hallelement H68 zum Erkennen des dem Strom IS48 entsprechenden Magnetfelds. Hierdurch wird die der Amplitude des Stroms IS48 entsprechende Hallspannung an den Verstärker A68 gegeben. Dann wird ein negatives (oder positives) Erkennungssignal E68, welches dieser Hallspannung oder dem Abflachstrom IS48 proportional ist, von dem Verstärker A68 abgegeben.

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Fig, 6 zeigt eine weitere Modifizierung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung, bei der der in Fig. 2 vorgesehene Stromwandler CT68 ersetzt ist durch einen Fotokoppler P68, Eine von dem Ladestrom des Kondensators C68A in Durchlaßrichtung vorgespannte Leuchtdiode LD68 liegt zwischen dem Überbrückungskondensator C68A kleiner Kapazität und dem GTO-Thyristor 24. Zu der Leuchtdiode LD68 ist eine Schutzdiode D68C antiparallelgeschaltet, um eine Beschädigung der Leuchtdiode durch eine zu große Sperrspannung zu verhindern. Die Diode D68C dient auch als Entladestromweg für den Kondensator C68A. Anstelle der Diode D68C kann auch irgendein Widerstand mit geeignetem Widerstandswert eingesetzt werden. Die Leuchtdiode LD68 ist optisch mit einem Fototransistor PT68 gekoppelt. Die Leuchtdiode LD68 und der Fototransistor PT68 bilden den Fotokoppler P68. Der Transistor PT68 gibt ein Stromsignal E68 aus, das proportional ist zu der Intensität des von der Leuchtdiode LP68 abgegebenen Lichts, das heißt proportional zu dem Abflachstrom IS48. Wenn der Kollektor des Transistors PT68 durch einen (nicht gezeigten) Lasttransistor auf das positive Versorgungspotential gezogen wird, erhält man ein Spannungs-Erkennungssignal E68, das ansprechend auf den Abflachstrom IS48 ein niedriges Potential erhält.

Fig. 7 zeigt eine weitere Modifizierung der Schaltung nach Fig. 2, bei der der Stromwandler CT68 gemäß Fig. 3 ersetzt ist durch einen Fotokoppler P68. Die Verschaltung des Fotokopplers P68 ist ähnlich der in Fig. 6 gezeigten Verschaltung. Wenn die Leuchtdiode LD68 aufgrund des Ladestroms des Überbrückungskondensators C68B Licht abgibt, gibt der Fototransistor PT68 das Erkennungssignal P68 ab.

Fig. 8 zeigt eine weitere Modifizierung der Schaltung

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nach Fig. 2, bei der die Primärspule des Trenntransformators IT68 parallel zu der Diode D48 und dem Widerstand R48 der Abflachschaltung 48 geschaltet ist. Von der Sekundärspule des Transformators IT68 wird über die Diode D68 ein negatives Erkennungssignal E68 ausgegeben. Vorzugsweise ist die Primärimpedanz des Transformators IT68 so groß wie möglich, da hierdurch die elektrische Beeinflussung der Abflachschaltung 48 geringer wird.

Die in Fig. 9 dargestellte modifizierte Form der Schaltung nach Fig. 2 enthält eine Leuchtdiode LD68 des Fotokopplers P68 anstelle der Diode der Abflachschaltung 48. Fließt ein Abflachstrom IS48, so fließt ein Teil des Stroms IS48, der durch den Widerstand R48 im Nebenschluß geleitet wird, durch die Leuchtdiode LD68. Die Leuchtdiode LD68 gibt dann Licht ab, und von dem Fototransistor PT68 wird das Erkennungssignal E68 ausgegeben. Wenn die Sperr-Durchbruchspannung der Diode LD68 zu klein ist, kann zu der Diode LD68 in Reihe eine Diode mit hoher Stehspannung geschaltet werden (nicht dargestellt).

Fig. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem die Sensoren 68 bis 78 des in Fig. 2 gezeigten Aufbaus in der Schaltung nach Fig. 1 eingesetzt werden. Ein Hauptschaltungs-Strom IX des Wechselrichters wird von dem Stromwandler 20 in ein Spannungssignal umgesetzt, und dieses Spannungssignal wird von dem Gleichrichter 62 in ein positives Gleichspannungs-Erkennungssignal E62 umgesetzt. In dem Signal E62 enthaltene hochfrequente Rauschanteile werden von dem TPF 64 eliminiert. Das vom TPF 64 kommende Ausgangssignal E64 wird über einen Widerstand R661 auf den invertierten Eingang eines Operationsverstärkers A66 gegeben. Die Abflachströme IS48 bis IS58 sämtlicher Abflachschaltungen 48 bis 58 gemäß Fig. 1 werden von Sensoren 48 bis 78 in negative Gleichspannungs-Erkennungssignale E68 bis

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umgesetzte Die jeweiligen hochfrequenten Rauschanteile der Signale E68 bis E78 werden von den TPF 80 bis 90 eliminiert. Die Ausgangssignale E80 bis E90 der TPF 80 bis 90 werden über Widerstände R662 bis R667 an den invertierten Eingang des Operationsverstärkers A66 gelegt.

Wenn sämtliche Sensoren 68 bis 78 den gleichen Aufbau haben, werden die Zeitkonstanten der TPF 80 bis 90 sämtlich derart eingestellt, daß sie einander identisch sind, und die Werte der Widerstände R662 bis R667 werden ebenfalls gleich groß gewählt. Die Zeitkonstante des TPF 64 wird so groß gewählt, daß die Phase der Abflachstromkomponente des Signals E64 im wesentlichen mit den Phasen der Signale E80 bis E90 zusammenfällt. Der Wert des Widerstands R661 wird so gewählt _s daß die Abflachstromkomponente (positiv) des Signals E64 von den Signalen E80 bis E90 (negativ) gelöscht wird.

Der nicht-invertierte Eingang des Operationsverstärkers A66 ist an eine Schaltung angeschlossen, die ein geeignetes Offset-Vorspannungspotential + VB liefert. Der Ausgang des Operationsverstärkers A66 ist über einen Widerstand R668 an seinen invertierten Eingang gekoppelt. Der Operationsverstärker A66 arbeitet als invertierender Verstärker und gibt das Signal E66 umgekehrt proportional zu der Potentialdifferenz zwischen dem Signal E64 und den Signalen E80 bis E90 ab. Dieses Signal E66 wird über einen Widerstand R921 an den invertierten Eingang des Vergleichers 92 gelegt. Von einem Potentiometer 96 wird über einen Widerstand R922 an den nicht-invertierten Eingang des Vergleichers 92 ein Bezugspotential Vref (Bezugspegel) gelegt. Die Höhe der Bezugsspannung Vref kann durch Einstellung des Potentiometers 96 auf einen wählbaren Wert eingestellt werden. Der Vergleicher 92 kann aus einem Operationsverstärker mit invertiertem und nicht-invertiertem

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Eingang bestehen.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 92 hat Null- oder negatives Potential, wenn das Potential des Signals E66 größer ist als das Bezugspotential Vref (E66 > Vref).

Wenn der Hauptschaltungs-Strom IX nicht die obere Grenze des Sicherheitsstroms übersteigt, ist die Bedingung "E66 > Vref" erfüllt. Übersteigt der Hauptschaltungs-Strom IX die Sicherheits-Stromgrenze, so steigt das Potential des Signals E64 an, und das Potential des Signals E66, welches das phasen-gedrehte Ausgangssignal ist, fällt ab, so daß die Bedingung E66 < Vref vorliegt. Dann legt der Vergleicher 92 ein Überstrom-Erkennungssignal E92 mit positivem Potential an die Schutzschaltung 94.

Das heißt: In dem Moment, in dem der Hauptschaltungs-Strom IX einen vorbestimmten Stromwert übersteigt, der durch die Höhe des Bezugspotentials Vref festgelegt wird, wird das Überstrom-Erkennungssignal E92 erzeugt, welches vom logischen Pegel "0" auf den logischen Pegel "1" ansteigt.

Fig. 11 zeigt eine modifizierte Form der Schaltung nach Fig. 10. Bei der modifizierten Schaltung werden für die Sensoren 68 bis 78 die in Fig. 6 dargestellten Sensoren verwendet. Sämtliche Sensoren 68 bis 78 haben gleichen Aufbau, so daß lediglich der Sensor 68 beschrieben wird. Wenn ein Teil des Abflachladestroms durch die Photodiode LD68 des Photokopplers P68 fließt, gibt die Diode LD68 Licht ab, so daß der Phototransistor PT68 eingeschaltet wird. Der Kollektor des Transistors PT68 ist über einen Lasttransistor R68 auf Masse gelegt, und am Emitter des Transistors liegt eine negative Spannung - Vs. Wenn also der Transistor PT68 eingeschaltet wird, fällt sein Kollektorpotential von null Volt auf - Vs.

Dieser Kollektorpotentialabfall wird zu dem negativen

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ό ο 4 ! 27

Erkennungssignal E68. Das negative Signal E68 wird nach dem TPF 80 zu dem Signal E80. Das (negative) Signal E80 dient zum Löschen der dem Signal E80 entsprechenden Abflachstromkomponente im Ausgangssignal E64 (positiv), das von dem TPF 64 kommt.

Fig. 12A bis 12C zeigen Wellenformen von Signalen, wie sie in den Hauptteilen der Schaltung nach Fig. 10 auftreten. Als Abflachladestrom möge der Strom IS48 in die Abflachschaltung 48 nach Fig. 1 fließen; dies ist ein für sämtliche Abflachströme typischer Strom. Der Haupt- - schaltungs-Strom IX hat hier eine Wellenform, die dargestellt wird durch eine Kombination der Komponenten des Abflachstroms IS48 und des stationären Laststroms.

Fig. 12A zeigt die Signalwellenform E64, die diesem Hauptschaltungs-Strom IX entspricht. In Fig. 12A ist der Zeitpunkt ti derjenige Zeitpunkt, bei welchem der GTO-Thyristor 26 in Fig. 1 eingeschaltet wird, wenn ein Laststrom durch die Diode 36 fließt. Im Zeitpunkt t2 in Fig. 12A wird die Diode 36 ausgeschaltet, und demzufolge beginnt der Abflachstrom IS48 zu fließen. Im Zeitpunkt t3, wenn das Aufladen des Abflachkondensators C48 abgeschlossen ist, ist die Stärke des Stroms IS48 wieder null. Die während des Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 in Fig. 12A auftretende Signalspitze wird durch den Abflachstrom IS48 verursacht.

Fig. 12B zeigt den Verlauf des Signals E80, welches dem Abflachstrom IS48 entspricht. Die Spitzenkomponente des Signals E64 wird durch das Signal E80, welches zu dieser Spitze praktisch symmetrisch ist, durch den Betrieb des Subtrahierers 66 nach Fig. 1 oder den der Elemente R661- R662, R668 und A66 in Fig. 10 ausgelöscht. Demzufolge hat das Ausgangssignal E66 der Schaltung 66 oder des Operationsverstärkers A66 die in Fig. 12C dar-

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gestellte Form. Der in Fig. 12C dargestellte Signalverlauf entspricht der Subtraktion der Signalwelle gemäß Fig. 12B von der Signalwelle gemäß Fig. 12A. Das Signal E66 ist das Signal, welches die Komponente des Abflach-Stroms IS48 nicht mehr enthält, sondern lediglich die Laststromkomponente darstellt.

Die dem Hauptschaltungs-Strom IX entsprechenden Signale E64, E66, die die obere Sicherheits-Stromgrenze IX_Q des

Wechselrichters übersteigen, sind mit E64a bzw. E66a bezeichnet, während solche Signale E64, E66, die einem Hauptschaltungs-Strom IX, entsprechen, der nicht größer ist als IX«f mit E64b bzw. E66b bezeichnet sind. Die Pegel L_m„ der Signale E64, E66, die dem Strom IX_n entsprechen, werden durch Vref repräsentiert. Wenn also gemäß Fig. 12A die auf den Abflachstrom zurückzuführende Spitzenkomponente nicht gelöscht würde, wäre es unmöglich, das Überstromsignal E64a (E64a > L_m„) vor dem Zeitpunkt

In

t3 zu ermitteln. Wie jedoch Fig. 12C zeigt, kann man, wenn die Abflachstromkomponente eliminiert ist, das Überstromsignal E66a im Zeitpunkt t2 feststellen (E66a > Vref).

In dem von der erfindungsgemäßen Anordnung abweichenden herkömmlichen überstromdetektor wird die Zeitkonstante des TPF 64 extrem groß, da es notwendig ist, die in Fig. 12A gezeigte Signalspitze zu unterdrücken. Der entsprechende Signalverlauf des Signals E64 bei einer solchen Unterdrükkung ist in Fig. 12A als Signal E64c gestrichelt angedeutet. Der Punkt der Überstromerkennung (der Schnittpunkt der Kurve E64c mit der Linie L_mrr) entspricht einem weit

in

hinter dem Zeitpunkt t3 liegenden Zeitpunkt t4. Obschon das Zeitintervall von einem BezugsZeitpunkt ti (0 Sekunden) bis zu irgendeinem der Zeitpunkte t2 bis t4 abhängig von den tatsächlichen Ausführungsformen in der Praxis variiert, ist es offensichtlich, daß die Zeit t2

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ϋ Ο 4 ! OÖÖ

wesentlich vor der Zeit t4 liegt. Das heißt: Durch den erfindungsgemäßen Überstromdetektor läßt sich ein überstrom wesentlich und zweifelsfrei schneller feststellen als mit einem üblichen Überstromdetektor.
5

Figο 13A bis 13C zeigen Signalverläufe von Signalen, die in den Hauptteilen der Schaltung nach Fig. 11 auftreten. Der in Fig. 13A gezeigte Signalverlauf des Signals E64 entspricht dem Hauptschaltungs-Strom IX. Der in Fig. 13B gezeigte Signalverlauf entspricht dem dem Abflachstrom IS48 entsprechenden Signal E68, und es ist außerdem der Verlauf des gefilterten Ausgangssignals E80 dargestellt. Fig. 13C zeigt den Verlauf des Signals (E66), das der Differenz zwischen der Wellenform (E64) gemäß Fig. 13A und der Wellenform (E80) gemäß Fig. 13B entspricht. Wenn gemäß Fig, 11 der Photokoppler P68 einen Ein-/Aus-Schaltvorgang durchführt, erhält man ein rechteckiges Signal ESO (Fig„ 13B). In einem solchen Fall wird der Signalverlauf E66 nach dem Eliminieren der Abflachstromkomponente kompliziert (siehe Fig. 13C). Nachdem aber einmal (nach dem Zeitpunkt t2) die Bedingung E66 > Vref festgestellt wurde, wird eine momentane Schwankung des Signalverlaufs E66 (während des Intervalls zwischen t2 und t3) das Erkennen eines Überstroms nicht beeinträchtigen, wenn das Vorliegen der obigen Bedingung (E66 > Vref) in einem Flipflop gespeichert wird. Wie man aus Fig. 13C ersieht, kann ein Überstrom der Wechselrichter-Hauptschaltung im oder vor dem Zeitpunkt t2 erkannt werden.

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In den Ausführungsformen gemäß Fig. 1, 10 oder 11 wird zum Eliminieren der Spitze des Signals E64 gemäß Fig. 12A oder 13A, hervorgerufen durch den Abflachladestrom, der Abflachstrom IS48 (oder irgendeiner der Ströme IS48 bis IS58) tatsächlich erfaßt. Wie Fig. 14 zeigt, wird zum

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Eliminieren der Spitze aus dem Signal E64 ein Signal erzeugt, ohne daß die tatsächlichen Abflachströme IS48 bis IS58 erfaßt werden.

In der Schaltung nach Fig. 14 wird der Strom IX (oder der Filterkondensatorstrom IY in Fig. 1) der Gleichstrom-Plusleitung L14P über den Stromwandler 20 (oder 22), die Gleichrichterschaltung 62 und das TPF 64 in ein positives Signal E64 umgesetzt. Dieses Signal E64 wird über einen Widerstand R661 im Gegenkopplungszweig an den invertierten Eingang des Operationsverstärkers A66 gegeben. Der nicht-invertierte Eingang des Operationsverstärkers A66 wird über einen Widerstand R669 auf das positive Potential + Vc gezogen, und er empfängt gleichzeitig ein Simulationssignal E106 über einen Widerstand R670, um die Abflachstromkomponente in dem Signal E64 zu löschen.

Das Simulationssignal E106 wird wie folgt zusammengesetzt: Zuerst wird von einem Gateimpulsgenerator 100 ein Zeitsteuersignal E100 erzeugt, was gleichzeitig mit dem Einschalten irgendeines der GTO-Thyristoren 24 bis 34 in Fig. 1 geschieht. Das Signal E100 wird um eine vorbestimmte Zeitdauer durch eine Verzögerungsschaltung 102 derart verzögert, daß ein verzögertes Signal E102 erhalten wird.

Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann die Schaltung 102 z.B. aus einem RC-Integrator und einem Vergleicher zum Erzeugen eines logischen Signals "1" bestehen, wenn das Ausgangspotential des Integrators einen vorbestimmten Wert übersteigt. Das verzögerte Signal E102 dient zum Triggern eines Monoflops 104. Das Monoflop erzeugt ein Gattersignal E104 mit vorbestimmter Impulsbreite. Das Gattersignal E104 wird dann durch einen Wellenformgenerator 106 in das oben erwähnte Simulationssignal E106 umgewandelt. Der Generator 106 kann aus einfachen RC-Integratoren bestehen.

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Die Zeitkonstante des Monoflops 104 ist so ausgewählt, daß die Impulsbreite des Gattersignals E104 der zeitlichen Breite der Spitze (der Abflachkomponente) des Signals E64 entspricht. Das Ausmaß der durch die Verzögerungsschaltung 102 bewirkten Verzögerung des Signals ist so ausgewählt, daß die Spitze des Signals E64 und das Simulationssignal E106 etwa gleiche Phasen haben. Der Wellenformgenerator 106 ist so aufgebaut, daß die Wellenform des Simulationssignals E106 identisch oder zu-

^ϋυ mindest ähnlich der Wellenform der Spitze des Signals E64 ist.

Fig. 15 zeigt ein konkretes Beispiel für einen möglichen Aufbau der Schaltung nach Fig. 14 bei einem Drehstrom-Wechselrichter. Die in Fig. 15 nicht dargestellten Teile sind in Fig. 1 dargestellt.

In der in Fig. 15 gezeigten Schaltung werden GTO-Thyristoren 24 bis 34 von einer Thyristor-Treiberschaltung

^Λυ 108, die aus sechs Thyristor-Treibern (TD) bestehen, getrieben. Die Eingangssignale E100A bis E100F für die sechs Treiber in der Treiberschaltung 108 kommen von einem Wechselrichter-Treiber 100, der die Funktion des Gatterimpulsgenerators 100 aus Fig. 14 hat. Die Signale

^ E100A bis E100F sind nämlich dem Zeitsteuersignal E100 in Fig. 14 äquivalent. Der Aufbau des Wechselrichter-Treibers 100 und der Thyristortreiberschaltung 108 ist dem Fachmann geläufig.

^ Sechs Zeitsteuersignale E100A bis E100F werden dem nichtinvertierten Eingang des Operationsverstärkers A66 über sechs Verzögerungselemente, sechs Monoflops, sechs WeI-lenformgeneratoren und sechs Widerstände R670A bis R670F zugeführt. Die sechs Verzögerungselemente bilden die Ver-

zögerungsschaltung 102 aus Fig. 14, die sechs Monoflops

bilden den monostabilen Multivibrator 104 in Fig. 14, und die sechs Wellenformgeneratoren bilden den Wellenformgenerator 106 in Fig. 14. Die sechs Widerstände R670A und R670F entsprechen dem einen in Fig. 14 gezeigten Widerstand R670.

Obschon in Fig. 15 der Hauptschaltungs-Strom IX von dem an die Minusleitung L14N gekoppelten Stromwandler 20 erfaßt wird, kann dieses Erfassen nicht nur über die Minusleitung L14N, sondern auch über die Plusleitung L14P erfolgen. Das dem Hauptschaltungs-Strom IX entsprechende Signal E64 wird über einen Widerstand R661 dem invertierten Eingang des Operationsverstärkers A66 zugeführt. Der an den Ausgang des Operationsverstärkers A66 anschließende Aufbau der Schaltung ist identisch mit dem Schaltungsaufbau nach Fig. 14.

Die sechs Elemente, die die Verzögerungsschaltung 102, das Monoflop 104 und den Wellenformgenerator 106 in Fig.15 bilden, sind jeweils identisch ausgebildet. Daher sollen im folgenden nur ein Verzögerungselement 102D, ein Monoflop 104D und ein Wellenformgenerator 106D beschrieben werden.

Fig. 16A bis 16E zeigen die Signalverläufe an den Hauptteilen der Schaltung nach Fig. 15. Es sei angenommen, daß der Thyristortreiber'108D den GTO-Thyristor 26 beim Zeitsteuersignal E100D (Fig. 16B) einschaltet. Es sei weiterhin angenommen, daß ein Abflachstrom IS48 aufgrund des Ausschaltesns der Diode 36 durch eine Abflachschaltung 48 fließe. Das Signal E64 enthält nun die Spitze entsprechend dem Abflachstrom IS48 (Fig. 16A). Nachstehend soll beschrieben werden, wie das Simulationssignal E106D zum Löschen der Signalspitze zusammengesetzt wird.

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004 I 0 3 ö

Zuerst erreicht ein Zeitsteuersignal E100D, welches zum Einschalten des GTO-Thyristors 26 dient, den logischen Pegel "1" (im Zeitpunkt t10 in Fig. 16B). Dann, wenn die Diode 36 abgeschaltet ist, beginnt das Potential ·"* des Signals E64 anzusteigen (etwa im Zeitpunkt t12 in Fig„ 16A)„ Die Vorderflanke des Signals E100D wird von dem Verzögerungselement 102D um eine feste Zeit verzögert. Die auf diese Weise verzögerte Vorderflanke des Signals E102D dient zum Triggern des Monoflops 104D.

"^u Jetzt erzeugt das Monoflop 104D das Gattersignal E104D mit fester Impulsbreite (zwischen t13 und t15 in Fig. 16C). Dieses Gattersignal E104D wird von dem WeI-lenformgenerator 106D in das Simulationssignal E106D umgesetzt (zwischen t13 und t17 in Fig. 16D). Wenn der

•5¹ Generator 106D ein CR-Integrator ist, wird der Kondensator C dieses RC -Integrators während der Dauer des hohen Pegels (t13 bis t15) des Signals E104D geladen, so daß das Potential des Signals E106D exponentiell ansteigt. Der Kondensator C wird während der niedrigen Pegel-Phase

(im Anschluß an den Zeitpunkt t15) des Signals E104D entladen, und das Potential des Signals E106D fällt exponentiell ab. Dann wird das Signal E106D mit der in Fig. 16D gezeigten Wellenform zusammengesetzt.

Wenn die Phase des Signals E106D mit der Phase der Spitze des Signals E64 zusammenfällt, ist der Signalverlauf des Signals E106D ähnlich der Spitze des Signals E64, und das Subtraktions-Verhältnis des Signals E106D und des Signals E64 im Operationsverstärker A66 ist der-

3u art eingestellt, daß die Spitzenkomponente des Signals E64 (d.h. die Abflachstromkomponente) aus dem Ausgangssignal E66 des Operationsverstärkers A66 entfernt wird (Fig. 16E). Auf diese Weise ermöglicht die Verwendung des Signals E66, aus dem die Abflachkomponente gelöscht

^ wurde, das Feststellen eines Überstroms mit sehr hoher

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Geschwindigkeit. Wie in Fig. 16E gezeigt ist, kann, wenn der überstrom-Erkennungspegel Vref beträgt, das Überstrom-Erkennungssignal E92 im Zeitpunkt t12 erzeugt werden.
5

Fig. 17 zeigt anhand konkreter Beispiele den Aufbau des Verzögerungselements 102D und des Wellenformgenerators 106D, die in Fig. 15 schematisch dargestellt sind. In der Schaltung gemäß Fig. 17 wird das Ausmaß der Verzögerung des Verzögerungselements 102D nach Maßgabe der Amplitude des Hauptschaltungs-Stroms IX (oder des Filterkondensator-Stroms IY) variiert. Da sich die Amplitude des Signals E64 ändert, ist es selbst dann, wenn die Phase der Spitze des Signals E64 schwankt, möglich, die Phase des Simulationssignals E106D in Übereinstimmung mit dieser Phasenänderung zu ändern, so daß die Abflachstromkomponente bevorzugt gelöscht wird.

Das Zeitsteuersignal E100D wird an einen ersten Eingang eines UND-Glieds 180 und an einen Löscheingang (CLR) eines Zählers 182 gegeben. Ein von einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 184 erzeugtes Schwingungssignal E184 wird an den zweiten Eingang des UND-Glieds 180 gelegt. Die Schwingungsfrequenz des VCO 184 ist proportional zu dem Gleichpotential des Ausgangssignals E186 einer Differentialschaltung 186. Das Signal E186 entspricht der Differenz (Es - E188) zwischen einem Bezugspotential + Es und einem Gleichpotential E188, welches proportional zu dem Potential des Signals E64 ist. Das Potential E188 wird von einem Pufferverstärker 188 abgegeben, der das Signal E64 empfängt. Wenn nämlich das Bezugspotential + Es festliegt, verringert sich die Frequenz des Schwingungssignals E184 mit einem Ansteigen des Potentials des Signals E64. Im Gegensatz dazu steigt, wenn das Potential des Signals E64 abnimmt

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■j (oder der Hauptschaltungs-Strom IX klein wird) , das Potential E186 ebenso wie die Frequenz des Schwingungssignals E184 an.

Unmittelbar nach dem Löschen durch die Vorderflanke des Signals E100D beginnt der Zähler 182 mit dem Zählen des das UND-Glied 180 durchlaufenden Schwingungssignals. Wenn der Zähler 182 hochgezählt ist, gibt er ein Übertrag-Ausgangssignal ab. Dieser Übertrag ist das Signal E102D, Ί0 welches das Monoflop 104D triggert. Es sei nun angenommen, daß es sich bei dem Zähler 182 um einen 4-Bit-Binärzähler handele, der ein Register (Flipflop) zum Festhalten des Übertrags nach dem Hochzählen enthalte. Es sei außerdem angenommen, daß die Frequenz des Schwingt} gungssignals E184 1,6 MHz betrage. Dann erzeugt der Zähler 182 das Signal E102D, wenn das Schwingungssignal E184 16 (= 2 ) Impulse erzeugt hat, d.h., wenn 10 Mikrosekunden (= 16/1,6 MHz) verstrichen sind, nachdem das UND-Glied 180 geöffnet wurde. Das Monoflop 104D erzeugt ein Rechteck-Gattersignal E104D mit einer Impulsbreite von z.B. 10 Mikrosekunden, wenn es von der Vorderflanke des Signals E102D getriggert wird. Dieses Signal E104D wird von dem Wellenformgenerator 106D, der aus einem RC-Integrator mit einer Zeitkonstante von beispielsweise 10 Mikrosekunden besteht, in das Simulationssignal E106D umgewandelt.

Wie in Fig. 16A durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, kann man den Fall betrachten, daß das Potential des Signals E64 aufgrund einer Abnahme des Hauptschaltungs-Stroms IX abgefallen ist. Die Schwingungsfrequenz des VCO 184 steigt beispielsweise von 1,6 MHz auf 2 MHz an, was auf diesen Spannungsabfall zurückzuführen ist. Dann gibt der 4-Bit-Binärzähler 182 das Signal E102D 8 Mikrosekunden (=2/2 MHz) nach seinem Löschen ab. Hier-

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durch wird also die durch das Verzögerungselement 102D bewirkte Verzögerungs2eit von 10 Mikrosekunden auf 8 Mikrosekunden verkürzt. Nun werden auch das Gattersignal E104D und das Simulationssignal E106D von dem Anfangspunkt (t10 in Fig. 16B) des Zeitsteuersignals E100D nur 8 Mikrosekunden verzögert (was durch die gestrichelten Linien in den Fig. 16C und 16D angedeutet ist) .

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß, wenn die Verzögerungszeit des Signals E102D nach Maßgabe des Pegels des Signals E64 verzögert wird, die Phase des Simulationssignals E106D der Phase der Spitze des Signals E64 folgt. Daher kann unabhängig von der Amplitude des Hauptschaltungs-Stroms IX das Signal E66 zum Feststellen eines Überstroms erhalten werden, ohne daß dieses Signal nennenswert von einer Abflachstromkomponente beeinflußt wird (Fig. 16A und 16E).

Außerdem ist es durch Austausch des VCO 184 gemäß Fig. durch einen Oszillator mit fester Schwingungsfrequenz möglich, ein Verzögerungselement 102D zu erhalten, dessen Zeitverzögerung konstant ist.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann das dem Hauptschaltungs-Strom IX des Wechselrichters entsprechende Signal anhand des Stroms gebildet werden, der durch die Spannungsversorgungsleitung zu der Last 60 der in Fig. 1 gezeigten Schaltung fließt. Der in Fig. 17 gezeigte Wellenformgenerator 106D kann aus einem LR- oder einem LCR-Schaltkreis bestehen, auch aus einem RC-Schaltkreis. Der Wellenformgenerator 106 (106D, usw.) kann entworfen werden, indem Gebrauch gemacht wird von dem Dioden-Tangentialapproximationsverfahren, wie es

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• bei Sinuswellen-Syntheseschaltungen oder dergleichen eines Funktionsgenerators verwendet wird. Für den Entwurf des Wellenformgenerators kann auch ein Wellenform-Umsetzverfahren angewendet werden, wobei die Nichtlinearitat der Spannungs-Strom-Kennlinie eines Halbleiterbauelements zugrundegelegt wird. In den Fig. 14, 15 und 17 kann das tatsächliche Ausgangssignal des Monoflops 104 (104D) als Simulationssignal E106 (E106D) verwendet werden (der Verlauf des Signals E66 ist in diesem Fall so,

^O wie er in Fig. 13C dargestellt ist). Beim Zusammensetzen des Simulationssignals gemäß Fig. 14 ist eine Übereinstimmung der Signalbreite und der Phase des Signals E106 mit der Breite der Spitze und der Phase des Signals E64 wesentlich bedeutsamer als die Ähnlichkeit der Wellenform des Simulationssignals E106 mit der Spitzen-Wellenform des Signals E64.

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Claims

Überstromdetektor für einen Wechselrichter Patentansprüche

1» überstromdetektor für einen Wechselrichter, der einen Filterkondensator (18) und eine Abflachschaltung (48 bis 58) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

eine erste Einrichtung (20, 22, 62, 64) zum Erkennen eines Stroms (IX)₄, der durch die Gleichstrom-Hauptschaltung (L14P, L14N) des Wechselrichters fließt, oder eines Stroms (IY), der durch den Filterkondensator (18) fließt, und zum Erzeugen eines ersten Signals (E64), das zur Höhe des Stroms (IX oder IY) im Verhältnis steht;

eine zweite Einrichtung (68 bis 90 in Fig. 1, 100 bis 106 in Fig„ 14) zum Erzeugen eines zweiten Signals (E80 bis E90 in Fig„ 1, E106 in Fig. 14), das der Höhe eines durch die Abflachschaltung (48 bis 58) fließenden Abflachstroms (IS48 bis IS58) entspricht, und

eine dritte Einrichtung (66, 92), die ein drittes Signal (E92) erzeugt, welches der Differenz zwischen dem ersten Signal (E64) und dem zweiten Signal (E80 bis E90 oder E106) entspricht, wobei das dritte Signal (E9 2) ein Ausgangssignal des überstromdetektors ist und zum Schutz des Betriebs des Wechselrichters verwendet wird.

2 ο Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß die zweite Einrichtung eine Sensorschaltung (68 bis

Radeckestra3e 43 80G0 München 60 Telefon (C59) 803403/883401 Telex 5212313 Telegramme Palentconsult

78 in Fig. 1) aufweist, die den Abflachstrom (IS48 bis IS58) erfaßt und ein Signal liefert, das im Verhältnis zu der Höhe cles Abflachstroms steht, um als das zweite Signal (E80 bis E90) verwendet zu werden.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Simulationsschaltung (100 bis 106 in Fig. 14) enthält, die den Zeitpunkt der Erzeugung des Abflachstroms (IS48 bis IS58) feststellt und synchron mit der Erzeugung des Abflachstroms ein Signal (E106) simuliert, dessen Größe

etwa im Verhältnis zur Höhe dieses Abflachstroms steht, um dieses simulierte Signal als das zweite Signal (E106) zur Verfügung zu stellen.

4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter mehrere Schaltelemente (24 bis 34) und mehrere Abflachschaltungen (48 bis 58) aufweist, von denen eine jeweils an eines der Schaltelemente gekoppelt ist, daß die zweite Einrichtung mehrere Sensorschaltungen (68 bis 90) aufweist, die den Abflachstrom (IS48 bis IS58) jeder der Abflachschaltungen (48 bis 58) individuell erfassen und Abflachsignale (E80 bis E90) liefern, die den einzelnen Abflachströmen (IS48 bis IS58) entsprechen, und daß die dritte Einrichtung eine Schaltung (R661 bis R668, A66, R921, R922, 92, 96) enthält, die die Differenz zwischen der Gesamtheit der Komponenten der Ab flach signale (ESO bis E'90) und dem ersten Signal (E64) ermittelt und das dritte Signal (E92) erzeugt, wenn die Größe der Differenz einen vorbestimmten Bezugswert (Vref) übersteigt.

5. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Simulationsschaltung folgende Merkmale aufweist:

eine Zeitsteuereinrichtung (100) zum Erzeugen eines Zeit-Steuersignals (E100, E100D), das mit dem Triggerzeitpunkt von Schaltelementen (24 bis 34) des Wechselrichters synchronisiert ist,

eine an die Zeitsteuereinrichtung (100) gekoppelte Verzögerungseinrichtung (102, 102D), die ein Verzögerungssignal (E102) erzeugt, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, nachdem sie das Zeitsteuersignal (E100, E100D) empfangen hat,

eine an die Verzögerungseinrichtung (102, 102D) gekoppelte Gattereinrichtung (104) zum Erzeugen eines Gattersignals (E104) nach dem Empfang des Verzögerungssignals (E102), und

eine Simulationseinrichtung (106), die an die Gattereinrichtung (104) angeschlossen ist und nach dem Empfang des Gattersignals (E104) ein Simulationssignal (E106) empfängt, dessen Wellenform der Wellenform des Abflachstroms (IS48 bis IS58) entspricht, wobei das Simulationssignal als das zweite Signal (E106) verwendet wird.

6„ Detektor nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Gattereinrichtung ein Monoflop (104) enthält, welches nach Triggerung durch das Verzögerungssignal (E102) das Triggersignal (E104) abgibt, welches eine dem Zeitraum, in welchem der Abflachstrom fließt, entsprechende vorbestimirite Impulsbreite aufweist, und daß die Simulationseinrichtung eine Integratorschaltung aufweist, die eine vorbestimmte Zeitkonstante besitzt, welche der Impulsbreite des Triggersignals (E104) entspricht.

7. Detektor nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung aufweist:

eine Detektoreinrichtung (20, 62), die ein Stromstärkensignal (E62) abgibt, welches im Verhältnis zur Höhe des Gleichstrom-Hauptschaltungs-Stroms (IX) des Wechselrichters oder des FilterkondensatorStroms (IY) steht, und

eine Einrichtung (180 bis 188) zum Ändern der vorbestimmten Zeitdauer, damit das Verzögerungssignal (E102) auf der Grundlage der Amplitude des Stromstärkensignals (E62) erzeugt werden kann.

8. Detektor nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung aufweist:

eine Detektoreinrichtung (20, 62), die ein Stromstärkensignal (E62) abgibt, welches im Verhältnis zur Höhe des Gleichstrom-Hauptschaltungs-Stroms (IX) des Wechselrichters oder des FilterkondensatorStroms (IY) steht, und

eine Einrichtung (180 bis 188) zum Ändern der vorbestimmten Zeitdauer, damit das Verzögerungssignal (E102) auf der Grundlage der Amplitude des Stromstärkensignals (E62) erzeugt werden kann.

9. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abflachschaltung einen parallel zu einem den Wechselrichter bildenden Schaltelement (24) zu schaltenden Abflachkondensator (C48) aufweist, und daß die Sensorschaltung aufweist:

einen Überbrückungskondensator (C68A), der parallel zu dem Abflachkondensator (C48) geschaltet ist, und

O O H IJ

einen Strorasensor (CT68, P68) , der an den Ladestromweg des Überbrückungskondensators (C68A) gekoppelt ist, um ein Erkennungssignal (E68) mit einer Größe zu erzeugen, die im Verhältnis zur Höhe des Stroms steht, der durch den uberbruckungskondensator fließt und dem Abflachstrom (IS48) entspricht, wobei das Erkennungssignal (E68) dem zweiten Signal (E80) entspricht.

10. Detektor nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Abflachschaltung einen Abflachkondensator (C48) und eine zu dem Abflachkondensator in Reihe geschaltete Diode (D48) aufweist, wobei die aus dem Abfiachkondensator und der Diode bestehende Serienschaltung (C48 + D48) parallel zu einem den Wechselrichter bildenden Schaltelement (24) parallelgeschaltet ist, und daß die Sensorschaltung aufweist:

einen Uberbruckungskondensator (C68B), der parallel zu der Serienschaltung (C48 + D48) geschaltet ist, und ' einen Stromsensor (CT68, P68), der an den Ladestromweg des Überbrückungskondensators (C68B) gekoppelt ist, um ein Erkennungssignal (E68) zu erzeugen, dessen Größe im Verhältnis zur Höhe des Stroms steht, der durch den uberbruckungskondensator fließt und dem Abflachstrom (IS48) entspricht, wobei das Erkennungssignal (E68) dem zweiten Signal (E80) entspricht.

11. Detektor nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Abflachschaltung einen Abflachkondensator (C48) enthält, der parallel zu einem den Wechselrichter bildenden Schaltelement (24) geschaltet ist, und daß die Sensorschaltung enthält:

einen Shunt (S68), der in dem Ladestromweg des Abflach-

kondensators (C48) liegt, und

eine Einrichtung (IT68) zum Erzeugen eines Erkennungssignals (E68), dessen Größe im Verhältnis zur Höhe des Stroms steht, der durch den Shunt (S68) fließt und dem Abflachstrom (IS48) entspricht, wobei das Erkennungssignal (E68) dem zweiten Signal (E80) entspricht.

12. Detektor nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Abflachschaltung einen Abflachkondensator (C48) enthält, der parallel zu einem den Wechselrichter bildenden Schaltelement (24) geschaltet ist, und daß die Sensorschaltung enthält:

ein Hallelement (H68), das magnetisch mit dem Ladestromweg des Abflachkondensators (C48) gekoppelt ist, und

eine Einrichtung (A68) zum Anlegen einer vorbestimmten Vorspannung an das Hallelement (H68) und zum Erzeugen eines Erkennungssignals (E68) aus dem Hallelement, wobei die Größe des Erkennungssignals im Verhältnis steht zu der Höhe eines Ladestroms (IS48) des Abflachkondensators und das Erkennungssignal (E68) dem zweiten Signal (E80) entspricht.

13. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachschaltung einen Abflachkondensator (C48) und eine zu dem Abflachkondensator in Serie geschaltete Diode (D48) aufweist, daß die aus dem Abflachkondensator und der Diode bestehende Serienschaltung (C48 + D48) parallel zu dem den Wechselrichter bildenden Schaltelement (24) geschaltet ist, und daß die Sensorschaltung eine Einrichtung (IT68) aufweist zum Erzeugen eines Erkennungssignals (E68), dessen Größe im Verhältnis zur Höhe des Span-

O O H I J α Ο

nungsabfalls steht, der durch den Abflachstrom (IS48) an der Diode (D48) hervorgerufen wird, wobei das Erkennungssignal (E68) dem 2weiten Signal (E80) entspricht.

14„ Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachschaltung einen Abflachkondensator (C48) und ein lichtemittierendes Element (LD68), das zu dem Abflachkondensator in Serie geschaltet ist und dessen Lichtintensität etwa proportional zur Höhe des Ladestroms des Abflachkondensators (C48) ist, aufweist, daß die aus dem Abflachkondensator und dem lichtemittierenden Element bestehende Serienschaltung (C48 + LD68) parallel zu einem den Wechselrichter bildenden Schaltelement (24) geschaltet ist, und daß die Sensorschaltung eine optisch an das lichtemittierende Element (LD68) gekoppelte Einrichtung (PT68) aufweist, die nach Maßgabe der Intensität des von dem Element abgegebenen Lichts ein Erkennungssignal (E68) erzeugt, das dem zweiten Signal (E80) entspricht.

15. Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor einen Stromwandler (CT68) aufweist, der magnetisch an den Ladestromweg des Überbrückungskondensators gekoppelt ist.

16. Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Stromsensor enthält:

ein lichtemittierendes Element (LD68), das in den Ladestromweg des Überbrückungskondensators eingefügt ist, um Licht mit einer Intensität abzugeben, die im Verhältnis zur Höhe des Ladestroms des Überbrückungskondensators steht, und

ein Photosensorelement (PT68), das optisch an das lichtemittierende Element (LD68) gekoppelt ist, um nach Maßgabe der Intensität des abgegebenen Lichts ein Erkennungssignal (E68) zu erzeugen, welches dem zweiten Signal (E80) entspricht.

17. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor einen Stromwandler (CT68) aufweist, der magnetisch an den Lade-

"JO stromweg des Überbrückungskondensators gekoppelt ist.

18. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Stromsensor enthält:

ein lichtemittierendes Element (LD68), das in den Ladestromweg des überbrückungskondensators eingefügt ist, um Licht mit einer Intensität abzugeben, die im Verhältnis zur Höhe des Ladestroms des überbrückungskondensators steht, und

ein Photosensorelement (PT68), das optisch an das lichtemittierende Element (LD68) gekoppelt ist, um nach Maßgabe der Intensität des abgegebenen Lichts ein Erkennungssignal (E68) abzugeben, welches dem zweiten Signal (E80) entspricht.