DE3347106C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanord­ nung ist aus der DE-22 42 415 C2 bekannt.

Halbleiter-Stromrichterbrücken werden mit steuerbaren Halb­ leiterschaltern wie z. B. Transistoren, Thyristoren oder GTO- Schaltern ausgerüstet (gate turn off). Sie dienen der Erzeu­ gung von Wechselspannungen, insbesondere für Fahrmotoren, aus einem Gleichstromnetz und können auch Energie an das Gleich­ stronnetz zurückspeisen, wenn die Fahrmotoren im Bremsbetrieb zu Generatoren werden. Man kennt einphasige und mehrphasige, insbesondere dreiphasige Stromrichterbrücken. Ein Wechselstrom­ anschluß, der stets zwischen zwei Halbleiterschaltern der Brücke liegt, kann entweder, wenn einer der Halbleiterschalter leitend ist, an dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle lie­ gen, oder, wenn der andere Halbleiterschalter leitend ist, am anderen Pol. Durch geeignete Ansteuerung der Halbleiterschalter wird vermieden, daß gleichzeitig beide Halbleiterschalter eines Zweiges leitend sind, da dann ein Kurzschluß zwischen den bei­ den Polen der Gleichspannungsquelle vorliegen würde.

Für einen ordnungsgemäßen Betrieb einer solchen Brücke ist es wichtig, daß die die Halbleiter-Schalter durchfließenden Ströme vor­ bestimmte Grenzwerte einhalten und daß Schutzmaßnahmen schnell ergriffen werden, wenn der Strom an irgendeinem Punkt der Brücke einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dies kann nicht nur der Fall sein, wenn zwei Halbleiter-Schalter eines Brückenzweiges gleich­ zeitig leitend sind, sondern auch dann, wenn ein Wechselstrom­ anschluß versehentlich an Erde gelangt oder wenn zwei Wechsel­ stromanschlüsse miteinander in Kontakt kommen (Lastwiderstand wird Null).

Aus der obengenannten DE-22 42 415 C2 ist eine Schaltungsan­ ordnung zum Schutz eines Wechselrichters bekannt, der in jedem Brückenzweig zwei Drosseln in Reihe mit je einem der Halblei­ terschalter besitzt. An jede Drossel ist eine Erfassungsspule induktiv angekoppelt, wobei diese Spulen so geschaltet sind, daß sich die Spannungen an den Erfassungsspulen eines Wechsel­ richterbrückenzweiges beim gleichzeitigen Anliegen einer Spannung an den Drosselspulen addieren. Wegen der in die Messung hineinwirkenden Drosseln erfolgt die Erfassung von Durchzündungen langsamer, als dies für den Schutz der Brücke vielfach erforderlich wäre.

Die DE-OS 20 55 265 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erfas­ sung von Durchzündunden der Brücke mit zwei Drosseln in Reihe mit je einem Brückenschalter in jedem Brückenzweig und zwei diesen zugeordneten Meßwandlern. Diese Schaltungsanordnung kann nur Durchzündungen erfassen, nicht dagegen Erdschlüsse. Außerdem ist sie nicht gleichermaßen im generatorischen wie im motorischen Betrieb der Brücke wirksam.

Schließlich ist noch die DT-25 41 701 B2 zu nennen, die eine Einrichtung zur Erfassung von Kommutierungsstörungen bei einem einphasigen Wechselrichter zeigt. Hier mißt ein erster Meß­ wandler den Laststrom, und ein anderer die Ströme in zwei je einem der Brückenzweige zugeordneten Brückenschaltern. Auch in dieser Einrichtung können nur Kurzschlüsse im motorischen Betrieb erfaßt werden.

Um alle Fehlermöglichkeiten zu berücksichtigen, und um auch die für die normale Regelung der Frequenz oder der Spannung nötigen Informationen zu bekommen, müßte man in jedem Brücken­ zweig drei Wandler vorsehen, und zwar einen zur Überwachung des Stroms in jedem der beiden Halbleiter-Schalter und einen dritten zur Überwachung des Laststroms, der vom Wechselstromanschluß zur Last bzw. dem Verbraucher fließt. Jedem dieser Wandler muß dann ein Signalauswerteschaltkreis mit einem Komparatorver­ stärker nachgeschaltet sein, der nur dann ein Signal liefert, wenn der zu überwachende Strom eine vorgegebene Schwelle über­ schreitet.

Die Erfindung löst die Aufgabe, die Anzahl der Wand­ ler und der diesen nachgeordneten Auswerteschaltkreise deut­ lich zu verringern, ohne daß wichtige Informationen dabei ver­ lorengingen.

Diese Aufgabe wird durch die Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand dieses bevorzugten Aus­ führungsbeispiels mithilfe der Zeichnung näher erläutert, die das Schaltbild einer Halbleiter-Stromrichterbrücke mit der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt.

Hier handelt es sich um eine dreiphasige Stromsichterbrücke die aus einer Gleichspannungsquelle mit einem positiven Gleich­ spannungspol 1 und einem negativen Gleichspannungspol 2 ge­ speist wird und die drei Ausgangsklemmen R, S und T besitzt. Die Last besteht aus drei Impedanzen 3, 4 und 5 in Dreieck­ schaltung wie dargestellt, oder in Sternschaltung. Hier handelt es sich beispielsweise um drei Statorwicklungen eines asynchronen Drehstrommotors.

Jede Drehstrombrücke besitzt bekanntlich drei Zweige mit je zwei Halbleiterschaltern 6 und 7 bzw. 8 und 9 bzw. 10 und 11. Die Schalter sind als Transistoren, Thyristoren oder GTO-Schal­ ter ausgebildet. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke jedes Halbleiter- Schalters liegt eine Diode 12 bis 17, über die im Bremsbetrieb ein Strom fließt. Der Wechselstromanschluß R bzw. S bzw. T liegt in jedem Zweig zwischen den beiden Halbleiterschaltern. Im Normalbetrieb werden die Basiselektroden der Transistoren 6 bis 11 zyklisch so angesteuert, daß der Wechselstromanschluß eines Zweiges entweder am positiven Pol 1 oder am negativen Pol der Gleichspannungsquelle hängt. Durch ein geeignetes Schaltprogramm ergibt sich zwischen den drei Wechselstrom­ anschlüssen ein symmetrisches Drehstromsystem, dessen Zei­ gerdiagramm ein gleichseitiges Dreieck bildet.

Zur Erfassung der Ströme in den einzelnen Teilen der Stromrich­ terbrücke sind insgesamt drei Wandler 18 bis 20 vorgesehen, und zwar ein Hallwandler für jeden Zweig. Durch das zentrale Loch des Wandlers führen zwei Leitungen hindurch, nämlich einerseits die Verbindungsleitung des mit dem positiven Pol 1 verbundenen Halbleiter-Schalters zum Wechselstromanschluß und anderer­ seits die Verbindungsleitung vom Wechselstromanschluß zum an­ deren Halbleiter-Schalter desselben Zweiges. Die beiden Leitungen sind durch den Wandler so hindurchgeführt, daß, wenn beide Halbleiter-Schalter des Zweiges gleichzeitig leitend sind, sich deren Ströme in der Wirkung im Wandler addieren. Der Innenaufbau des Wandlers, insbesondere dessen Sekundärseite, ist nicht im einzelnen dar­ gestellt, da es sich hier um klassische Bauteile handelt. Aus­ gangsseitig besitzt jeder Wandler drei Anschlüsse 21, 22, 23, an denen Spannungen in Abhängigkeit von der Amplitude und der Polarität der aus den beiden Primärschleifen zusammengesetzten Ströme abgreifbar sind.

Da im Normalbetrieb die beiden Halbleiter-Schalter eines Zweiges oder die beiden Dioden eines Zweiges nie gemeinsam zugleich stromfüh­ rend sind, läßt sich an den Ausgangsklemmen eines Wandlers stets der richtige Spitzenwert des Primärstroms erfassen. Dieser Wert läßt sich also zur Spannungsfrequenzregelung der Brücke und da­ mit zur Strombegrenzungsregelung des Stromrichters heranziehen. Zu den möglichen Fehlern, die in einer solchen Brücke auftre­ ten können, zählen die Erd- oder Hochspannungsschlüsse eines oder mehrerer der Wechselstromanschlüsse, die Lastschlüsse zwischen zwei Wechselstromanschlüssen und solche Schaltfehler, bei denen beide Halbleiterschalter eines Zweiges gleichzeitig leitend sind. Alle diese Fälle führen zu einer deutlichen Er­ höhung der Ausgangsspannung mindestens eines der Wandler 18 bis 20, so daß Schutzmaßnahmen schnell ergriffen werden können.

Durch die Erfindung wird also die Anzahl der Wandler und der ihnen nachgeschalteten Auswerteschaltkreise deutlich verringert, ohne daß ein Informationsverlust eintritt. Vielmehr werden nach wie vor alle möglichen Fehlerkriterien erfaßt.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur polaritätsgerechten Erfassung der Ströme in einer Halbleiter-Stromrichterbrücke mit zwei Gleich­ stromanschlüssen, zwischen denen pro Wechselstromphase je ein aus zwei Halbleiterschaltern in Reihe bestehender Zweig liegt, wobei der Wechselstromanschluß jeweils zwischen den beiden zugeordneten Halbleiterschaltern angeordnet ist, von denen im Normalbetrieb stets höchstens einer stromführend ist, wobei mittels Meßwandlern in beiden Halbleiterschaltern eines Zwei­ ges fließende Ströme erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zweig ein Meßwandler (18, 19, 20) so eingefügt ist, daß sowohl der Strom, der vom ersten Gleichstromanschluß (1) durch den ersten Halbleiterschalter (6, 8, 10) zum Wech­ selstromanschluß (R, S, T), als auch der Strom, der vom Wech­ selstromanschluß durch den zweiten Halbleiterschalter (7, 9, 11) zum zweiten Gleichstromanschluß (2) fließt, im Wandler erfaßt wird, und zwar derart, daß, wenn beide Halbleiterschal­ ter gleichzeitig leitend sind, sich deren Ströme in der Wir­ kung addieren und der Wandler ein stärkeres Meßsignal erzeugt als im Fall nur eines leitenden Halbleiterschalters.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wandler (18, 19, 20) mit einer Primärschleife zwischen einem der Halbleiterschalter (6, 8, 10) und dem Wechselstromannschluß (R, S, T) und mit einer zweiten Primär­ schleife zwischen dem Wechselstromanschluß und dem anderen Halbleiterschalter (7, 9, 11) angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein Hallwandler (18, 19, 20) ist.