DE3442607C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überstromschutzschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-OS 33 12 288).

Fig. 1 zeigt prinzipiell eine solche herkömmliche Überstromschutzschaltung, bei der eine durch das Bezugszeichen 1 angedeutete Wechsel­ stromquelle mit einem Umformer bzw. Gleichrichter 2 verbun­ den ist, der durch Gleichrichter-Elemente 3 gebildet wird; ein Kondensator 4 ist einerseits mit dem Umformer 2 und an­ dererseits über einen Stromdetektor 5 mit einem Stromrichter 6 verbunden; an den Stromrichter 6 ist ein Wechselstrom­ motor 7 angeschlossen. Eine Steuerschaltung 8 gibt ein erstes, durch das Bezugszeichen 9 angedeutetes Steuersignal auf eine Unterbrechungsschaltung 10; ein zweites, durch das Bezugs­ zeichen 11 angedeutetes Steuersignal wird als Ausgangssignal der Unterbrechungsschalter 10 auf den Stromrichter 6 gegeben; das Ausgangssignal 12 des Stromdetektors 5 gelangt als Ein­ gangssignal auf einen Verstärker 13. Der vom Verstärker 13 ab­ gegebene Strom, der durch das Bezugszeichen 14 angedeutet ist, wird auf eine Überlast-Diskriminations-Schaltung 15 gegeben, die als Überlast-Schutzeinrichtung dient. Die Überlast-Diskriminationsschaltung 15 erzeugt wiederum ein Überlast-Unterbrechungssignal, das durch das Bezugszeichen 16 angedeutet ist und auf die Unterbrechungs­ schaltung 10 gegeben wird.

Im folgenden soll die Funktionsweise dieser herkömmlichen Überlast-Schutzschaltung beschrieben werden.

Der Umformer 2 führt eine Gleichrichtung des von der Wech­ selstromquelle 1 gelieferten Wechselstroms durch die Gleich­ richter-Elemente 3 durch und bildet einen entsprechenden Gleichstrom. Der von dem Gleichrichter 2 gelieferte Gleich­ strom wird durch den Kondensator 4 geglättet, so daß dem Stromrichter 6 ein geglätteter Gleichstrom zugeführt wird; in dem Stromrichter 6 werden die elektrischen Ventile, die mit den Armen bzw. Zweigen des Stromrichters 6 verbunden sind, nacheinander durch ein Signal ein- bzw. abgeschal­ tet, das durch das zweite Steuersignal 11 einer Impuls­ dauer- bzw. Impulsbreite-Modulation unterworfen worden ist. Der Stromrichter speist also den als Wechselstromlast dienenden Wechselstrommotor mit Wechselstromenergie va­ riabler Frequenz und variabler Spannung, so daß der Wech­ selstrommotor mit variabler Drehzahl laufen kann.

Die Steuerschaltung 8 gibt das erste Steuersignal 9 ab, das der Impulsdauer-Modulation unterworfen ist. Wird die Unterbrechungsschaltung 10 bei normalen Bedingungen be­ trieben, d. h., wenn kein Überlast-Unterbrechungssignal 16 abgegeben wird, wird das erste Steuersignal 9, so wie es ist, von der Schaltung 10 als zweites Steuersignal 11 abgegeben (d. h. also, daß die Größe des Eingangssignals und des Ausgangssignals gleich ist). Wenn jedoch ein Über­ last-Unterbrechungssignal 16 ausgegeben wird, erzeugt das zweite Steuersignal 11 ein Signal zur Abschaltung der elek­ trischen Ventile des Stromrichters 6 unabhängig von dem ersten Steuersignal, um die Energiezufuhr zur Last zu be­ enden. In diesem Fall stellt der Stromdetektor 5 den dem Stromrichter 6 zugeführten Strom fest und liefert ein Detektorsignal 12 mit einer dem festgestellten Strom ent­ sprechenden Größe zu dem Verstärker 13. Der Verstärker 13 verstärkt das Strom-Feststellungssignal 12 und gibt das verstärkte Signal als Stromsignal 14 auf die Überlast- Diskriminationsschaltung 15. Überlast-Diskriminations­ schaltung 15 besitzt eine reziprokproportionale Zeit/Strom-Kennlinie, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Das Überstrom-Unterbrechungs­ signal 16 wird nämlich nicht ausgegeben, wenn der in dem Stromrichter fließende Strom kleiner als ein erster Nenn- Strom 17 ist, der wiederum dem Nennwert des Stromrichters entspricht. Tritt jedoch ein Überlast-Zustand in der Weise auf, daß während einer vorgegebenen Zeitspanne ein Strom fließt, der den ersten Nenn-Strom 17 übersteigt, so wird das Überlast-Unterbrechungssignal 16 zu der Unterbrechungs­ schaltung 10 abgegeben, um die verschiedenen Bauteile und Anordnungen zu schützen, wie bsps. den Umformer 2, den Kondensator 4, den Stromrichter 6, und die Wechselstrom­ quelle 7; dabei verstreicht eine Zeitspanne, die der Kennlinie nach Fig. 2 entspricht. Wird das Überlast-Unter­ brechungssignal 16 ausgegeben, so führt die Unterbrechungs­ schaltung 16 dem Stromrichter 6 ein Signal zum Abschalten der Stromrichterventile des Stromrichters 6 zu, wodurch der Betrieb des Stromrichters 6 unterbrochen und damit der Last keine elektrische Energie mehr zugeführt wird.

Bei der Überlast-Schutzschaltung der herkömmlichen Strom­ richteranordnung mit der oben beschriebenen Konstruktion ergibt sich jedoch das folgende Problem: Wenn der Umformer 6 und der Glättungskondensator 4 unter Berücksichtigung des ersten Nenn-Stroms 17 auf der Basis eines dreiphasigen Wechselstroms als Energiequelle 1 ausgelegt werden, und wenn in diesem Fall ein einphasiger Wechselstrom als Ener­ giequelle 1 benutzt wird, so fließt ein zu hoher Strom in dem Umformer 2, weil der Glättungskondensator 4 von dem dreiphasigen Betrieb auf den einphasigen Betrieb umge­ stellt wird; es besteht deshalb die Gefahr, daß dieser Strom den beabsichtigten Grenzwert übersteigt. Es ist deshalb wesentlich, daß dieser Nenn-Strom kleiner als der Nenn-Strom für eine dreiphasige Wechselstromquelle ist, d. h., der Umformer 2 und der Glättungskondensator 4 müssen bei einem Strombereich benutzt werden, der kleiner als der zweite Nenn-Strom für eine einphasige Wechselstrom­ quelle ist, damit der in diesen Anordnungen und Bauteilen fließende Strom innerhalb des festgelegten Wertes gehalten werden kann. Es ist jedoch schwierig, den Umformer 2 und den Glättungskondensator 4 gegen die Schäden zu schützen, die durch eine Überlastung zum Zeitpunkt der Zuführung der einphasigen Wechselstromenergie verursacht werden, da die Überlast-Schutzschaltung 15 eine umgekehrte Zeit/Strom- Schutzkennlinie hat, die auf der Basis des ersten Nenn­ stroms für ein dreiphasiges Wechselstromnetz bzw. eine dreiphasige Wechselstromquelle festgelegt worden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gleich­ richterventile eines Umrichters mit Gleichspannungs­ zwischenkreis für den Fall einer einphasigen wie auch einer dreiphasigen Wechselstromspeisung wirksam gegen Überlastung zu schützen; insbesondere soll eine Stromrichteranordnung vorgeschlagen werden, die mit hoher Zuverlässigkeit betrieben werden kann und sowohl den Umformer als auch den Glättungskonden­ sator sogar dann gegen eine Überlastung schützt, wenn die Stromrichteranordnung, deren Umformer und Glättungskonden­ sator für eine dreiphasige Wechselstromquelle ausgelegt worden sind, mit einer einphasigen Wechselstromquelle betrieben wird.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Eine zweckmäßige Ausführungsform ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltdiagramm einer herkömmlichen Strom­ richteranordnung,

Fig. 2 die Kennlinie des Überlast-Schutzes für die herkömmliche Stromrichteranordnung,

Fig. 3 ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung,

Fig. 4 die Kennlinie des Überlast-Schutzes einer Aus­ führungsform einer Stromrichteranordnung nach der vor­ liegenden Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform einer Einphasen/Dreiphasen-Energie-Diskriminatorschaltung, die bei der Stromrichteranordnung nach der vorliegenden Erfin­ dung verwendet wird, und

Fig. 6 ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform einer Überstrom-Schutzschaltung, die bei der erfindungsgemäßen Stromrichteranordnung eingesetzt wird.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben.

In Fig. 3, die bezüglich gleichen Bezugzeichen mit Fig. 1 übereinstimmt, bezeichnet das Bezugzeichen 18 eine erste Über­ last-Diskriminatorschaltung als Überlast-Schutzeinrichtung für eine dreiphasige Stromquelle, die eine auf der Basis des ersten Nenn-Stroms 17 für eine dreihphasige Energie­ quelle festgelegte Kennlinie hat, wie man in Fig. 4 bei A erkennt. Diese Diskriminatorschaltung 18 erzeugt also dann keine Überlast-Unterbrechungssignal 16, wenn der in der Stromrichteranordnung fließende Strom klei­ ner als der Nenn-Strom 17 bei Speisung mit einem Drei­ phasenstrom ist. Wenn jedoch ein Strom fließt, der höher als der Nenn-Strom ist, und dadurch ein Überlastzustand entsteht, gibt sie nach Überschreiten der Kennlinie A ein Überlast-Unterbrechungssignal 16 an die Unterbrechungs­ schaltung 10 ab, um den Umformer 2, den Kondensator 4, den Stromrichter 6, den Wechselstrommotor 7 und die anderen Komponenten zu schützen.

Das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine zweite Überlast-Dis­ kriminatorschaltung für eine einphasige Stromquelle, die eine Kennlinie hat, die auf der Basis eines zweiten Nenn- Stroms 20 festgelegt ist, wie in Fig. 4 bei B angedeutet. Die Dis­ kriminatorschaltung 19, gibt dann kein Überlast-Unterbrechungssignal 16 ab, wenn der in der Stromrichteranordnung fließende Strom kleiner als der Nenn-Strom 20 bei Speisung durch eine ein­ phasige Energiequelle ist; bei einem Strom, der die Kennlinie B übersteigt, gibt die Schaltung 19 ein Überlast-Unterbrechungssignal 16 an die Unterbrechungs­ schaltung 10 ab.

Die erste und zweite Überlast-Diskriminatorschaltung 18, 19, die als Überstrom-Pegeländerungseinrichtungen dienen, können den üblichen Aufbau haben, so daß diese Schaltungs­ anordnung nicht nochmals im Detail beschrieben werden soll.

Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen ersten Kontakt in dem Stromkreis zwischen dem Verstärker 13 und der ersten Über­ last-Diskriminatorschaltung 18; ein zweiter Kontakt 22 befindet sich in dem Stromkreis zwischen dem Verstärker 13 und der zweiten Überlast-Diskriminatorschaltung 19; eine Einphasen/Dreiphasen-Diskriminatorschaltung 23 gibt ein Dreiphasen-Signal 24 ab, indem der erste Kontakt 21 geschlossen wird, wenn ein Dreiphasen­ strom zugeführt wird, oder ein Einphasen-Signal 25, in­ dem der zweite Kontakt 22 geschlossen wird, wenn ein Ein­ phasenstrom zugeführt wird.

In der Diskriminatorschaltung 23, (Fig. 5) erzeugt ein Dreiphasen-Transformator bzw. Wandler 23 A, der als Isolation gegen die Leitungsspannungen RST dient, sekundärseitig Spannungen, die nach Gleichrichtung mittels Gleichrichtern 23 D und Kondensatoren 23 E als Pegel einer logischen Schaltung zugeführt werden. Diese Pegel werden einer Einphasen-Diskriminatorschaltung 23 F bzw. einer Dreiphasen-Diskriminatorschaltung 23 G zugeführt.

Die Einphasen-Diskriminatorschaltung 23 F wird durch ein ODER-Glied 23 C, ein UND-Glied 23 H und ein NICHT-Glied 23 I gebildet und gibt ein Einphasensignal 25 ab, wenn die Netzspannung einphasig ist.

Die Dreiphasen-Diskriminatorschaltung 23 G wird durch das UND-Glied 23 B gebildet und gibt ein Dreiphasensignal 24 ab, wenn die Netzspannung dreiphasig ist.

Im folgenden soll die Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 5 erörtert werden, soweit sie über die Funktion der Schaltung nach Fig. 1 hinausgeht.

Die Einphasen/Dreiphasen-Diskriminatorschaltung 23 gibt ein Dreiphasensignal 24 ab, wenn es sich um eine dreiphasige Energiequelle handelt, und ein Einphasensignal 25, wenn die Energiequelle nur eine Phase liefert. Wird das Einphasensignal 24 ausgegeben, so wird der ersten Kon­ takt 21 geschlossen, d. h., ein Stromsignal 14 wird an die erste Überlast-Diskriminatorschaltung 18 angelegt. Wird das Einphasensignal 25 ausgegeben, so wird der zweiten Kon­ takt 22 geschlossen, d. h., das Stromsignal 14 wird an die zweite Überlast-Diskriminatorschaltung 19 angelegt.

Abhängig von der Stellung der Kontakte 21, 22 erzeugt ent­ weder die erste Diskriminatorschaltung 18 bei Überschreiten der Kennlinie A (Fig. 4) oder die zweite 19 bei Überschreiten der Kennlinie B des Überlastunterbrechungssignal 16.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Strom­ richter verwendet worden, der mit Pulsdauermodulation ar­ beitet; es ist jedoch ebenfalls auch möglich, einen Strom­ richter einzusetzen, der Pulsamplitudenmodulation (PAM) betrieben wird. Weiterhin wurde oben erwähnt, daß Dioden als Komponenten für den Stromrichter benutzt wer­ den; statt dessen können jedoch auch beliebige, andere Gleichrichterelemente eingesetzt werden; als elektrische Ventilke stehen Transistoren, Thyristoren und ähnliche Bau­ elemente zu Verfügung.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine drei­ phasige Energiequelle oder eine einphasige Energiequelle selbsttätig durch die Einphasen/Dreiphasenenergie-Dis­ kriminatorschaltung festgestellt. Es ist jedoch auch möglich, manuell eine Umschaltung der Kontakte 21, 22 durchzuführen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind zwei Überlast- Diskriminatorschaltungen vorgesehen; diese Schaltungen werden in Abhängigkeit von der Art der Speise-Energie ge­ schaltet, um einen Schutz gegen eine Überlastung durch Änderung der Schutzkennlinie durchzuführen. Der gleiche Effekt läßt sich jedoch durch Verwendung einer einzigen Überlast-Diskriminatorschaltung und durch Änderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers erreichen, wenn die Schutzkennlinie zwischen einem einphasigen Strom und ei­ nem dreiphasigen Strom umgestellt werden kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der in einer Strom- bzw. Sammelschiene fließende Gleichstrom ermittelt und daraus eine Überlastung festgestellt; statt dessen kann auch der Ausgangsstrom des Stromrichters, der Ein­ gangsstrom des Umformers, der Kondensatorstrom und ähn­ liche Ströme eingesetzt werden, soweit sie für die Fest­ stellung einer Überlastung geeignet sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird im folgen­ den unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform stellt eine Einphasen/Dreipha­ senenergie-Diskriminatorschaltung 30 fest, ob es sich bei der zur Verfügung stehenden Spannungsquelle für die Strom­ richteranordnung um eine einphasige oder um eine drei­ phasige Quelle handelt; die Schaltung 30 erzeugt ein Ein­ phasensignal 101, wenn es sich um eine einphasige Strom­ quelle handelt, während sie ein Dreiphasensignal 102 ab­ gibt, wenn es sich um eine dreiphasige Energiequelle han­ delt. Ein erster Kontakt 111 wird geschlossen, wenn das Einphasensignal 101 erzeugt wird, um so ein Über­ stromreferenzsignal 81 für die einphasige Energiequelle an einem Komparator 90 anzulegen. Ein zweier Kontakt 112 wird geschlossen, wenn das Dreiphasensignal 102 er­ zeugt wird, um dadurch ein Überstromreferenzsignal 82 für eine dreiphasige Energiequelle an den Komparator 90 anzule­ gen. Dementsprechend gibt der Komparator 90 ein Unter­ brechungssignal 100 ab, wenn das Stromfeststellungssignal 12 größer als das Überstromreferenzsignal 81 für eine einphasige Energiequelle ist, also für den Fall, daß es sich um eine einphasige Energiequelle handelt, wodurch der Betrieb des Stromrichters 6 beendet wird. Andererseits erzeugt der Komparator 90 das Ausgangs-Unterbrechungssignal 100, wenn das Stromfeststellungssignal 12 größer als das Über­ stromreferenzsignal 82 für eine dreiphasige Energiequelle ist, also für den Fall, daß es sich um eine dreiphasige Ener­ giequelle handelt, wodurch ebenfalls der Betrieb des Strom­ richters 6 beendet wird.

Eine Basistreiberschaltung 120 empfängt das Unterbrechungs­ signal 100 und ein erstes Basissignal 110 und führt dem Stromrichter 6 ein zweites Basissignal 130 zu. Bei norma­ lem Betrieb wird das erste Basissignal 110, so wie es ist, als zweites Basissignal 130 an den Stromrichter 6 angelegt, um die Transistoren des Stromrichters 6 ein- und abzu­ schalten. Die Zuführung des zweiten Basissignals 130 wird jedoch bei einem Überstromzustand durch das Ausgangsun­ terbrechungssignal 100 verhindert, um dadurch den Betrieb der Transistoren des Stromrichters 6 zu beenden. Die automatische Umstellung er­ folgt in der Weise, das bei einer einphasigen Energie­ quelle die Überstromreferenz für die einphasige Energie­ quelle benutzt wird, während bei einer dreiphasigen En­ ergiequelle die Überstromreferenz für die dreiphasige En­ ergiequelle benutzt wird.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird entweder das Über­ stromreferenzsignal 81 für die ein­ phasige Energiequelle oder das Überstromreferenzsignal 82 für die dreiphasige Energiequelle ausgewählt. Der gleiche Effekt kann bspw. dadurch erhalten werden, daß das Stromfest­ stellungssignal 12 durch eine Verstärker verstärkt und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers zum Zeitpunkt der Zuführung eines einphasigen Stroms oder eines dreiphasigen Stroms geändert wird, um den Überstrompegel entsprechend zu variieren.

Gemäß dem beschriebenen Grundgedanken der vorliegenden Er­ findung können also die Bauelemente der Stromrichteran­ ordnung, wie bspw. der Umformer, der Glättungskondensa­ tor usw. gegen die Schäden geschützt werden, die durch eine Überlastung verursacht werden, und zwar sogar dann, wenn die Stromrichteranordnung mit dem Umformer, dem Glättungskondensator und den anderen Bauteilen, die auf einen speziellen Wert auf der Basis der Benutzung einer dreiphasigen Energiequelle ausgelegt worden sind, mit einer einphasigen Energiequelle betrieben wird. Damit er­ gibt sich also eine Stromrichteranordnung, die extrem zu­ verlässig arbeitet und auf vielen Gebieten eingesetzt werden kann.

Claims (2)

1. Überstromschutzschaltung für einen statischen Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis mit einem Sensor zur Erfassung eines Überstroms im Zwischenkreis, dessen Aus­ gangssignal bei Überschreiten eines Schwellwertes die Sperrung des lastseitigen Wechselrichters verursacht, gekennzeichnet durch einen Diskriminator (23, 30), der in Abhängigkeit von der Speisung des Um­ richters (2, 4, 6) mit einphasigem oder dreiphasigem Wechselstrom eine Umschaltung des Ausgangssignals (12) des Stromsensors (5) auf eine erste oder zweite Über­ lasterfassungsschaltung (18, 19) mit unterschiedlichen Schwellwerten bewirkt, so daß bei einphasiger Speisung die Sperrung des Wechselrichters (6) bei einem gering­ eren Überstrom erfolgt als bei dreiphasiger Speisung.

2. Überstromschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlastschutz eine Zeitcharakteristik aufweist, die reziprok proportional zum Überstrom wirkt.