DE3541274A1 - Strom-messeinrichtung fuer einen stromrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strom-Meßeinrichtung für einen Stromrichter gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Eine solche Strom-Meßeinrichtung für einen Stromrichter ist beispielsweise aus der BBC-Druckschrift "Veritron- Doppelstromrichter, Typenreihe GAB für kreisstromfreien Umkehrbetrieb", 1977, Nr. DHS 70170D, insbesondere Signallaufplan HS 2029D NR. 1 bekannt. Dabei ist es üb­ lich, dem Strombedarf einer Last (z.B. Gleichstrommotor) einen bestimmten Stromrichter mit leistungsmäßig passen­ den Thyristoren und gegebenenfalls mit Lüfter zuzuord­ nen. Die Kombination von eingesetzten Thyristoren und Lüftungsart führt zu einer entsprechenden Stromwandler­ bürde und wird mit dem Stromrichter zusammen als fester Bestandteil werksmäßig geprüft, d.h. jedem Stromrichter­ typ ist eine bestimmte Wandlerbürde fest zugeordnet.

Bei Auftreten eines Störungsfalles besteht vielfach die Forderung, die Leistungseinheiten des Stromrichters im Interesse einer möglichst kurzen Betriebsunterbrechung schnell auszutauschen, und zwar gegen solche Leistungs­ einheiten, die im Ersatzteillager des Betreibers gerade vorrätig sind. Ist das Ersatzteil leistungsschwächer als die auszutauschende Einheit, so soll wenigstens ein Not­ betrieb mit vermindertem Strom möglich sein; ist es lei­ stungsstärker, so soll ein Betrieb ohne Gefahr einer Überlastung der Last durch Überstrom möglich sein.

Bei einer festen Zuordnung zwischen den Stromrichterty­ pen und den Wandlerbürden sind jedoch bei Leistungsteil­ änderungen die damit zwangsläufig verbundenen Bürdenän­ derungen zu berücksichtigen, und zwar beeinflussen die Bürdenänderungen die Stromreglerparameter der Steuer­ und Regeleinrichtung des Stromrichters, wie die Stromre­ gelkreisverstärkung sowie die Stromgrenzwerte. Es sind deshalb bei Leistungsteiländerungen in nachteiliger Wei­ se zeitaufwenge Abgleicharbeiten an der Steuer- und Re­ geleinrichtung notwendig.

Bei Austausch der Last gegen einen leistungsschwächeren oder leistungsstärkeren Typ ist es weiterhin von Nach­ teil, daß die fest an den Stromrichter gekoppelte Strom­ wandlerbürde nicht auf den Strombedarf der Last abge­ stimmt ist. Dies hat in nachteiliger Weise Ungenauigkei­ ten bei der Stromistwert-Erfassung zur Folge.

Ähnliche Probleme ergeben sich, falls ein universell für leistungsmäßig unterschiedliche Lasten geeigneter Strom­ richter geschaffen werden soll. Da die Stromwandlerbürde im bekannten Fall fest an den Stromrichter gekoppelt ist, ist keine optimale Stromistwert-Erfassung für lei­ stungsmäßig unterschiedliche Lasten möglich.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrun­ de, eine Strom-Meßeinrichtung für einen Stromrichter der eingangs genannten Art anzugeben, bei der ein Austausch der Leistungseinheiten des Stromrichters und der Last gegen leistungsschwächere oder leistungsstärkere Einhei­ ten (Typen) möglich ist, ohne daß dabei Abgleicharbeiten an der Steuer- und Regeleinrichtung des Stromrichters notwendig sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß bei Tausch der Lasttypen bzw. der Leistungsteil-Typen des Stromrichters keinerlei Ab­ gleicharbeiten an der Steuer- und Regeleinrichtung des Stromrichters nötig sind. Störungsbedingte Stillstands­ zeiten können sehr kurz gehalten werden, da durch einfa­ ches Auswechseln der Leistungseinheiten des Stromrich­ ters oder der Last die Betriebsbereitschaft wieder her­ gestellt wird, und zwar ist auch mit in der Leistung fehlangepaßten Leistungseinheiten bzw. einer fehlange­ paßten Last ein sicherer Betrieb möglich. Durch das ein­ stellbare Bürdenschaltwerk ist ein universeller Betrieb des Stromrichters mit leistungsmäßig unterschiedlichen Lasttypen bei jeweils optimaler Istwerterfassung und -aufbereitung möglich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsform erläutert. In der Zeichnung ist ein Umkehrstromrichter 1, bestehend aus zwei Drehstrombrücken 2, 3 dargestellt. Jede Drehstrom­ brücke 2, 3 ist auf einem eigenen Kühler montiert.

Der Umkehrstromrichter 1, liegt drehspannungsseitig über zwischengeschaltete Primärwicklungen eines Stromwandlers 4 an einem Drehstromnetz 5 und ist gleichspannungsseitig mit einer Gleichstrommaschine 6 als Last beschaltet.

Die Sekundärwicklungen des Stromwandlers 4 sind mit ei­ nem Gleichrichter 7 in Brückenschaltung verbunden, wobei eine Z-Diode ZD zwischen den Gleichspannungsausgängen des Gleichrichters 7 liegt. An diese Gleichspannungsaus­ gänge ist ein Bürdenschaltwerk 8 angeschlossen. Die Z- Diode ZD schützt die Sekundärwicklung gegen Spannungs­ überschläge, wenn durch einen Leitungsbruch die Wandler­ bürde abgetrennt wird. Dabei ist die Z-Spannung der Di­ ode ZD wesentlich größer als die bei normalem Betrieb auftretende Istwertspannung.

Mit dem positiven Gleichspannungsausgang des Gleichrich­ ters 7 sind dabei eine Diode D 1 mit ihrer Anode und ein zur Diode D 1 paralleler Widerstand R 4 des Bürdenschalt­ werkes 8 verbunden. An der Kathode der Diode D 1 sowie am Widerstand R 4 liegen mehrere Widerstände R 0, R 1, R 2, R 3 ... Rn (n = beliebige ganze Zahl). Während die Wider­ stände R 1 ... Rn über elektronische Schalter S 1, S 2, S 3 ... Sn (vorzugsweise Schalttransistoren) auf Massepo­ tential gelegt werden können, ist der Widerstand R 0 di­ rekt mit dem Massepotential und mit dem negativen Gleichspannungsausgang des Gleichrichters 7 verbunden.

Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R 0 ... Rn und der Diode D 1 des Bürdenschaltwerks 8 ist der Strom­ istwert i _ist abnehmbar und über einen Analog/Digital- Wandler 10 einem Mikrorechner 11 zuführbar.

An den Mikrorechner 11 ist ferner ein Stromnullmelder 9 angeschlossen, der eingangsseitig mit dem positiven Gleichspannungsausgang des Gleichrichters 7 verbunden ist. Der Mikrorechner 11 ist zur Ansteuerung des Schalt­ zustandes der elektronischen Schalter S 1 ... Sn mit den Steuereingängen dieser Schalter verbunden. Des weiteren gibt der Mikrorechner 11 Zündimpulse Z 2, Z 3 an die steu­ erbaren Leistungshalbleiter (Thyristoren) der Drehstrom­ brücken 2 bzw. 3 ab. Als weitere Eingabegrößen liegen dem Mikrorechner 11 der Lasttyp X der Gleichstrommaschi­ ne 6 sowie der Stromsollwert i _soll vor.

Die Drehstrombrücke 2 ist für die erste Stromrichtung, d.h. die Hauptstromrichtung, und die Drehstrombrücke für die zweite Stromrichtung, d.h. nur für kurzzeitige dyna­ mische Vorgänge bestimmt. Beide jeweils auf einem eige­ nen Kühler montierte Drehstrombrücken 2, 3 sind in glei­ cher Weise ausgebildet und leistungsmäßig ausgelegt. Die steuerbaren Leistungshalbleiter sind vorzugsweise in Moduln integriert. Infolge des getrennten und gleichen Aufbaues beider Drehstrombrücken 2, 3 sind die Brücken gegeneinander leicht austauschbar. Für Reparaturzwecke muß deshalb lediglich ein Brückentyp als Ersatzteil vor­ rätig sein. Zudem weisen Drehstrombrücken unterschiedli­ cher Leistung einen Kühler mit gleichen Abmessungen auf und sind deshalb untereinander austauschbar.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Anordnung erläu­ tert.

Der Mikrorechner 11 dient als zentrale Steuer- und Re­ geleinrichtung für den Betrieb des Umkehrstromrichters 1. Das vom Stromnullmelder 9 empfangene Signal dient dem Rechner 11 zur präzisen Umschaltung von der ersten Stromrichtung auf die zweite Stromrichtung und umge­ kehrt, da zur Vermeidung von Kurzschlußströmen im Strom­ richter 1 stets nur eine der Drehstrombrücken 2 oder 3 stromführend sein darf. Neben der Bildung der Zündimpul­ se Z 2, Z 3 erfüllt der Mikrorechner 11 die Aufgabe, die Stromistwerterfassung jeweils an den eingesetzten Last­ typ X anzupassen.

Die Stromfähigkeit der Stromrichter, d.h. der Drehstrom­ brücken 2, 3 ist dabei im Normalfall auf den Strombedarf der Gleichstrommaschine 6 abgestimmt. Damit dem maxima­ len Gleichstrom I _d durch die Maschine 6 ein Stromistwert i _ist von 100% zugeordnet ist, wird die Stromistwerter­ fassung entsprechend angepaßt. Dies erfolgt über den Mikrorechner 11 mit Hilfe des Bürdenschaltwerkes 8. Hierzu enthält der Mikrorechner 11 in einem nicht flüch­ tigen Speicher eine Zuordnung (Kombinationstabelle) zwi­ schen den verschiedenen Lasttypen X und den jeweils vor­ zusehenden Stromwandlerbürden.

Der Lasttyp X kann dem Mikrorechner 11 entweder direkt (manuell) eingegeben oder mit Hilfe eines übergeordneten Rechnersystems vorgegeben werden. Des weiteren ist es möglich, die Lasten zur eindeutigen Kennzeichnung des Lasttypes X jeweils mit unterschiedlichen Lasttyp-Codie­ rungskontakten L 1, L 2 zu versehen, wie es in der Figur gestrichelt dargestellt ist. Die Codierungskontakte L 1, L 2 sind dabei direkt der jeweiligen Last zugeordnet. Die Anschlüsse der Codierungskontakte sind über eine Aus­ werteschaltung 12 mit dem Mikrorechner 11 verbunden. Der erste Anschluß jedes Codierungskontaktes L 1, L 2 liegt dabei auf Massepotential und der zweite Anschluß ist über einen Widerstand R 5 bzw. R 6 mit einer positiven Spannungsquelle U+ verbunden. Die Lasttyp-Codierungskon­ takte L 1, L 2 können jeweils mittels Drahtbrücken geöff­ net oder geschlossen sein; hierdurch ergeben sich vier Codierungsmöglichkeiten, d.h. es können vier verschiede­ ne Lasttypen X unterschieden werden. Sollen mehr als vier verschiedene Typen codiert werden, so sind drei oder mehr Codierungskontakte vorzusehen.

Der Mikrorechner 11 stellt in Abhängigkeit des eingege­ benen Lasttyps X durch Öffnen und Schließen der Schalter S 1 ... Sn des Bürdenschaltwerkes 8 die gemäß eingespei­ cherter Kombinationstabelle erforderliche Stromwandler­ bürde ein. Mit Hilfe der vier gezeigten Schalter sind z.B. 16 verschiedene Wandlerbürden einstellbar.

Die Wandlerbürde wird also nicht von der Stromfähigkeit der Stromrichter, d.h. der Drehstrombrücken 2, 3 be­ stimmt, sondern vom Lasttyp X. Dies sichert eine optima­ le Istwertauflösung im Analog/Digital-Wandler 10 und einen festen, von der Leistungsfähigkeit der Stromrich­ ter unabhängigen Zusammenhang zwischen Lasttyp X und Stromreglerverstärkung. Die gespeicherte Zuordnung (Kom­ binationstabelle) zwischen den Lasttypen X und den Wand­ lerbürden enthält zweckmäßigerweise zusätzlich noch die Zuordnung zwischen Lasttyp und Reglerparameter.

Wird im Reparaturfall eine defekte Drehstrombrücke 2, 3 gegen eine leistungsschwächere Brücke ausgetauscht, weil z.B. keine passende Brücke vorrätig ist, so bleiben Bür­ de und Reglerparameter trotzdem unverändert. Bei einer festen Zuordnung zwischen Stromrichtertyp und Wandler­ bürde wäre mit einem leistungsschwächeren Stromrichter eine hochohmigere Wandlerbürde verbunden. Die daraus resultierende höhere Kreisverstärkung müßte dann durch andere Reglerparameter ausgeglichen werden, d.h. eine neue Regleroptimierung wäre erforderlich.

Bei Einsatz eines leistungsschwächeren Stromrichtertyps muß die Grenze des Stromsollwertes reduziert werden, da­ mit die Halbleiter nicht überhitzt werden. Deshalb kann dem Mikrorechner 11 über eine Codierschaltung die Strom­ fähigkeit des betreffenden Leistungsteils mitgeteilt werden. Dementsprechend setzt der Rechner dann die Gren­ ze für den Stromsollwert herab.

Beim universellen Betrieb des Stromrichters 1 mit lei­ stungsmäßig unterschiedlichen Lasten (Gleichstrommaschi­ nen 6) ist infolge der lastabhängigen Bürdeneinstellung stets eine optimale Istwerterfassung und -verarbeitung gewährleistet, da sich der in der Last fließende und durch den Stromwandler 4 nachgebildete Strom durch die Bürdenanpassung stets in einem Bereich von 0 bis 100% und damit stets innerhalb der von der Steuer- und Regel­ einrichtung verarbeitbaren Grenzen bewegt. Die Stromreg­ lerparameter der optimierten Steuer- und Regeleinrich­ tung sowie die Stromgrenzwerte können vorteilhaft für alle leistungsmäßig unterschiedlichen Lasten gleichblei­ ben.

Claims (6)

1. Meßeinrichtung zur Erfassung des Stromistwertes bei einem Stromrichter, mit einem Stromwandler und einer nachgeschalteten Wandlerbürde, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerbürde als variabel auf unterschiedliche ohmsche Widerstandswerte einstellbares Bürdenschaltwerk (8) ausgebildet ist, wobei die Einstellung der Bürde in Abhängigkeit der an den Stromrichter (1) geschalteten Last (6) erfolgt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bürdenschaltwerk (8) mehrere parallel geschaltete ohmsche Widerstände (R 1 ... Rn, n = beliebige ganze Zahl) aufweist, denen jeweils ein steuerbarer Schalter (S 1 ... Sn) in Serie liegt.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ansteuerung der Schalter (S 1 ... Sn) des Bürdenschaltwerkes (8) ein Mikrorechner (11) dient, dem eine Kombinationstabelle zwischen verschiedenen Lastty­ pen (X) und der jeweils einzustellenden Bürde eingespei­ chert ist und der die Schalter (S 1 ... Sn) in Abhängigkeit des eingegebenen Lasttyps (X) öffnet bzw. schließt.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Last (6) zur eindeutigen Kennzeich­ nung des Lasttyps (X) mit Lasttyp-Codierungskontakten (L 1,L 2) versehen ist, die über eine Auswerteschaltung (12) an den Mikrorechner (11) angeschlossen werden.

5. Meßeinrichtung nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (11) als Steuer- und Regeleinrichtung des Stromrichters (1) dient und der dem Bürdenschaltwerk (8) entnehmbare Stromistwert (i _ist ) dem Mikrorechner (11) über einen Analog/Digital-Wandler (10) zugeführt wird.

6. Meßeinrichtung nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mikrorech­ ner (11) eingespeicherte Kombinationstabelle zusätzlich eine Zuordnung zwischen den Lasttypen (X) und den Strom­ reglerparametern enthält.