DE3541274A1 - Current measuring device for a static converter - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Strom-Meßeinrichtung für einen Stromrichter gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1.The invention relates to a current measuring device for a converter according to the preamble of the An saying 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.Such a current measuring device for a converter is, for example, from the BBC publication "Veritron- Double converter, type series GAB for circuit current-free Reversal operation ", 1977, No. DHS 70170D, in particular Signal schedule HS 2029D NO. 1 known. It is common the current requirement of a load (e.g. DC motor) a certain power converter with performance match the thyristors and, if applicable, with a fan nen. The combination of used thyristors and Type of ventilation leads to a corresponding current transformer burden and is together with the converter as a fixed Component tested at the factory, i.e. every power converter type is firmly assigned to a particular converter burden.
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.If a malfunction occurs, there is often Demand, the power units of the converter in the Interest in the shortest possible business interruption exchange quickly, against such performance units that are currently in the operator's spare parts warehouse are in stock. Is the spare part less powerful than the unit to be exchanged, at least one emergency operation with reduced current may be possible; is it lei more powerful, so an operation without risk of Overloading the load may be possible.
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.With a fixed assignment between the converter types pen and the converter burdens are with the power section changes the inevitably associated burdens to take into account changes that affect the Burden changes the current controller parameters of the tax and control device of the converter, such as the Stromre loop gain and current limits. There are therefore in the case of changes in the power section in disadvantageous white se time-consuming adjustment work on the tax and re Gel setup necessary.
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.When replacing the load with a less powerful one or more powerful type, it continues to be from part that the current firmly coupled to the converter converter burden is not based on the power requirements of the load is true. This disadvantageously has inaccuracy results in the actual current value acquisition.
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.Similar problems arise if a universal for different loads of suitable electricity judge to be created. Because the current transformer burden in the known case firmly coupled to the converter is not an optimal current actual value detection for lei Different loads possible.
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.On this basis, the invention is based on the object de, a current measuring device for a converter Specify the type mentioned at the beginning of an exchange the power units of the converter and the load against weaker or more powerful units ten (types) is possible without doing adjustment work on the control and regulating device of the converter are necessary.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich neten Merkmale gelöst.This object is characterized by in claim 1 Features resolved.
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.The advantages that can be achieved with the invention are special in that when the load types or the Power unit types of the converter no Ab same work on the control and regulation of the Converters are necessary. Downtime due to failure times can be kept very short, as simple exchanging the power units of the converter the operational readiness is put, and is also in the performance mismatched power units or a mismatched one a safe operation possible. Through the one adjustable burden switch is a universal operation of the converter with different performance Load types with optimal actual value acquisition and -processing possible.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.
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. The invention is explained below with reference to the embodiment shown in the drawing. In the drawing, a reversing converter 1 consisting of two three-phase bridges 2 , 3 is shown. Each three-phase bridge 2 , 3 is mounted on its own cooler.
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.The reversing converter 1 is connected on the three-phase voltage side via interposed primary windings of a current transformer 4 to a three-phase network 5 and is connected on the DC voltage side to a DC machine 6 as a load.
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.The secondary windings of the current transformer 4 are connected to a rectifier 7 in a bridge circuit, with a Z- diode ZD lying between the DC voltage outputs of the rectifier 7 . A load switching mechanism 8 is connected to these DC voltage outputs. The Z - diode ZD protects against flashovers the secondary winding voltage when by a wire break the converter load is disconnected. The Z voltage of the diode ZD is considerably greater than the actual value voltage that occurs during normal operation.
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.With the positive DC voltage output of the rectifier 7 , a diode D 1 with its anode and a diode R 1 parallel resistor R 4 of the load switching mechanism 8 are connected. There are several resistors R 0 , R 1 , R 2 , R 3 ... Rn (n = any integer) at the cathode of diode D 1 and at resistor R 4 . While the resistors R 1 ... Rn can be connected to ground potential via electronic switches S 1 , S 2 , S 3 ... Sn (preferably switching transistors), the resistance R 0 is directly connected to the ground potential and to the negative DC voltage output of the rectifier 7 connected.
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.At the common connection point of the resistors R 0 ... Rn and the diode D 1 of the load switching device 8 , the current value i is removable and can be fed to a microcomputer 11 via an analog / digital converter 10 .
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.A current zero detector 9 is also connected to the microcomputer 11 and is connected on the input side to the positive DC voltage output of the rectifier 7 . The microcomputer 11 is connected to control the switching state of the electronic switches S 1 ... Sn with the control inputs of these switches. Furthermore, the microcomputer 11 gives ignition pulses Z 2 , Z 3 to the controllable power semiconductors (thyristors) of the three-phase bridges 2 and 3, respectively. As a further input variables 11 are the microcomputer of the type of load X, the Gleichstrommaschi ne 6 and the current target value i soll before.
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.The three-phase bridge 2 is intended for the first current direction, ie the main current direction, and the three-phase bridge for the second current direction, ie only for short-term dynamic processes. Both three-phase bridges 2 , 3 , each mounted on its own cooler, are designed in the same manner and are designed for performance. The controllable power semiconductors are preferably integrated in modules. As a result of the separate and identical construction of the three-phase bridges 2 , 3 , the bridges are easily interchangeable. For repair purposes, therefore, only a bridge type needs to be in stock as a spare part. In addition, three-phase bridges with different capacities have a cooler with the same dimensions and are therefore interchangeable.
Nachfolgend wird die Betriebsweise der Anordnung erläu tert.The operation of the arrangement is explained below 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.The microcomputer 11 serves as a central control and regulating device for the operation of the reversing converter 1 . The signal received by the zero current detector 9 is used by the computer 11 for precise switching from the first current direction to the second current direction and vice versa, since in order to avoid short-circuit currents in the converter 1, only one of the three-phase bridges 2 or 3 may be live. In addition to the formation of the ignition pulse Z 2 , Z 3 , the microcomputer 11 fulfills the task of adapting the actual current value acquisition to the type X load used.
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.The current capability of the converter, that is, the three-phase bridge 2 , 3 is normally matched to the current requirement of the DC machine 6 . So that the maximum direct current I d through the machine 6 is assigned a current actual value i of 100%, the current actual value is adjusted accordingly. This is done via the microcomputer 11 with the aid of the load switching mechanism 8 . For this purpose, the microcomputer 11 contains, in a non-volatile memory, an assignment (combination table) between the various load types X and the respective current transformer burdens to be seen.
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. The load type X can either be entered directly (manually) into the microcomputer 11 or specified using a superordinate computer system. Furthermore, it is possible to provide the loads for unambiguous identification of the load type X with different load type coding contacts L 1 , L 2 , as shown in dashed lines in the figure. The coding contacts L 1 , L 2 are assigned directly to the respective load. The connections of the coding contacts are connected via an evaluation circuit 12 to the microcomputer 11 . The first connection of each coding contact L 1 , L 2 is at ground potential and the second connection is connected via a resistor R 5 or R 6 to a positive voltage source U +. The load type coding contacts L 1 , L 2 can each be opened or closed by means of wire jumpers; This results in four coding options, ie four different load types X can be distinguished. If more than four different types are to be coded, three or more coding contacts must be provided.
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.The microcomputer 11 sets depending on the input load type X by opening and closing the switches S 1 ... Sn of the load switching mechanism 8, the current transformer required according to the stored combination table. With the help of the four switches shown, 16 different converter loads can be set, for example.
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.The converter burden is therefore not determined by the current capacity of the converter, ie the three-phase current bridges 2 , 3 , but by the load type X. This ensures an optimal actual value resolution in the analog / digital converter 10 and a fixed connection, independent of the performance of the power converter, between load type X and current controller gain. The stored assignment (combination table) between the load types X and the converter loads expediently also contains the assignment between the load type and controller parameters.
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.If a defective three-phase bridge 2 , 3 is replaced by a weaker bridge in the event of a repair because, for example, no suitable bridge is available, the load and controller parameters remain unchanged. With a fixed assignment between converter type and converter burden, a less powerful converter would be associated with a higher impedance converter burden. The resulting higher loop gain would then have to be compensated for by other controller parameters, ie a new controller optimization would be required.
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. If a lower-power converter type is used, the limit of the current setpoint must be reduced since the semiconductors are not overheated. Therefore, the microcomputer 11 can be informed of the current capability of the relevant power section via a coding circuit. The computer then lowers the limit for the current setpoint accordingly.
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.In the universal operation of the converter 1 with different loads in terms of performance (direct current machines 6 ), optimal load detection and processing is always ensured as a result of the load-dependent burden setting, since the current flowing in the load and simulated by the current transformer 4 is always in one by the burden adjustment Range from 0 to 100% and thus always within the limits that can be processed by the control device. The current controller parameters of the optimized control and regulating device and the current limit values can advantageously remain the same for all loads with different outputs.
Claims (6)
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DE19853541274 DE3541274A1 (en) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | Current measuring device for a static converter |
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