DE3608149A1

DE3608149A1 - Schaltungsanordnung zum erkennen eines abnormalen betriebszustandes in einem wechselrichter

Info

Publication number: DE3608149A1
Application number: DE19863608149
Authority: DE
Inventors: Shigenori Higashino; Tooru Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1986-09-25
Also published as: JPS61214775A; US4636929A; CN85108028A; KR860007552A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erkennen eines abnormalen Betriebszustandes in einem Wechselrichter mit einer mindestens zwei Stromzweige aufweisenden Brückenschaltung/ die zwischen den positiven und den negativen Anschluß einer Gleichstromquelle geschaltet ist und deren Schaltelemente abwechselnd über Kreuz ein- und ausgeschaltet werden.

Vv Solche Uberwachungsschaltungen sind bereits bekannt und Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer derartigen Schaltung. Disse enthält eine Gleichstromquelle 1, Thyristoren SCR1 und SCR2 sowie SCR3 und SCR4, die jeweils zwei Stromzweige in einer Brückenschaltung bilden. Die sonst üblichen Bauelemente wie Freilaufdioden und Übertragungskreise sind aus Gründen der Übersichtlichkeit der Schaltung nicht gezeigt. Weiterhin ist ein Transformator 2 für den Wechselrichter vorgesehen sowie ein in Serie mit der Primärwicklung TR1 des Transformators 2 geschalteter Stromtransformator 3/ dessen Sekundärwicklung durch einen Widerstand 4 belastet ist. Der Spannungsabfall am Widerstand 4 wird mittels einer Schwellwertschaltung 6 mit einer Referenzspannung 5 verglichen.

Nachfolgend soll die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung beschrieben werden.

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Wird der zum Beispiel in'dem Stromkreis, bestehend aus der Gleichstromquelle 1, dem Thyristor SCR3, der Primärwicklung TR1, dem Thyristor SCR2/ fließende Strom i, aus irgendeinem Grunde zu hoch, so steigt der durch den Stromtransformator 3 fließende Strom und damit der Spannungsabfall an dem Widerstand 4 an und übers chreitet den Wert der Referenzspannung 5. Die Schwellwertschaltung 6 gibt an ihrem Ausgang ein überstromsignal ab, das anzeigt, daß der in der Primärwicklung TR1 des Transformators 2 fließende Strom zu hoch ist. Andere Fehler in dem Wechselrichter, die nicht zu einem solchen ansteigenden Strom führen, wie z.B. das Nichtzünden eines Thyristors, können jedoch nicht erkannt werden. Solche Fehler können zwar ebenfalls zu Überströmen führen, die Anzeige solcher Fehler ist jedoch stark verzögert. Ein Fehler in dem Wechselrichter wird nicht angezeigt, wenn sich z.B. die beiden Thyristoren jeweils eines an die Gleichstromquelle angeschlossenen Stromzweiges im nichtleitenden oder im durchgeschalteten Zustand befinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erkennen eines abnormalen Betriebszustandes in einem Wechselrichter vorzuschlagen, die wesentlich schneller und sicherer die verschiedensten Fehler in der Arbeitsweise eines Wechselrichters anzeigt, zu welchen Fehlern auch der offene Zustand und Kurzschlußzustand der Schaltelemente jeweils eines Stromzweiges gehören.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Stromzweig eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen eines Mittenpotentials des jeweiligen Stromzweiges mit einem Mittenpotential der Gleichstromquelle sowie eine Schwellwertschaltung aufweist, die dann einen abnormalen Betriebszustand anzeigt, wenn das Vergleichsergebnis unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteranspr.üchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es	zeigen:	1
Fig	•	2
Fig	•	(a) (d)
Fig bis	.3 3	(a) (d)
Fig bis	.4 4

ein Schaltbild eines bekannten Wechselrichters mit einer überwachungsschaltung;

ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ;

Wellenformen zur Darstellung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ohne Fehler im Wechselrichter; und

Wellenformen zur Schaltungsanordnung nach Fig. 2 beim Auftreten eines Fehlers im Wechselrichter .

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist eine Gleichstromquelle 1 vorgesehen, an der die beiden Stromzweige mit Transistoren Q1 und Q2 sowie Q3 und Q4 einer Brückenschaltung angeschlossen sind. Die Transistoren QT bis Q4 sind durch antiparallel geschaltete Dioden D1 bis D4 überbrückt. An die Gleichstromquelle 1 ist eine Serienschaltung von zwei Impedanzen Z1 und Z2 angeschlossen, um an einer Mittelzapfung zwischen beiden Impedanzen ein Mittenpotential VN der Gleichstromquelle 1 zu bilden. An diesem Mittenpotential VN der Gleichstromquelle 1 und an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren Q1 und Q2 des einen Stromzweiges ist eine Vergleichsschaltung 11 angeschlossen, die aus einem Differenzverstärker besteht. Diese Vergleichsschaltung stellt die Differenzspannung zwischen dem Mittenpotential VN der Gleichstromquelle 1 und dem Mittenpotential VO1 zwischen den beiden Transistoren Q1 und Q2 fest und eine Schwellwertschaltung 13, die an die Vergleichsschaltung 11 angeschlossen ist, vergleicht diese Differenzspannung mit einer Referenzspannung 12. Das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 13 gelangt über ein Zeitglied 14 an einen Ausgang 15.

Für den zweiten Stromzweig mit den Transistoren Q3 und Q4 sind ähnliche Bauelemente vorgesehen, nämlich eine Vergleichsschaltung 21, die der Vergleichsschaltung 11 entspricht, eine Schwellwertschaltung 23, die der Schwellwertschaltung 13 entspricht und ebenfalls eine Referenzspannung 22 zugeführt bekommt, sowie ein Zeitglied 24, das ein Ausgangssignal an einen Ausgang 25 abgibt. Die Transistoren

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Q1 und Q2 bzw. Q3 und Q4 der beiden Stromzweige sind jeweils durch Widerstände R1 und R2 bzw. R3 und R4 überbrückt, um im nichtleitenden Zustand der Transistoren ein definiertes Mittenpotential VO1 und VO2 zu gewährleisten.

Der Schaltvorgang der Transistoren Q1 und Q2, die einen Stromzweig bilden, läuft ab wie in den Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt ist. Die schraffierten Flächen geben den leitenden Zustand der Transistoren Q1 und Q2 wieder. Das Potential VO1 am Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren Q1 und Q2 ändert sich entsprechend der Fig. 3(c). Fig. 4(c) zeigt den Strom durch die Primärwicklung des Transformators 2. Die Mittellinie in Fig. 3(c) stellt das Mittenpotential VN der Gleichstromquelle 1 dar.

Diese Spannungswerte VN und VC1 werden der Vergleichsschaltung 11 zugeführt (siehe Fig. 3(c)) und am Ausgang der Vergleichsschaltung 11 entsteht ein Signal mit positiver oder negativer Polarität. Liegt der Absolutwert dieses Signals höher als der Wert der Referenzspannung 12, so stellt die Schwellwertschaltung 13 keinen abnormalen Zustand fest, so daß am Ausgang 15 kein Signal erzeugt wird.

Nachfolgend soll in Verbindung mit den Fig. 4(a) und 4(b) das Auftreten eines Fehlers in dem Wechselrichter beschrieben werden, und zwar der Zustand des Nichtzündens eines der Transistoren Q1, Q2. Befindet sich der Transistor Q2 zum Zeitpunkt ti im gesperrten Zustand, so hat das

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Potential VOI am Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren Q1 und Q2 den in Fig. 4(c) dazugehörigen Wert. Zum Zeitpunkt t2 nähert sich das Potential VO2 dem Mittenpotential VN der Gleichstromquelle 1 an. Zu den Zeitpunkten t3, t4, t5 ... beginnt ein weiterer Zeitraum, in dem die Potentiale VO1 und VN etwa gleich sind. Fig. 4(d) zeigt den Primärström des Transformators 2, wenn dieser Sperrzustand im Wechselrichter beginnt.

Sobald also ein gesperrter Zustand im Wechselrichter, wie beschrieben, auftritt, tritt ein Zeitraum auf, in dem die Potentiale VO1 und VN etwa gleich sind. Somit hat das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 11 etwa den Wert Null, so daß der Absolutwert des Ausgangssignals niedriger liegt als der Wert der Referenzspannung 12 und die Schwellwertschaltung 13 einen abnormalen Zustand in dem Wechselrichter feststellt. Da der Schwellwertschaltung 13 ein Zeitglied 14 nachgeschaltet ist, wird dieses Signal nur an den Ausgang 15 ausgegeben, wenn es eine bestimmte Länge (z.B. mehrere Zehntel Mikrosekunden) überschreitet, welche Dauer in dem Zeitglied 14 eingestellt ist. Beim Auftreten eines solchen Signals am Ausgang 15 wird somit also der offene Zustand des Wechselrichters festgestellt und ein entsprechendes Signal ausgegeben.

Das Zeitglied 14 ist vorgesehen, um ein falsches Ausgeben eines Störungssignals dann zu verhindern, wenn der offene Zustand der Transistoren lediglich eine kurze Zeit dauert. Eine solche überlappungszeit der gesperrten Zustände in den

Transistoren eines Stromzweiges ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, um keine Kurzschlüsse während des Umschaltens zu riskieren.

Die Funktion des rechten Stromzweiges in der Fig. 2 in Verbindung mit den Transistoren Q3 und Q4 arbeitet auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben.

Obwohl vorstehend nur der offene Zustand der Transistoren eines Stromzweiges in dem Wechselrichter als Störfall beschrieben wurde/ stellen sich ähnliche Verhältnisse auch bei einem gleichzeitigen Leitendwerden zweier Transistoren eines Stromzweiges ein, vorausgesetzt, daß die Spannungsteilung zwischen dem oberen und unteren Transistor eines Brückenzweiges etwa gleich ist. In einem solchen Fall kann dieser Störzustand gemäß der Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung ebenso schnell und sicher festgestellt werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung nur in Verbindung mit einer Phasenbrücke bestehend aus vier Transistoren in zwei Stromzweigen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich auch möglich, Wechselrichter mit Brückenschaltungen mit mehr als zwei Stromzweigen vorzusehen, z.B. in einer Drehstrom-Brückenschaltung. Außerdem ist es natürlich möglich, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch bei Wechselrichtern anzuwenden, die andere Schaltelemente als Transistoren verwenden.

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Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wird der abnormale Zustand eines Wechselrichters durch Vergleich des Mittenpotentials zwischen Schaltelementen eines Stromzweiges mit dem Mittenpotential der Gleichstromquelle verglichen. Auf diese Weise kann durch diese Schaltungsanordnung ein Störzustand des Wechselrichters festgestellt werden, ohne daß hierzu ein überhöhter Strom in der Primärwicklung des Wechselrichter-Transformators fließen muß/ d.h. also, daß sowohl Störfälle in der Form von fehlenden Zündungen oder gleichzeitigem Zünden der Schaltelemente eines Stromzweiges erkannt werden können.

- Leerseite -

Claims

2-3, Marunouchi 2 chome Chiyoda-ku, Tokyo 100 JAPAN Schaltungsanordnung zum Erkennen eines abnormalen Betriebszustandes in einem Wechselrichter PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zum Erkennen eines abnormalen Betriebszustandes in einem Wechselrichter mit einer mindestens zwei Stromzweige aufweisenden Brückenschaltung, die zwischen den positiven und den negativen Anschluß einer Gleichstromquelle geschaltet ist und deren Schaltelemente abwechselnd über Kreuz ein- und ausgeschaltet werden,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromzweig (Q1, Q2 bzw. Q3, Q4) eine Vergleichsschaltung (11 bzw. 21) zum Vergleichen eines Mittenpotentials (V01 bzw. V02) des jeweiligen Stromzweiges mit einem Mittenpotential (VN)

JB/iml

Martinistraße 24 D-2 800 Bremen 1

Telefon 0421-328037

Telecopierer 0421-32 68

Telex Datex-P

244020 fepatd 44421040311

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der Gleichstromquelle (1) sowie eine Schwellwertschaltung (13 bzw. 23) aufweist, die dann einen abnormalen Betriebszustand anzeigt, wenn das Vergleichsergebnis unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes (12 bzw. 22) liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschaltung (13, 23) ein Zeitgabeglied (14, 24) nachgeschaltet ist, das das einen abnormalen Zustand anzeigende Signal nur dann ausgibt, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer überschritten wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittenpotential der Gleichstromquelle (1) durch einen Spannungsteiler (Z1, Z2) mit Mittelanzapfung (VN) erzeugt wird und daß die Schaltelemente (Q1, Q2; Q3, Q4) jedes Stromzweiges zur Erzeugung eines Mittenpotentials (VO1, V02) durch gleich große Widerstände (R1, R2; R3, R4) überbrückt sind.