DE3624353A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung von sicherungen eines zwischenkreis-umrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Über­ wachung der Sicherungen in den Brückenzweigen des Gleich­ richters eines Zwischenkreis-Umrichters mit eingeprägtem Strom sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Bei verschiedenen Einsatzfällen für Zwischenkreis-Umrich­ ter ist es nötig, die Netzzuleitungen über drei Strang­ sicherungen abzusichern. Bei relativ hohen Betriebsströ­ men hat es sich in diesem Zusammenhang allerdings als vorteilhaft erwiesen, wenn statt dessen jeder einzelne Leistungshalbleiter in den Brückenzweigen des Gleich­ richters abgesichert wird. Dadurch können nämlich Siche­ rungen mit einer geringeren Stromtragfähigkeit Verwendung finden. Damit ein einwandfreier Betrieb des solcherma­ ßen abgesicherten Zwischenkreis-Umrichters gewährlei­ stet wird, ist es allerdings erforderlich, daß eine Sicherungsüberwachung vorgesehen ist. Dazu befindet sich bei handelsüblichen Zwischenkreis-Umrichtern parallel zu jeder Sicherung ein Optokoppler mit Längswiderstand. Bei einem Durchschmelzen einer der zugehörigen Siche­ rungen entsteht an deren jeweiligen Klemmen eine Spannung, die den zugehörigen Optokoppler ansprechen läßt. Auf der Sekundärseite der Optokoppler kann dann ein potential­ getrenntes Störungssignal abgegriffen werden. Dieses Ver­ fahren weist allerdings den Nachteil auf, daß eine auf­ wendige Verdrahtung mit kurzschlußfesten Teflonleitungen im Leistungsteil des Zwischenkreis-Umrichters vorgenom­ men werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Sicherungsüber­ wachung außerhalb des eigentlichen Leistungsteils mög­ lich ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine ein­ fache Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Ver­ fahrens zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so ausgestaltet wird, daß in jeder Netzzuleitung in jeder Periode des speisenden Stromes dessen Polarität erfaßt und beim Ausbleiben eines Polaritätswechsel ein Stö­ rungssignal abgegeben wird, sofern der eingeprägte Strom einen Mindestwert aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich dabei zunutze, daß im Betrieb der Strom im Zwischenkreis nicht unter etwa 20% des Nenn­ stroms absinkt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit in den Netzzuleitungen angeordneten Stromfühlern, wie diese zum Generieren von Meßsignalen ohnehin meist vor­ handen sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß den Strom­ fühlern eine Brückenschaltung nachgeschaltet ist und daß beim Ausbleiben des Stroms in einem Brückenzweig der Brückenschaltung das Störungssignal auslösbar ist. Dadurch ergibt sich eine ausgesprochen einfache Schal­ tungsanordnung.

Eine vorteilhafte Ausbildung dieser Vorrichtung ist da­ durch gekennzeichnet, daß nur in zwei der drei Netzzu­ leitungen als Stromfühler Stromwandler vorgesehen sind, die über jeweils einen ihrer sekundärseitigen Anschlüs­ se jeweils den ersten und zweiten und über den anderen sekundärseitigen Anschluß gemeinsam den dritten Brücken­ zweig speisen. Dadurch ist für den Fall, daß für die erfindungsgemäße Vorrichtung gesonderte Stromfühler ein­ gesetzt werden müssen, eine einfache äußerst aufwands­ arme Stromfühleranordnung gewährleistet.

Eine weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einem digitalen konjunktiven Verknüpfungsglied zuführbar ist, an dessen zweitem Eingang ein Freigabesignal vorliegt, sofern der eingeprägte Strom einen Mindestwert aufweist. Auch bei dieser Vorrichtung liegt der Vorteil im gerin­ gen Schaltungsaufwand.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schaltung zur Generierung von Störungssigna­ len bei Sicherungsausfall,

Fig. 2 eine Wandleranordnung für eine solche Schaltung und

Fig. 3 eine Schaltung zum Verknüpfen mehrerer Störungs­ signale zu einem gemeinsamen Störungssignal.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Zwischenkreis-Um­ richter mit eingeprägtem Strom I gezeigt, der einen ge­ steuerten Gleichrichter aufweist, der aus Thyristoren TH 1 bis TH 6 in Drehstrom-Brückenschaltung besteht. Da­ bei ist jeder der Thyristoren TH 1 bis TH 6 jeweils durch eine Sicherung S 1 bis S 6 abgesichert. Der Strom I wird über eine Drossel DR an der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte nachgeordnete Verbraucher geleitet, die über Klemmen K 4 und K 5 an den Zwischenkreis anschließ­ bar sind. Die Speisung des Zwischenkreis-Umrichters er­ folgt über Klemmen K 1, K 2 und K 3, die mit den Phasen R, S und T eines Drehstromnetzes verbunden sind. Demzufolge werden Ströme I _R , I _S und I _T in die Brückenzweige aus den Thyristoren TH 1 und TH 4 bzw. TH 3 und TH 6 bzw. TH 5 und TH 2 eingespeist. In den Netzzuleitungen sind Stromwandler W 1, W 2 und W 3 angeordnet, die den Strömen I _R , I _S und I _T ent­ sprechende Ströme _R , _S und _T generieren. Diese Ströme _R , _S und _T werden jeweils einem der Anschlüsse auf der Sekundärseite jedes der Stromwand­ ler W 1 bis W 3 entnommen, wobei die jeweils zweiten An­ schlüsse der Sekundärseite der Stromwandler W 1, W 2 und W 3 mit Massenpotential verbunden sind.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 sind sechs Optokoppler O 1 bis O 6 mit ihren zugehörigen Dioden zu einer Drehstrom- Brückenschaltung verschaltet, wie sie strukturell der Drehstrom-Brückenschaltung aus den Thyristoren TH 1 bis TH 6 entspricht. In den Brückenzweig, der aus den Dioden der Optokoppler O 1 und O 4 gebildet ist, wird der Strom _R eingespeist, an den Brückenzweig, der aus den Dioden der Optokoppler O 3 und O 6 gebildet ist, wird der Strom _S geleitet und in den Brückenzweig, der aus den Dioden der Optokoppler O 5 und O 2 gebildet ist, wird der Strom _T eingespeist. Die Kathoden der Dioden der Optokoppler O 1, O 3 und O 5 sowie die Anoden der Dioden der Optokoppler O 4, O 6 und O 2 führen an einen Widerstand R 1, der als Bürde für die Brückenschaltung vorgesehen ist. Durch diesen Widerstand fließt demzufolge ein Strom, der als Strom I bezeichnet ist und der dem Zwischenkreisstrom I proportional ist.

Beim Betrieb des gesteuerten Gleichrichters aus den Thyristoren TH 1 bis TH 6 ist immer eines der folgenden Thyristorpaar leitend: Thyristor TH 1 und Thyristor TH 2 bzw. Thyristor TH 2 und Thyristor TH 3 bzw. Thyristor TH 3 und Thyristor TH 4 bzw. Thyristor TH 4 und Thyristor TH 5 bzw. Thyristor TH 5 und Thyristor TH 6 bzw. Thyristor TH 6 und Thyristor TH 1. Während das Thyristorpaar aus den Thyristoren TH 1 und TH 2 leitend ist, fließt in der Phase R der Strom I _R durch den Wandler W 1, den Thyristor TH 1, die Sicherung S 1, die Drossel DR, den an den Klemmen K 4 und K 5 angeordneten Verbraucher, den Thyristor TH 2 und die Sicherung S 2. Der Strom I _R entspricht dabei dem Strom I. Der Strom in der Leitung für die Phase T entspricht dabei -I und der Strom I _S ist gleich Null. Die Thyristoren TH 3, TH 5, TH 4 und TH 6 sind zu diesem Zeitpunkt gesperrt.

Falls eines der anderen Thyristorpaare leitend ist, so gilt entsprechendes. Die Stromflußdauer für jeden Thyri­ stor beträgt jeweils 60° el., die Stromflußdauer eines Thyristors der Thyristoren TH 1 bis TH 6 beträgt jeweils 120° el., da jeweils ein Thyristor der Thyristoren TH 1 bis TH 6 jeweils in zwei aufeinanderfolgenden Thyristor­ paaaren vertreten ist. Es ergibt sich damit für die Strom­ verläufe in den Phasen R, S und T ein jeweils um 120° el. versetzter treppenförmiger Stromverlauf, der jeweils al­ ternierende Stromblöcke von jeweils 120° el. aufweist, die voneinander durch stromlose Zustände von jeweils 60° el. getrennt sind. In einer Periode fließt also der Strom als Stromblock in jeder der Phasen R, S und T einmal in positiver und einmal in negativer Richtung.

Falls nur die Zuleitungen abgesichert wären, würde es ausreichen, zu prüfen, ob in jeder der Phasen R, S oder T überhaupt Strom fließt. Das Vorzeichen des Stromflus­ ses wäre in diesem Fall nicht auszuwerten. Bei einer Ein­ zel-Thyristor-Absicherung, wie sie in der Schaltung ge­ mäß Fig. 1 vorgenommen ist, muß jedoch geprüft werden, ob in jeder der Phasen R, S und T der Strom mit beiden Polaritäten fortlaufend wechselnd auftritt. Der positi­ ve Strom der Phase R fließt nämlich nur durch den Thyri­ stor TH 1 und die Sicherung S 1, während der negative Strom der Phase R nur durch den Thyristor TH 2 und die Sicherung S 4 fließt. Wenn also in der Phase R der positive Strom­ block fehlt, so ist dies ein eindeutiger Beweis dafür, daß die Sicherung S 1 abgeschmolzen ist. Wenn der negative Stromblock der Phase R fehlt, so ist das ein eindeutiger Beweis dafür, daß die Sicherung S 4 abgeschmolzen ist. Für die anderen Sicherungen gelten entsprechende Überlegungen. Jeder der sechs Stromblöcke, die innerhalb einer Perioden in den drei Netzzuleitungen auftreten, läßt sich damit genau einer der Sicherungen S 1 bis S 6 zuordnen.

Um eben diese sechs Stromblöcke aus den Phasen R, S und T zu generieren, ist die Drehstrom-Brückenschaltung aus den Optokopplern O 1 bis O 6 vorgesehen. Dabei fließt in der Diode des Optokopplers O 1 stets dann ein Strom, wenn ein positiver Stromblock der Phase R vorliegt, in der Diode des Optokopplers O 2 fließt dann ein Strom, wenn ein negati­ ver Stromblock in der Phase T vorliegt, in der Diode des Optokopplers O 3 fließt dann ein Strom, wenn ein positi­ ver Stromblock in der Phase S vorliegt, in der Diode des Optokopplers O 4 fließt dann ein Strom, wenn ein negati­ ver Stromblock der Phase R vorliegt, in der Diode des Optokopplers O 5 fließt dann ein Strom, wenn ein positi­ ver Stromblock der Phase T vorliegt und in der Diode des Optokopplers O 6 fließt dann ein Strom, wenn ein negati­ ver Stromblock der Phase S vorliegt. Ein Stromfluß in den Dioden der Optokoppler O 1 bis O 6 bewirkt jeweils ein Licht­ signal, das auf lichtempfindliche zugehörige Transistoren der Optokoppler O 1 bis O 6 einwirkt, die dementsprechend an Klemmen 6 bis K 11 elektrische Signale abgeben.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist gezeigt, daß die An­ ordnung aus den Stromwandlern W 1 bis W 3 gemäß Fig. 1, die dort gestrichelt angedeutet ist, auch durch eine Anordnung von nur zwei Wandlern, nämlich den Wandlern W 1 und W 2 er­ setzbar ist. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Summe der Ströme I _R , I _S und I _T stets gleich Null ist. Dem­ entsprechend ist auch die Summe der transformierten Ströme _R , _S und _T ebenfalls stets gleich Null. Der Strom _T ergibt sich damit zwangsläufig als _T gleich - _T - _S . Eben diese Größen - _R und - _S können jedoch den jeweils zweiten Anschlüssen der Stromwandler W 1 und W 2 entnommen werden, wie dies in der Darstellung gemäß Fig. 1 bereits angedeutet ist. Dementsprechend werden bei einer Schal­ tungsanordnung gemäß Fig. 2 die jeweils zweiten Anschlüsse der Wandler W 1 und W 2 nicht mehr an Masse geführt, son­ dern bilden gemeinsam einen Anschluß, der zum Speisen des Brückenzweiges aus den Optokopplern O 5 und O 2 geeignet ist.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist gezeigt, wie die aus den an den Klemmen K 6 bis K 11 abgreifbaren einzelnen Signalen, die als Störungssignale jeweils auf den Ausfall einer der Sicherungen S 1 bis S 6 hindeuten, ein gemein­ sames Störungssignal gebildet werden kann, das ganz all­ gemein auf einen Sicherungsausfall hinweist.

Über die Klemme K 6 gelangt dazu das Ausgangssignal des Optokopplers O 1 an einen ersten Anschluß eines Konden­ sators C 1, dessen zweiter Anschluß auf Massepotential sich befindet. Dieser Kondensator C 1 wird über einen Widerstand R 4 mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt, die über eine Klemme K 12 zuführbar ist. Diese bedeutet, daß mit jedem Ansprechen des Optokopplers O 1 der Konden­ sator C 1 entladen wird und dann über den Widerstand R 4 wieder auf die Versorgungsspannung hin aufgeladen wird.

Die am Kondensator C 1 resultierende Spannung gelangt an den positiven Eingang eines Komparators KR, dessen inver­ tierender Eingang auf eine Bezugsspannung gelegt ist, die durch einen Spannungsteiler realisiert wird, der durch die Widerstände R 2 und R 3 gebildet ist. Diese Schaltungsan­ ordnung hat zur Folge, daß dann, wenn kein fortlaufendes Ansprechen des Optokopplers O 1 erfolgt, vom Komparator KR ein Fehlersignal an ein ODER-Glied OG 1 geleitet ist.

In entsprechender Weise sind für jede der Klemmen K 6 bis K 11 zugeordnete Schaltungselemente vorgesehen, wobei in der Darstellung der Übersichtlichkeit halber nur noch die an die Klemme K 11 führende Schaltung gezeigt ist, die an einen Kondensator C 6 führt, der einseitig mit Masse­ potential beaufschlagt ist und mit seinem anderen An­ schluß über einen Widerstand R 9 an die Klemme K 12 ge­ schaltet ist. Der Verbindungspunkt des Kondensators C 6 und des Widerstandes R 9 führt an den nichtinvertierenden Eingang eines Komparators KR, dessen invertierender Eingang wie auch die invertierenden Eingänge der übri­ gen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Komparatoren an den Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und R 3 führt. Das Ausgangssignal des Komparators K 6 gelangt als Störungssignal an das ODER-Glied OG 1.

Gleichgültig, welche der Sicherungen S 1 bis S 6 durchge­ schmolzen ist, so wird in jedem Fall vom ODER-Glied OG 1 ein Störungssignal generiert, das auf einen Sicherungs­ ausfall hinweist. Dieses Fehlersignal gelangt an den er­ sten Eingang eines UND-Gliedes U, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines ODER-Gliedes OG 2 verbunden ist, das stets dann ein Signal logisch "1" an seinem Ausgang führt, wenn seitens der Steuerungseinrichtung ST für den Zwi­ schenkreis-Umrichter über eine Leitung L 1 ein Signal lo­ gisch "1" ausgegeben wird, wenn nämlich der Strom I 20% seines Nennwertes erreicht hat oder über eine Leitung L 2 ein Signal logisch "1" ausgegeben wird, wenn die Steuer­ spannung des Gleichrichters stark im Gleichrichter-Betrieb steht, d. h. wenn ein Stromflußwinkel kleiner 20° el. vor­ liegt. Immer dann, wenn eine dieser beiden Bedingungen vorliegt und vom ODER-Glied OG 1 ein Fehlersignal generiert wird, wird dieses Fehlersignal über das UND-Glied U an eine nachgeschaltete Meldeeinrichtung M durchgeschaltet.

Es wäre auch möglich, daß anstelle der Dioden der Opto­ koppler O 1 bis O 6 Reihenschaltungen aus jeweils einem Widerstand und einer üblichen Diode vorgesehen wären, wobei dann der bei Stromfluß durch eine dieser Dioden entstehende Spannungsabfall an den zugehörigen Wider­ ständen auszuwerten wäre. Eine solche Auswertung könnte beispielsweise über Schmitt-Trigger mit vorgegebener Schaltschwelle erfolgen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überwachung der Sicherungen in den Brückenzweigen des Gleichrichters eines Zwischenkreis- Umrichters mit eingeprägtem Strom, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Netzzu­ leitung in jeder Periode des speisenden Stromes (I _R , I _S , I _T ) dessen Polarität erfaßt und beim Ausbleiben eines fortlaufenden Polaritätswechsels ein Störungssignal ab­ gegeben wird, sofern der eingeprägte Strom (I) einen Mindestwert aufweist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 mit Stromfühlern in den Netzzuleitungen, da­ durch gekennzeichnet, daß den Stromfühlern (W 1, W 2, W 3) eine Brückenschaltung (01-06) nachgeschaltet ist und daß bei Ausbleiben des Stroms in einem Brückenzweig der Brückenschaltung (01-06) das Störungssignal auslösbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit einem Gleichrichter in Drehstrombrückenschaltung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nur in zwei der drei Netzzuleitungen als Stromfühler Stromwandler (W 1, W 2) vorgesehen sind, die über jeweils einen ihrer sekundär­ seitigen Anschlüsse jeweils den ersten und zweiten und über den anderen sekundärseiten Anschluß gemeinsam den dritten Brückenzweig speisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einem digitalen konjunktiven Verknüpfungsglied (U) zuführbar ist, an dessen zweitem Eingang ein Freigabesignal vor­ liegt, sofern der eingeprägte Strom (I) einen Mindest­ wert aufweist.