DE3624353C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung des Stromflusses in den Brückenzweigen eines Gleichrichters.

Bei verschiedenen Einsatzfällen für Zwischenkreis-Umrichter ist es nötig, die Netzzuleitungen über drei Strangsicherungen abzusichern. Bei relativ hohen Betriebsströmen hat es sich in diesem Zusammenhang allerdings als vorteilhaft erwiesen, wenn statt dessen jeder einzelne Leistungshalbleiter in den Brückenzweigen des Gleichrichters abgesichert wird. Dadurch können nämlich Sicherungen mit einer geringeren Stromtragfähigkeit Verwendung finden. Damit ein einwandfreier Betrieb des solchermaßen abgesicherten Zwischenkreis-Umrichters gewährleistet 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 Sicherungen entsteht an deren jeweiligen Klemmen eine Spannung, die den zugehörigen Optokoppler ansprechen läßt. Auf der Sekundärseite der Optokoppler kann dann ein potentialgetrenntes Störungssignal abgegriffen werden. Dieses Verfahren weist allerdings den Nachteil auf, daß eine aufwendige Verdrahtung mit kurzschlußfesten Teflonleitungen im Leistungsteil des Zwischenkreis- Umrichters vorgenommen werden muß.

Eine Vorrichtung zur Überwachung des Stromflusses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 22 28 924 bekannt. Diese Vorrichtung enthält für jedes Stromrichterventil eine Meßeinrichtung, einen Detektor, eine logische Schaltung und eine Einrichtung zur Hemmung des Detektors. Die Strommeßfühlereinrichtungen erzeugen jeweils ein erstes Signal, solange die Stromrichterventile jeweils den Strom richtig durchlassen. Der Detektor ist mit den Ausgängen der Meßeinrichtungen eines Umrichters verknüpft und überwacht deren Ausgangssignale. Dieser Detektor gibt jedesmal dann ein Signal ab, wenn eines der Ausgangssignale der Meßeinrichtungen an seinen Eingängen vorhanden ist. Der Ausgang des Detektors ist mit der logischen Schaltung verbunden, die ein weiteres Signal generiert, wenn ein Fehler, d. h., wenn ein Stromrichterventil den Strom nicht richtig durchläßt, auftritt. Die der logischen Schaltung nachgeschaltete Unterdrückungsschaltung hemmt den Detektor, wenn vom Umrichter sehr niedrige Ströme an einen Verbraucher abgegeben werden, damit eine Anzeige eines Stromdurchlaßdefektes verhindert wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie sehr viele Bauteile aufweist, die unmittelbar am Umrichter angeordnet sind.

Aus der US-PS 43 80 045 ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Sicherungen in den Brückenzweigen eines Gleichrichters bekannt. In den Netzzuleitungen des Gleichrichters sind Stromfühler angeordnet, die den speisenden Strom erfassen. Den Stromfühlern ist ein Gleichrichter nachgeschaltet, dessen Ausgang mit einem Widerstand versehen ist. An diesem Widerstand fällt eine Spannung ab, die durch einen Strom entsprechend einem Stromfluß durch einen am Gleichrichter angeschlossenen Verbraucher erzeugt ist. Elektrisch parallel zum Widerstand ist ein Bandpaßfilter angeordnet, dem ein Amplitudendetektor nachgeschaltet ist. Der gleichgerichtete Strom des speisenden dreiphasigen Stromes in der Netzzuleitung hat eine Grundschwingung f₁ und eine Oberschwingung f₂, deren Frequenzwert gleich dem Sechsfachen des Frequenzwertes der Grundschwingung ist. Wenn nun ein Stromrichterventil des Gleichrichters den Stromfluß nicht richtig durchläßt, ändert sich die Frequenz der Oberschwingung des gleichgerichteten gemessenen Speisestromes. Das Bandpaßfilter erzeugt eine Spannung in Abhängigkeit dieser geänderten Frequenz f₀, dessen Amplitude ausreicht mittels des Amplitudendetektors ein Fehlersignal zu generieren. Mittels dieser Vorrichtung wird ein Filtersignal generiert, wenn eines der sechs Stromrichterventile defekt ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und trotzdem zuverlässig ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Aus der DE-AS 11 53 115 ist eine elektrische Überstromschutzeinrichtung bekannt. In zwei von drei Zuleitungen eines Stromrichters in Drehstrom-Brückenschaltung, wobei in jedem Brückenzweig eine Reihenschaltung zweier Stromrichterventile und zweiter Sicherungen angeordnet ist, ist je ein Stromwandler angeordnet. Die Wandlersekundärwicklungen sind in V geschaltet und mit einem Hilfsgleichrichter in Drehstrom-Brückenschaltung einer Überstromschutzeinrichtung verbunden. Mittels dieser Wandleranordnung wird auf eine einfache und aufwandsarme Art der Laststrom gemessen, der dann von der Überstromschutzeinrichtung ausgewertet wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

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

Fig. 1 eine Schaltung zur Generierung von Störungssignalen bei Sicherungsausfall,

Fig. 2 eine Wandleranordnung für eine solche Schaltung und

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

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Zwischenkreis-Umrichter mit eingeprägtem Strom I gezeigt, der einen gesteuerten Gleichrichter aufweist, der aus Thyristoren TH 1 bis TH 6 in Drehstrom- Brückenschaltung besteht. Dabei 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 K4 und K5 an den Zwischenkreis anschließbar sind. Die Speisung des Zwischenkreis-Umrichters erfolgt über Klemmen K1, K2 und K3, 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 TH1 und TH4 bzw. TH3 und TH6 bzw. TH5 und TH2 eingespeist. In den Netzzuleitungen sind Stromwandler W1, W2 und W3 angeordnet, die den Strömen I_R, I_S und I_T entsprechende 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 Thyristorpaare 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 paaren 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 Periode 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. Vorrichtung zur Überwachung des Stromflusses in den Brückenzweigen eines Gleichrichters mit

• - Stromfühlern und
• - einer Alarmeinheit, die an die Stromfühler angeschlossen ist und die bei Ausbleiben eines Stromflusses in einem der Brückenzweige ein Störungssignal erzeugt, wenn der Gesamtstrom einen Mindestwert überschreitet,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromfühler in den Netzzuleitungen angeordnet sind,
daß die Alarmeinheit eine zweite Gleichrichterbrücke aufweist, die an die Stromfühler angeschlossen ist und den gleichen Aufbau wie die erste Gleichrichterbrücke hat und
daß ein Ausbleiben des Stromflusses in einem der Zweige der zweiten Gleichrichterbrücke das Störungssignal erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur in zwei von drei Netzzuleitungen als Stromfühler Stromwandler (W1, W2) vorgesehen sind, die über jeweils einen ihrer sekundärseitigen Anschlüsse jeweils den ersten und zweiten und über den anderen sekundärseitigen Anschluß gemeinsam den dritten Zweig der zweiten Gleichrichterbrücke speisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Störungssignal einem digitalen konjunktiven Verknüpfungsglied (U) zuführbar ist, an dessen zweitem Eingang ein Freigabesignal vorliegt, sofern der Gesamtstrom (I) den Mindestwert aufweist.