DE3731543C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Phasenausfallüberwachung bei einem über Wechselrichter betriebenen Drehstromsystem, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Eine Phasenausfallüberwachung ist bei vielen Anwendungen, so auch bei Drehstrommotorbetrieb deshalb wichtig, da ein reiner Zweiphasenbetrieb kein Drehmoment erbringt und Pendelungen sowie Folgeschäden verursachen kann.

Ein bekanntes Verfahren hierzu ist der US-PS 45 33 862 entnehmbar. Es wird dort eine Phasenausfallüberwachung bei einem über einen Wechselrichter betriebenen Drehstromsystem zur Speisung von Drehstommotoren beschrieben, bei dem die einzelnen Phasenströme erfaßt und nach entsprechender Verarbeitung über Komparatoren ausgewertet werden. Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung eines weiteren bekannten Verfahrens. Dabei werden bei einer wechselrichtergespeisten Last, z. B. einem Drehstrommotor, die Dreiphasenströme I₁, I₂, I₃ über Stromwandler gemessen und die Meßwerte einzeln über Komparatoren 2, die Schwellwertüber- bzw. -unterschreitungen feststellen, einer Logik 3 zugeführt, die daraus das Fehlen einer Phase feststellt. Daraus resultiert die Abgabe eines Phasenausgangssignals PHA. Es sind hierbei bereits noch Bandfilter 1 vorgesehen, die auch Oberwellen herausfiltern sollen, da für die Komparatoren 2 die Feststellung einer Schwellwertunterschreitung der reinen Grundwelle kritisch wird, wenn Oberwellen vorliegen, wie sie der Wechselrichter WR verursacht. Doch auch mit vorgeschalteten Bandfiltern 1, die diese Oberwellen bedämpfen, ist die Auslegung kritisch. Die Bauteile müssen für jede Phase vorgesehen werden und sie müssen ausgesucht sein. Das ist aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Phasenausfallüberwachung bei Drehstromsystemen zu erstellen, das einfacher und sicherer ist und darüber hinaus mit billigeren Bauteilen auskommt.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie eine Anordnung zur Durchführung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Die Fig. 2 zeigt einen Wechselrichter WR, der einen Drehstrommotor M speist. Die Phasenströme I₁, I₂, I₃ werden über Stromwandler wie üblich erfaßt, jedoch einer Gesamteffektivwertmeßschaltung 10 zugeführt. Solche Effektivwertmeßschaltungen sind bei vielen Regeleinrichtungen für Wechselrichter sowieso vorhanden und können mitbenutzt werden. Sie stehen aber auch als integrierte Schaltkreise preiswert zur Verfügung und stellen keine Verteuerung für das Verfahren dar. Eine solche Gesamteffektivwertmeßschaltung 10 liefert bei rein sinusförmigen Phasenströmen (I=Î · sin Ωt) eine dem reinen Gleichstrom I _eff=k · Î entsprechend proportionale Gleichspannung, die in einem nachgeschalteten Bandfilter 20 unterdrückt wird. Ein weiter nachgeschalteter Fensterkomparator 30 bleibt in diesem Falle unbeeinflußt.

Die Phasenströme sind in der Praxis durch den z. B. mit 400 Hz bzw. 1200 Hz pulsenden Wechselrichter WR nicht sinusförmig, sondern mit Oberwellen höherer Frequenz behaftet. Die Phasenströme können aber auch einen gepulsten Verlauf mit einer bestimmten Grundwelle (z. B. 50 Hz bzw. 100 Hz) besitzen. Die Gesamteffektivwertmeßschaltung 10 liefert dann auch eine mit Oberwellen (z. B. 400 Hz bzw. 1200 Hz) überlagerte Gleichspannung. Die Gleichspannung selbst wird wie bereits ausgeführt unterdrückt, gleiches muß auch mit den im Normalbetrieb auftretenden 400 Hz bzw. 1200 Hz Oberwellen erfolgen und das Bandfilter 20 ist entsprechend auszulegen, damit der Fensterkomparator nicht ansprechen kann.

Bei Phasenausfall durch Leitungsbruch oder Halbleiterausfall fließt in einem Strang kein Strom. In dem Dreiphasenstrom (Stern oder Dreieck) sind dann die beiden übrigen Ströme gegeneinander um 180° phasenverschoben. Die Effektivwertmeßschaltung 10 liefert dann eine Spannnug nach der Formel

k ist eine Konstante, Ω die Kreisfrequenz. Dies ergibt am Ausgang der Effektivwertmeßschaltung 10 im wesentlichen eine Wechselspannung mit der Grundfrequenz der Phasenströme (z. B. 50 Hz bzw. 100 Hz); diese und nur diese sollen vom Bandfilter 20 im wesentlichen unbedämpft durchgelassen werden und den Fensterkomparator 30 zum Ansprechen bringen. Das Bandfilter 20 ist entsprechend auszulegen, d. h. die Bandbreite des Filters 20 wird vom Bereich der Grundfrequenz der Ströme festgelegt (z. B. auf 1 bis 100 Hz), denn diese Frequenzen treten nur bei Phasenausfall auf. Diese Frequenzen werden durchgelassen, nicht dagegen Gleichspannungswerte oder nur bedämpft die höheren Frequenzen. Leider haben Bandfilter keinen idealen Rechteckverlauf und lassen Grenzfreqenzen bedämpft durch. Steile Bandfilter sind teuer, deshalb nimmt man lieber einfachere. Deshalb ist es häufig besser, mit höheren Pulsfrequenzen als 400 Hz zu arbeiten.

Der Fensterkomparator 30 wird so eingestellt, daß die bedämpften noch durchgelassenen Oberwellen der Pulsfrequenz im dreiphasigen Normalbetrieb nicht erkannt werden (zu geringe Amplitude). Das Fenster (Schwellwert) kann umso kleiner (niedriger) eingestellt werden, je besser die verbleibenden Oberwellen bedämpft sind. Je kleiner das Fenster ist, umso empfindlicher, d. h. schneller ist die Überwachung, bezogen auf die Amplitude der Grundwelle des Stromes. Dies ist wichtig, wenn eine Maschine mit bereits vorhandenem Phasenausfall anläuft und eine schnelle Reaktion - nicht erst nach Hochlauf - erfolgen soll.

Bei Asynchronmaschinen fließt - im Gegensatz zu Synchronmaschinen - ein relativ großer Magnetisierungsstrom. Diese Stromwerte gewährleisten auch in diesem Falle schon eine frühe Erkennung, so daß das Bandfilter einfacher und das Fenster des Komparators größer gewählt werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zur Phasenausfallüberwachung bei einem über Wechselrichter betriebenen Drehstromsystem, mit dem insbesondere Drehstrommotoren in ihrer Drehzahl steuerbar sind, bei dem die Phasenströme erfaßt und über Bandfilter und Komparatoren ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß über die Phasenströme (I₁, I₂, I₃) der Gesamteffektivwert der Ströme (I _eff ) ermittelt und über ein Bandfilter (20) aus dem Frequenzspektrum des Gesamteffektivwertes ein Signalanteil mit denjenigen Frequenzen herausgefiltert wird, die bei einem Phasenausfall charakteristisch sind, wobei ein einen Schwellwert übersteigender Wert des vom Bandfilter (20) durchgelassenen Signalanteils über einen Fensterkomparator (30) ein Phasenausfallssignal (PHA) auslöst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des Bandfilters (20) auf den Bereich der Grundfrequenzen der Ströme (I₁, I₂, I₃) festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung des Gesamteffektivwertes (I _eff) nach der Gleichung erfolgt.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Phasenströme (I₁, I₂, I₃) auf eine Effektivwertmeßschaltung (10) geschaltet sind, deren Ausgangssignal über ein Bandfilter (20), dessen Durchlaßbandbreite im Bereich der Grundfrequenzen der überwachten Ströme liegt, einem Fensterkomparator (30) zugeführt ist, dessen Schwellwert so gelegt ist, daß er nur dem vom Bandfilter (20) durchgelassenen Signalanteil, nicht dagegen von im Ausgangsssignal der Effektivwertmeß-Schaltung (10) enthaltenen, vom Bandfilter (20) bedämpften Oberwellen überschritten wird und daß der Fensterkomparator (30) beim Ansprechen ein Phasenausfallsignal (PHA) abgibt, das Kriterium für das Ansprechen einer Schutzeinrichtung ist.