DE3824259C2

DE3824259C2 -

Info

Publication number: DE3824259C2
Application number: DE19883824259
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr.-Ing. Eggert; Frank Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Hinders
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1991-02-21
Also published as: DE3824259A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist durch die DE 37 17 119 A1 bekannt.

Es ist vielfach notwendig, die Spannung des belasteten Gleichspannungs zwischenkreises durch eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung innerhalb einer bestimmten Bandbreite konstant zu halten. Ein derartiges Problem tritt z. B. beim Abbremsen von als Last an den Zwischenkreisumrichter an geschlossenen Motoren auf, wenn die Bremsenergie über den ausgangs seitigen Wechselrichter in den Zwischenkreiskondensator zurückgespeist wird, der Netzstromrichter aber als ungesteuerter Gleichrichter aufgebaut ist, über ihn also keine Energierückspeisung ins Netz möglich ist. Dann muß mittels eines von der Steuer- bzw. Regelschaltung angesteuerten, vorzugsweise gepulsten (Halbleiter-) Schalters ein Bremswiderstand zur Umwandlung der überschüssigen Energie in Wärme an den Gleichspannungs zwischenkreis gelegt werden oder eine zusätzliche (Energierückspeise-) Verbindung zum Netz hergestellt werden.

So wird auch bei der Schaltungsanordnung nach der zuvor erwähnten DE 37 17 119 A1 die Erfassung der Spannungsdifferenz benötigt, um eine Steuer- bzw. Regelgröße zur Ansteuerung eines dem Zwischenkreiskondensator parallelliegenden Bremsstellers zu erzeugen. Dabei erfolgt einerseits eine Spannungserfassung am Zwischenkreiskondensator und andererseits eine Spannungserfassung an einem zweiten Kondensator in einem zweiten, unbelasteten Gleichspannungskreis, der durch einen zweiten, ebenfalls an das Netz angeschlossenen Stromrichter gespeist wird. Die Differenz der beiden Spannungen wird in einem Komparator gebildet, an dessen Ausgang die gewünschte Steuergröße ansteht.

Die Differenzbildung über den Komparator führt jedoch zu einer stark fehlerbehafteten Steuergröße, da in den direkten Spannungsvergleich die Meßfehler bei den beiden Spannungserfassungen voll eingehen. So kann der auftretende Fehler etwa die Größenordnung der zu erfassenden Spannungsdifferenz bezogen auf die Netzspannung aufweisen. Auch müssen die Erfassungsanordnungen jeweils für die volle Höhe der beiden zu erfassenden Spannungen ausgelegt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine feinstufige, d. h. mit nur geringem Fehler behaftete Erfassung der Spannungsabweichung des Zwischenkreises vom ideellen Wert bei schwankender Amplitude der Netzspannung erreicht wird. Die Spannungserhöhung im Zwischenkreis bei dynamischen Vorgängen soll damit gering gehalten werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 oder im Anspruch 3 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, die auf physikalische Weise gebildete Spannungsdifferenz direkt zu erfassen. Damit wird die Differenz nur durch diese eine Spannungsmessung bestimmt, wodurch die Meßgenauigkeit ohne Dynamikverlust der Meßgröße verbessert ist. Auch muß die Meßanordnung nur für die Höhe der zu erwartenden Differenzspannung ausgelegt werden. Unter der potentialmäßigen Abkopplung ist in diesem Zusammenhang nicht in jedem Fall eine galvanische Trennung zu verstehen; vielmehr kann die Abkopplung z. B. auch durch entsprechend dimensionierte Widerstände erfolgen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild der beiden miteinander verbundenen Gleichspannungskreise nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein weiteres Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, bei der der zweite Gleichspannungskreis über einen Trenntransformator ans Netz angeschlossen ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein aus sechs (nicht näher bezeichneten) Dioden bzw. steuerbaren Ventilen in dreiphasiger Brückenschaltung aufgebauter Netzstromrichter Gd an ein dreiphasiges Netz mit der Netzspannung U_N über Netzdrosseln L angeschlossen. Über den Netzstromrichter Gd wird ein durch einen Zwischenkreiskondensator Cd gebildeter Gleichspannungszwischenkreis gespeist. Am Zwischenkreiskondensator Cd tritt eine Spannung Ud auf. Der Gleichspannungszwischenkreis ist durch einen Strom I_L belastet, der über einen (nicht gezeigten) Wechselrichter in einer (ebenfalls nicht dargestellten) Last (z. B. einem Drehstrom-Motor) fließt.

Der Netzstromrichter Gd, der Zwischenkreiskondensator Cd und der (nicht gezeigte) Wechselrichter bilden einen Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter, bei dem bei schwankender Amplitude der Netzspannung U_N die Zwischen kreisspannung Ud bezogen auf die Netzspannung U_N innerhalb einer vorge gebenen Bandbreite konstant gehalten werden soll. Zu diesem Zweck ist ein Widerstand R_B vorgesehen, der über einen pulsbaren Thyristorschalter T an den Zwischenkreis angeschlossen wird, wenn die Spannung Ud im Zwischenkreis die vorgegebene Spannungs-Bandbreite überschreitet. Das ist z. B. dann der Fall, wenn durch Richtungsänderung des Laststromes I_L (z. B. im Bremsbetrieb des die Last darstellenden Motors) Energie in den Zwischenkreis zurückgespeist wird, was zu einer Erhöhung der Zwischen kreisspannung Ud am Zwischenkreiskondensator Cd führt.

Zur geeigneten Ansteuerung des Thyristors T ist es nötig, eine Steuer- bzw. Regelgröße Um zu bilden, die möglichst genau und ohne nennens werte Verzögerung die Differenz zwischen der Netzspannung U_N und der Zwischenkreisspannung Ud in jedem Zeitpunkt darstellt.

Zur Bildung dieser Steuer- bzw. Regelgröße Um ist ein ebenfalls in drei phasiger Brückenschaltung aus sechs nicht näher bezeichneten Dioden ge bildeter zweiter, an das speisende Netz mit der Netzspannung U_N ange schlossener Netzstromrichter Gn vorgesehen, der einen zweiten Gleichspan nungskreis mit einem zweiten Kondensator Cn speist. Dem zweiten Kon densator Cn ist ein Widerstand Rn parallelgeschaltet.

Die Spannung Un am nahezu unbelasteten Gleichspannungskreis mit dem zweiten Kondensator Cn bildet den Scheitelwert Û der verketteten Netzspannung U_N ab, wenn Cn Rn » (f=Frequenz der Netzspannung U_N) ist.

Die beiden Gleichspannungskreise sind über zwei ohmsche Widerstände R1, R2 miteinander verbunden.

Die Differenz ΔU=Ud-Un, welche durch den Laststrom I_L verursacht wird, fällt jeweils zur Hälfte an den Widerständen R1 und R2 ab, wenn beide gleich groß sind (R1=R2).

Ist die Zwischenkreisspannung Ud größer als die Spannung Un, so verhindert der dem zweiten Kondensator Cn parallelgeschaltete Widerstand Rn die Aufladung des Kondensators Cn über den Scheitelwert Û der Netzspannung U_N hinaus.

Sind die Spannungen Un, Ud kleiner als Û, so ist mindestens eine Diode der Netzstromrichter Gn bzw. Gd leitend. Damit sind in diesem Fall die Potentiale der Gleichspannungskreise gegenüber dem Sternpunkt des Netzes bzw. dem Erdpotential eindeutig definiert.

Ist bei den Netzstromrichtern Gn und Gd nur je eine Diode in der oberen Brückenhälfte leitend, so ist die am ohmschen Widerstand R2 abfallende Spannung U_R2=0 und die am ohmschen Widerstand R1 abfallende Span nung U_R1=Δ U.

Ist in den Netzstromrichtern Gd und Gn nur je eine Diode in der unteren Brückenhälfte leitend, so ist die am ohmschen Widerstand R2 abfallende Spannung U_R2=ΔU und die Spannung U_R1 über dem Widerstand R1 Null.

Aus diesem Grunde, wie auch durch die unterschiedliche Leitdauer der entsprechenden Dioden in den Netzstromrichtern Gn und Gd bildet sich zwischen den beiden Gleichspannungskreisen Cn und Cd eine Wechsel spannung U_P mit der dreifachen Netzfrequenz aus. Die Wechselspannung U_P läßt sich im Mittelpunkt der beiden Gleichspannungskreise angreifend denken. Dies ist im Ersatzschaltbild gemäß Fig. 2 gezeigt. Dort wurden auch die Kondensatoren Cn und Cd durch zwei Gleichspannungsquellen mit je einer Spannung bzw. zwei Gleichspannungsquellen mit einer Spannung ersetzt.

Um die Meßspannung Um zu erhalten, die unbeeinflußt von der Wechsel spannung U_P ein proportionales Abbild der gesuchten Differenzspannung ΔU=Ud-Un ist, müssen die Spannungen U_R1 und U_R2 addiert werden. Es ergibt sich nämlich gemäß Fig. 2 folgender Zusammenhang:

Da die Spannungen U_R1 und U_R2 mit unterschiedlichen Potentialen behaftet sind, muß mindestens eine Spannung potentialmäßig von den Gleichspan nungskreisen abgekoppelt werden. In Fig. 1 wird dieses für beide Spannungen U_R1 und U_R2 durch die Trennverstärker V1, V2 berücksichtigt. Die Aus gangsspannungen U1, U2 dieser Trennverstärker V1, V2 können nun auf gemeinsamem Bezugspotential in bekannter Weise in einem Addierglied A addiert werden. Die so gewonnene Meßspannung Um ist das proportionale Abbild der Spannungsdifferenz Ud-Un=ΔU.

Statt der Trennwandler V1, V2 lassen sich auch Optokoppler, Hallwandler oder ähnliche Wandler anwenden.

Wird der zweite Stromrichter Gn gemäß Fig. 3 über einen Trenntrans formator T mit einem Übersetzungsverhältnis von ü=1 an das spei sende Netz gelegt, so kann sich die Wechselspannung Up nicht ausbilden. Wenn die ohmschen Widerstände R1, R2 in den Verbindungsleitungen gleich groß sind (R1=R2), fällt - auch bei dynamischen Vorgängen - an beiden Widerständen R1, R2 stets eine Spannung ΔU/2, also die Hälfte der zu erfassenden Spannugsdifferenz ΔU an. Es genügt daher, die Spannung in diesem Fall an einem der Widerstände R1 oder R2 zu messen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Erfassung der Differenz zwischen der Spannung eines den Netzstromrichter (Gd) eines Gleichspannungszwischenkreis-Umrichters speisenden Netzes (U_N) und der Spannung am Zwischenkreiskondensator (C_d) des ausgangsseitig mit einer Last verbundenen Umrichters,

- bei der ein zweiter, unbelasteter Gleichspannungskreis mit einem zweiten Kondensator (Cn) vorgesehen ist, der durch einen zweiten, ebenfalls an das Netz (U_N) angeschlossenen Stromrichter (Gn) gespeist wird und dem ein Begrenzungswiderstand (Rn) parallelgeschaltet ist und
- bei der der Betrag der Gleichspannung (Un) an dem zweiten Kondensator (Cn) vom Betrag der Gleichspannung (Ud) am Zwischenkreiskondensator (Cd) abgezogen wird.

dadurch gekennzeichnet,
daß der Zwischenkreiskondensator (Cd) mit dem zweiten Kondensator (Cn) über je einen ohmschen Widerstand (R1, R2) in den beiden Verbindungsleitungen verbunden ist und
daß ein Addierglied (A) vorgesehen ist, dem Größen (U1, U2) entsprechend den beiden an den ohmschen Widerständen (R1, R2) abfallenden Spannungen (U_R1, U_R2) zugeführt sind, wobei zumindest eine dieser Größen (U1, U2) potentialmäßig von den verbundenen Gleichspannugskreisen abgekoppelt ist (Fig. 1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die potentialmäßige Abkopplung zumindest einer der den an den ohmschen Widerständen (R1, R2) abfallenden Spannungen (U_R1, U_R2) proportionalen Größen (U1, U2) durch einen Trennwandler (V1, V2) oder durch einen Optokoppler oder durch einen Hallwandler vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zwischenkreiskondensator (Cd) mit dem zweiten Kondensator (Cn) über je einen ohmschen Widerstand (R1, R2) in beiden Verbindungsleitungen verbunden ist,
daß der zweite Netzstromrichter (Gn) über einen Trenntransformator (T) an das speisende Netz (U_N) angeschlossen ist und
daß an einem der beiden ohmschen Widerstände (R1, R2) eine der Differenzspannung (ΔU) proportionale Größe abgenommen wird (Fig. 3).