DE4124099C1

DE4124099C1 - Instantaneous detection circuitry ascertaining zero crossover point of current converter - uses rectifying bridge on sec. side with voltage at load branch used as measure for actual value of current

Info

Publication number: DE4124099C1
Application number: DE19914124099
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenter Dipl.-Ing. O-1136 Berlin De Pranskat
Original assignee: ELPRO AG BERLIN - INDUSTRIEELEKTRONIK und ANLAGENBAU - O-1140 BERLIN DE
Current assignee: TRANSRESCH ANTRIEBSSYSTEME BERLIN GMBH, 13053 BERL
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2011-07-19

Abstract

The circuitry determining the instant of current-zero during the switching, e.g. by thyristors, of mains power rectifiers employs a transformer (W) whose secondary is connected to a bridge rectifier (D) and a border resistor (RB) wherein the volts drop is a measure of the primary current. A capacitor (C) is connected across the secondary to provide a short path for the secondary current during the demagnetisation of the transformer (W) core at a primary current-zero. The valve of the capacitor (C) is chosen such that its charged voltage at current-zero is less than the rectifier (D) threshold voltage. USE/ADVANTAGE - Provides accurate determination of primary current and its instant of zero which is not subject to time-lag caused by magnetising energy decay. Enables precise switching control of power rectifiers connected to mains network.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Strom-Null- Erfassung für Stromrichter, die über netzseitige Wechselstromwandler verfügen, welche über Gleichrichter einen Bürdenzweig speisen.The invention relates to a device for zero current Detection for converters using AC converters on the line side which have a load rectifier Food.

Schaltungen mit netzseitig angeordneten Transformatoren als magnetische Übertrager, die sekundärseitig mit einem Brückengleichrichter beschaltet sind, der wiederum einen Abschlußwiderstand aufweist, werden in Tietze/Schenk; "Halbleiter-Schaltungstechnik" 6. Aufl., Springer-Verlag 1983, Seite 514-518 als Gleichrichterschaltungen für Stromversorgungen beschrieben. Es ist allgemein bekannt, Schaltungen, in denen als magnetischer Übertrager ein Wechselstromwandler zum Einsatz kommt und in denen der Gleichrichter mit einem Bürdenwiderstand abgeschlossen wird, zur Erfassung des Stromistwertes in gesteuerten bzw. geregelten Stromrichtter- Brückenschaltungen einzusetzen.Circuits with transformers arranged on the mains as magnetic Transformer, the secondary side with a bridge rectifier are connected, which in turn has a terminating resistor has, are in Tietze / Schenk; "Semiconductor circuit technology" 6th edition, Springer-Verlag 1983, page 514-518 as rectifier circuits described for power supplies. It is general known circuits in which as a magnetic transmitter AC converter is used and in which the rectifier is completed with a burden resistor for detection the actual current value in controlled or regulated current converter Use bridge circuits.

Nachteil der Verwendung von Stromwandlern ist, daß der Stromwandler mit jedem Stromblock aufmagnetisiert wird (er nimmt Magnetisierungsstrom auf). Nach jedem Stromblock, der im Stromrichterzweig und durch den entsprechenden Wandler fließt, muß die magnetische Energie wieder abgebaut werden. Der Stromrichter bzw. Thyristor wirkt als Schalter, der den Primärkreis unterbricht. Deshalb kann die Abmagnetisierung nur im Sekundärkreis erfolgen. Bei einem Wandler mit Bürde kehrt sich dabei die Spannung um und es fließt ein Strom, der dem Arbeitsstrom entgegengerichtet ist. Die Amplitude dieses Stromes, die nur ein Bruchteil des Arbeitsstromes, der durch die Last fließt, beträgt, verfälscht aber durch die Gleichrichtung der entgegengerichteten Magnetisierungsströme das Abbild des Laststromes. Dies bedeutet eine zeitlich verzögerte Feststellung des Zeitpunktes, zu dem der Laststrom tatsächlich zu Null geworden ist. Bei lückendem Strom wird der Wert Null für das Abbild des Laststromes dadurch nicht erreicht.Disadvantage of using current transformers is that the current transformer is magnetized with each current block (it takes magnetizing current on). After each current block in the converter branch and flows through the corresponding transducer, the magnetic Energy can be broken down again. The converter or Thyristor acts as a switch that interrupts the primary circuit. Therefore, the demagnetization can only take place in the secondary circuit. In the case of a converter with a load, the voltage is reversed and a current flows that is opposite to the working current. The amplitude of this current, which is only a fraction of the working current, that flows through the load is, but falsifies by rectifying the opposite magnetizing currents the image of the load current. This means a temporal delayed determination of the time at which the load current has actually become zero. If there is a gap in the current Zero value for the image of the load current has not been reached.

Aus der DE 29 10 851 A2 ist außerdem eine Nulldurchgangsdetektorschaltung mit einem Brückengleichrichter bekannt, wobei sich zwischen den beiden Netzleitern vor der Gleichrichterschaltung ein Kondensator befindet, der zusammen mit zwei Widerständen ein Siebglied zur Unterdrückung von kurzzeitigen Netzstörungen bildet, um störungsbedingte Netznulldurchgänge zu vermeiden. Da diese Nulldurchgangsdetektorschaltung nicht mit Stromwandlern arbeitet, steht hier das Problem der Aufmagnetisierung und deren Nachteile für eine verzögerungsfreie Strom-Null-Erfassung nicht.From DE 29 10 851 A2 there is also a zero crossing detector circuit known with a bridge rectifier, where between the two network conductors in front of the rectifier circuit a capacitor is located that together with two resistors Forms a filter element to suppress short-term network disturbances, in order to avoid fault-related zero crossings. There this zero crossing detector circuit does not use current transformers works, there is the problem of magnetization and its Disadvantages for instantaneous zero current detection are not.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, mit einer Strommessung am Stromrichter über Wechselstromwandler mit einem Gleichrichter und einer Bürde, den Istwert an der Bürde sowie auch den Wert Strom-Null unverzögert zu erhalten.The object of the invention is in a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning, with a Current measurement on Power converter via AC converter with a rectifier and a burden, the actual value at the burden as well as the value Get zero current instantaneously.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sekundärwicklung eines jeden Wechselstromwandlers ein Kondensator mit einer solchen Kapazität parallelgeschaltet ist, daß seine Kondensatorspannung, die durch die Aufnahme des Magnetisierungsstromes entsteht, unter der Schwellenspannung der Dioden der Gleichrichterbrücke liegt.This object is achieved in that the Secondary winding of each AC converter is a capacitor is connected in parallel with such a capacity that its capacitor voltage caused by the absorption of the magnetizing current arises below the threshold voltage of the diodes the rectifier bridge.

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert.The invention is described below in one embodiment explained in more detail using a drawing.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 1 is a schematic diagram of the arrangement according to the invention,

Fig. 2 die Ausgangsgrößen eines Wechselstromwandlers mit Widerstand (Bürde) bei nicht lückendem Stromin dreiphasiger Ausführung ohne erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 2, the outputs of an alternating current converter with resistance (load) during non-interrupted current in three-phase version without an inventive arrangement,

Fig. 3 die Ausgangsgrößen eines Wechselstromwandles mit Widerstand (Bürde) bei lückendem Strom in dreiphasiger Ausführung ohne erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 3, the outputs of a Wechselstromwandles with resistance (load) with discontinuous current in three-phase version without an inventive arrangement,

Fig. 4 die Ausgangsgrößen eines Wechselstromwandles mit Widerstand (Bürde) bei nicht lückendem Strom in dreiphasiger Ausführung mit erfindungsgemäßer Anordnung. Fig. 4 shows the output variables of an alternating current converter with resistance (burden) with non-gap current in a three-phase design with an arrangement according to the invention.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 handelt es sich um eine vereinfachte Darstellung in einphasiger Anordnung, die auch dreiphasig ausführbar ist. Das Ersatzschaltbild zeigt im Sekundärkreis des Wechselstromwandlers W den Bürdenwiderstand R_B und die Dioden D der Gleichrichterbrücke, die in der Erfindung gleichzeitig als Schwellendioden fungieren. Der Schalter S im Primärkreis des Wandlers W wird in der Realität durch die Thyristoren des Stromrichters ersetzt. Der Kondensator C ist die Kapazität, die zur Aufnahme der magnetischen Energie des Wandlers W seiner Sekundärwicklung parallelgeschaltet ist. Der gestrichelt dargestellte Widerstand R_W stellt den Verlustwiderstand der Sekundärwicklung des Wandlers W dar. In the circuit arrangement of FIG. 1 is a simplified illustration in a single-phase arrangement, which is also three-phase executable. The equivalent circuit diagram shows the burden resistance R _B and the diodes D of the rectifier bridge in the secondary circuit of the AC converter W, which simultaneously function as threshold diodes in the invention. The switch S in the primary circuit of the converter W is in reality replaced by the thyristors of the converter. The capacitor C is the capacitance which is connected in parallel to receive the magnetic energy of the converter W of its secondary winding. The resistance R _W shown in broken lines represents the loss resistance of the secondary winding of the converter W.

Bei dieser Schaltung sind zwei Betriebsfälle zu unterscheiden: Ist der Schalter S geschlossen, findet ein Energiefluß durch den Primärkreis des Wandlers W statt, wobei das Netz die Energiequelle darstellt. Durch die magnetische Kopplung der Wandlerspulen wird der Primärstrom im Sekundärkreis abgebildet. Der Kondensator C spielt keine Rolle, da die Energie zur Umladung niederohmig aus dem Netz entnommen wird. Die Abbildung des Primärstromes am Bürdenwiderstand R_B erfolgt unverfälscht.There are two operating cases in this circuit: If the switch S is closed, there is an energy flow through the primary circuit of the converter W, the network being the energy source. The primary current is imaged in the secondary circuit by the magnetic coupling of the converter coils. The capacitor C is irrelevant, since the energy for reloading is drawn from the network with low resistance. The primary current is mapped to the burden resistor R _{B in an} unadulterated manner.

Bei geöffnetem Schalter S ist die Verbindung zur Primärquelle (Netz) unterbrochen. Es besteht keine magnetische Kopplung mehr und die Wandlersekundärseite stellt eine geladene Spule dar, deren gespeicherte Energie sich nur über den angeschlossenen Sekundärkreis entladen kann. Dabei kehrt sich die Spannung an der Sekundärwicklung um und steigt so lange an, bis sich ein Weg für den Abmagnetisierungsstrom ergibt. Ohne den Kondensator C führt der Weg über die Diodenbrücke D und den Bürdenwiderstand R_B, was die Verfälschung des Istwertes (Vortäuschung eines Istwertes) bewirkt. Mit angeschlossenem Kondensator C fließt der Abmagnetisierungsstrom in den Kondensator, der sich auflädt. Bei richtiger Auslegung jedoch nur so weit, daß seine Ladung unterhalb der Schwellenspannung der Dioden D der Gleichrichterbrücke liegt.When switch S is open, the connection to the primary source (network) is interrupted. There is no longer any magnetic coupling and the secondary side of the converter is a charged coil, the stored energy of which can only be discharged via the connected secondary circuit. The voltage on the secondary winding reverses and rises until there is a path for the demagnetizing current. Without the capacitor C, the path leads via the diode bridge D and the load resistor R _B , which causes the actual value to be falsified (pretending an actual value). With the capacitor C connected, the demagnetizing current flows into the capacitor, which is charged. With the correct design, however, only so far that its charge lies below the threshold voltage of the diodes D of the rectifier bridge.

Die bei der für eine Strom-Null-Erfassung durch die Aufmagnetisierung nachteilig auftretende AufmagnetisierungsenergieThe one for zero current detection by magnetization disadvantageously occurring magnetization energy

entspricht einer elektrischen Energie voncorresponds to an electrical energy of

wobeiin which

L = die Sekundärinduktivität des Wandlers,
i = den Magnetisierungsstrom und
U = die Spannung am Kondensator infolge der Aufladung durch den MagnetisierungsstromL = the secondary inductance of the converter,
i = the magnetizing current and
U = the voltage across the capacitor due to charging by the magnetizing current

darstellen. represent.

Die Größe der Induktivität der Wandlersekundärwicklung kann als bekannt vorausgesetzt werden. Ebenso der Magnetisierungsstrom, der sich aus dem Übersetzungsverhältnis und dem verwendeten Eisen des Wandlers ergibt. Damit ist die Größe des Kondensators berechenbar, bei der die Kondensatorspanung nicht ausreicht, um die Schwellenspannung der Dioden D der Gleichrichterbrücke zu überschreiten. Die Ladung des Kondensators C entlädt sich in der Zeit bis zur nächsten Magnetisierung über den ohmschen Widerstand R_W der Wandlersekundärwicklung. Am Bürdenwiderstand R_B tritt eine Spannung am Kondensator C, da sie nicht die Schwellenspannung der Dioden D überschreitet, nicht in Erscheinung.The size of the inductance of the converter secondary winding can be assumed to be known. The same applies to the magnetizing current, which results from the transmission ratio and the iron used in the converter. The size of the capacitor can thus be calculated, at which the capacitor voltage is not sufficient to exceed the threshold voltage of the diodes D of the rectifier bridge. The charge of the capacitor C discharges in the time until the next magnetization via the ohmic resistance R _{W of} the converter secondary winding. A voltage across the capacitor C does not appear at the burden resistor R _B since it does not exceed the threshold voltage of the diodes D.

In den Fig. 2a-c bzw. 3a-c sind die positiven und die negativen Stromblöcke I_R, I_S, I_T der drei Wandler dargestellt, die dem Abbild des Laststromes in der Stromrichterschaltung entsprechen. Die schraffierten Flächen geben den Einfluß des Magnetisierungsstromes wieder. Die Fig. 2d bzw. 3d zeigen den Stromverlauf nach der Gleichrichtung, wie er als Bürdenstrom I_d ohne die erfindungsgemäße Lösung gemessen wird. Dabei ist aus den Fig. 2d und 3d die verzögerte Nullstrom-Messung aufgrund des Magnetisierungsstromes ersichtlich. Aus der Fig. 3d ist zusätzlich erkennbar, daß bei lückendem Strom der tatsächlich im Stromverlauf auftretende Strom-Null-Zustand nicht erfaßt wird.In FIGS. 2a-c and 3a-c, the positive and the negative current blocks I _R, I _S, I _T of the three transducers are shown, corresponding to the image of the load current in the converter circuit. The hatched areas reflect the influence of the magnetizing current. Figs. 2d and 3d show the flow of current after the rectification, as measured as the load current I _d without the inventive solution. The delayed zero current measurement due to the magnetizing current can be seen from FIGS . 2d and 3d. From FIG. 3d it can also be seen that if the current is short, the current zero state that actually occurs in the current profile is not detected.

Bei einem Stromrichter mit drei Wandlern, deren Sekundärwicklungen je ein Kondensator parallelgeschaltet ist, kann dagegen eine Strommessung realisiert werden, die nur den Laststrom mißt und eine unverzögerte Feststellung des Zeitpunktes erlaubt, zu dem der Laststrom tatsächlich Null geworden ist (Fig. 4). Das Problem der Verfälschung des Laststromes durch Gleichrichtung der entgegengerichteten Magnetisierungsströme tritt nicht mehr auf. Damit sind die Voraussetzungen für optimal kurze Umschaltzeiten bei netzgeführten Umkehrstromrichtern gegeben.In the case of a converter with three converters, the secondary windings of which each have a capacitor connected in parallel, a current measurement can be implemented that only measures the load current and allows an instantaneous determination of the point in time at which the load current has actually become zero ( FIG. 4). The problem of falsifying the load current by rectifying the opposite magnetizing currents no longer occurs. This means that the prerequisites for optimally short changeover times for mains-operated reversing converters are met.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch geeignet in der bereits vorgeschlagenen Ausführung zur Erdschlußerfassung.The arrangement according to the invention is also suitable in the Proposed version for earth fault detection.

Claims

Circuit arrangement for instantaneous zero current detection via alternating current converters in converter circuits, the alternating current converters being connected on the secondary side to a rectifier bridge and feeding a burden branch, the voltage of which represents a measure of the actual current value, characterized in that a to the secondary winding of each alternating current converter (W) Capacitor (C) is connected in parallel with a capacitance such that its capacitor voltage, which arises from the absorption of the magnetizing current, is below the threshold voltage of the diodes (D) of the rectifier bridge.