DE4132745A1

DE4132745A1 - Verfahren zur ermittlung eines kurzgeschlossenen steuerbaren halbleiter-bauelementes in netzgeloeschten brueckenschaltungen

Info

Publication number: DE4132745A1
Application number: DE4132745A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Friedrich Dipl I Heiland; Joerg Dipl Ing Pinkert; Helmut Dipl Ing Breitlow; Martin Dipl Ing Pfeiffer
Original assignee: Elpro AG
Current assignee: TRANSRESCH ANTRIEBSSYSTEME BERLIN GMBH, 13053 BERL
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: DE4132745C3; DE4132745C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur schnellen Loka lisierung eines defekten (kurzgeschlossenen) steuerbaren Halblei ter-Bauelementes in vollgesteuerten netzgelöschten Brückenschal tungen, die zündwinkelgesteuerte Thyristoren verwenden und über ein netzseitiges Strommeßglied verfügen.

Ein solches Verfahren, mit Hilfe dessen die Durchlegierung eines steuerbaren Halbleiter-Bauelementes des Stromrichters erkannt wird, ist in der DE OS 37 23 067 beschrieben. Dort werden beim Zuschalten bzw. nach dem Auftreten eines Überstromes in einem mehrere Hauptzweige aufweisenden Stromrichter zur Ermittlung eines durchlegierten Halbleiter-Bauelementes in der normalen Einschaltreihenfolge der zu zündenden steuerbaren Halbleiter- Bauelemente die jedem Hauptzweig entsprechend der Phasenlage der Anschlußspannung zugeordneten Hauptimpulse auf die jeweils zuge hörigen steuerbaren Halbleiter-Bauelemente durchgeschaltet. Der Aufbau eines Stromflusses aufgrund der durchgeschalteten Haupt impulse wird als Störung gewertet, worauf die Impulslage der durchgeschalteten Hauptimpulse von der Wechselrichtergrenzlage so lange in Richtung Gleichrichterbetrieb verschoben werden, bis ein Sicherungsfall am Ort des durchlegierten steuerbaren Halblei ter-Bauelementes erfolgt.

Das vorgenannte Verfahren macht eine Fehlerlokalisierung erst aufgrund des Abschmelzens der jeweiligen Zweigsicherungen mög lich. Ferner bedingt das Verfahren, daß die auf ihre Sperrfähig keit zu kontrollierenden steuerbaren Halbleiter-Bauelemente eines Stromrichters für den durchzuführenden Test immer in ihrer nor malen Einschaltreihenfolge gezündet werden müssen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schnellen Lokalisierung eines defekten (kurzgeschlossenen) steuerbaren Halbleiter-Bauelementes in vollgesteuerten netzge löschten Brückenschaltungen zu schaffen, welches das Abschmelzen von Sicherungen vermeidet und das eine Zündung der steuerbaren Halbleiter-Bauelemente unabhängig von ihrer normalen Einschalt reihenfolge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbe griffes erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unabhängig von der normalen Einschaltreihenfolge der zu zündenden steuerbaren Halb leiter-Bauelemente einer Brückenschaltung ein beliebiges steuer bares Halbleiter-Bauelement der Brückenschaltung durch einen Einzelimpuls mit einem solchen Zündverzögerungswinkel gezündet wird, daß der bei einem Kurzschluß auftretende Fehlerstrom nicht zum Sicherungsfall führt, daß der Netzstrom erfaßt wird und, sofern kein Fehlerstrom gemessen wurde, anschließend ein belie biges steuerbares Halbleiter-Bauelement im nächsten Phasenzweig der Brückenschaltung gezündet wird, wenn aber ein Fehlerstrom gemessen wurde, dieser gespeichert wird und anschließend das steuerbare Halbleiter-Bauelement mit der anderen Polarität im gleichen Phasenzweig gezündet wird und zur Lokalisierung des kurzgeschlossenen steuerbaren Halbleiter-Bauelementes ein Ver gleich des aktuellen Fehlerstromes mit dem zuvor gemessenen Feh lerstrom vorgenommen wird.

In einer Weiterführung der Erfindung wird der Prüfablauf so lange mit einem jeweils schrittweise verringerten Zündwinkel wieder holt, bis ein Fehlerstrom sicher erfaßbar ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Lokalisierung eines kurzgeschlossenen steuerbaren Halbleiter-Bauelementes an hand der Feststellung aus dem Fehlerstromvergleich, ob ein Netz kurzschlußstrom oder ein Laststrom fließt.

Die Vorteile, die mit der Erfindung erzielt werden, bestehen darin, daß das Abschmelzen von Sicherungen vermieden wird, daß ohne zusätzliche Meßmittel eine gezielte Fehlerermittlung sowie -beseitigung möglich ist, und sich die Reparaturzeit des Strom richters verkürzt. Bei Stromrichtern in Gegenparallelschaltung kann mit dem Verfahren das Halbleiterpaar, dem ein kurzgeschlos senes Halbleiter-Bauelement angehört, ermittelt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 eine an ein dreiphasiges Netz angeschlossene 6-puls- Brückenschaltung, zur Steuerung eines Gleichstrommotors,

Fig. 2 die Spannungsverhältnisse an einer 6-puls-Brücke,

Fig. 3 die Zuordnung der Fehlerströme zu den kurzgeschlossenen steuerbaren Halbleiter-Bauelementen bei Zündung eines Halbleiter-Bauelementes der 6-puls-Brücke mit alpha = 175 Grad,

Fig. 4 den Prüfablauf für den Kurzschlußtest einer 6-puls-Brücke, dargestellt für die Auswertung der Phase T.

Für die in Fig. 1 dargestellte an ein dreiphasiges Netz ange schlossene und mit Thyristoren ausgestattete 6-puls-Brückenschal tung zur Steuerung eines Gleichstrommotors sind folgende Voraus setzungen gegeben:

- jeder der 6 Thyristoren ist mit beliebigem Zündwinkel ansteuerbar,
- die Ansteuerung ist mit dem speisenden Netz synchronisiert,
- ein Meßwert des Netzstromes steht zur Auswertung zur Verfügung,
- der Lastkreis ist geschlossen.

Das Verfahren läuft wie folgt ab:

1. Ausgabe eines einzelnen Zündimpulses an einen Thyristor der an das Netz angeschlossenen und synchronisierten Brückenschaltung. Im Normalfall kommt es zu keinem Stromfluß, da alle anderen Ven tile gesperrt sind. Ist in der Schaltung jedoch ein Ventil kurz geschlossen, so bildet sich je nach der Lage des defekten Thy ristors und in Abhängigkeit vom Zündwinkel ein Stromfluß aus.
Um diesen Fehlerstrom zu begrenzen, wird der Zündverzögerungswin kel des zu zündenden Thyristors so gewählt, daß der Momentanwert der Netzspannung über dem gezündeten und dem defekten Ventil entsprechend klein ist.
2. Messen und Abspeichern des Netzstromes nach erfolgter Zündung des einzelnen Thyristors.
Der Strom ist Null, wenn kein weiterer Thyristor in dem zu prü fenden Phasenzweig durchlässig ist.
Der Strom ist hoch, wenn er durch ein defektes Ventil als direk ter Netzkurzschluß fließen kann.
Der Strom ist niedriger, wenn ein defektes Ventil so gelegen ist, daß er über die Last des Stromrichters fließt.
3. Zündung eines einzelnen Thyristors im nächsten Phasenzweig, wenn kein Strom gemessen wurde.
Zündung des Thyristors im gleichen Phasenzweig, aber in der an deren Polarität, wenn vorher ein Fehlerstrom festgestellt wurde. Der Vergleich des sich jetzt einstellenden Stromes mit dem vorher gemessenen Fehlerstrom gestattet eine Wertung, ob Netzkurzschluß strom oder Laststrom vorliegt, woraus die Lage des defekten Ven tils abgeleitet werden kann.
4. Wiederholung des Prüfablaufes mit einer geringeren Zündverzö gerung , wenn vorher kein Fehlerstrom gemessen wurde.
Der Beginn der Prüfung mit einem hohen Zündwinkel ist erforder lich, um bei "harten" Netzen mit einer geringen vorgelagerten Impedanz ein Ansprechen der Sicherungen zu verhindern. Die Fort setzung der Prüfung mit geringeren Zündwinkeln ist notwendig, um bei "weichen" Netzen mit einer größeren Impedanz einen eventuel len Fehlerstrom sicher registrieren zu können.

Die Abarbeitung der einzelnen Prüfschritte geschieht zweckmäßi gerweise durch Verwendung eine Mikrorechners, der die Zündimpuls kanäle mit entsprechender Verzögerung einzeln aktivieren und den netzseitig gemessenen Strom auswerten kann.

Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß als erstes ein Zündimpuls an das Ventil R+ in Fig. 1 mit einer Verzögerung alpha von 175 Grad gegenüber dem natürlichen Zündzeitpunkt und einer Zündimpulslänge von nicht größer als 5 Grad ausgegeben wird. Die Fig. 2 zeigt dazu die verketteten Spannungen U_RS, U_ST, U_TR sowie die jeweils um 180 Grad phasenverschobenen Verläufe von U_SR, U_TS und U_RT, die direkt für die Bildung der Gleichspannung maßgeblich sind. Dabei ergibt sich z. B. der Zeitverlauf von U_RS aus der Differenz der Momentanwerte der Phasenspannungen U_R und U_S, der Zeitverlauf von U_ST aus der Differenz der Momentanwerte der Phasenspannungen U_S und U_T usw.

Zum Zeitpunkt der Zündung ist die Spannung der Phase R negativ gegenüber der Phasenspannung S; der Momentanwert von U_RS liegt (siehe Fig. 2) nahe an seinem negativen Extremwert. Über das Ventil R+ kann also unter keinen Umständen Strom zur Phase S fließen.

Die Spannung U_RT hingegen hat zum Zündzeitpunkt (siehe Fig. 2) einen leicht positiven Wert (d. h. U_R ist größer als U_T). Falls nun das Ventil T+ kurzgeschlossen ist, fließt ein Kurz schlußstrom von der Phase R nach der Phase T. Die den Strom an treibende Spannungs-Zeit-Fläche ist aufgrund des gewählten Zünd winkels so klein (siehe Fig. 2), daß der sich bei einem Kurz schluß ausbildende Strom unter dem Grenzlastintegral der Schmelz sicherungen in den Netzphasen bleibt. Falls T- defekt ist, fließt der Fehlerstrom über R+, T- und die Last. Der Fehlerstrom über die Last ist damit geringer, als der direkte Netzkurzschlußstrom. Wird ein Stromfluß gemessen, so muß zur genauen Lokalisierung des defekten Thyristors ermittelt werden, ob es sich um den Kurzschlußstrom (dann ist T+ defekt) oder um den Motorstrom (dann ist T- defekt) handelt. Das ist möglich, indem als zweites Ventil R- gezündet wird (alpha = 175 Grad) und der sich einstellende Strom mit dem ersten Stromwert verglichen wird.

Falls nach der Zündung von R+ kein Strom registriert wurde, muß der nächste Zweig mit S+ gezündet werden. Zum Zeitpunkt der Zün dung ist U_ST negativ und U_SR leicht positiv. Im Falle eines Feh lerstromes ist das defekte Ventil also R+ oder R-, was durch eine Zündung von S- und anschließenden Stromvergleich festgestellt werden kann.

Ist kein Stromfluß meßbar, wird schließlich durch die Zündung von T+ ermittelt, ob S+ oder S- defekt ist.

Die Zuordnung des jeweils gezündeten Ventils zu den gemessenen Strömen bei Kurzschluß eines Ventils zeigt die Tabelle in der Fig. 3.

Eine ausreichende Sicherheit, daß kein Kurzschluß eines Ventils vorliegt, erhält man erst, nachdem der beschriebene Prüfablauf mit geringeren Zündwinkeln (z. B. alpha = 170 Grad, alpha = 165 Grad, alpha = 160° Grad, alpha = 155 Grad) wiederholt wurde, da die Höhe der Fehlerströme je nach Netz- und Lastimpedanz stark unterschiedlich sein kann.

Im Falle eines Fehlers kann die Bezeichnung des kurzgeschlossenen Thyristors über ein mit dem Mikrorechner gekoppeltes Display angezeigt werden.

Beginnt der Prüfdurchlauf gerade mit der Zündung eines Ventils, das kurzgeschlossen ist, so bleibt die Zündung wirkungslos, da zur Ausbildung eines Stromes immer 2 Ventile leitend sein müssen. Das kurzgeschlossene Ventil wird erst dann lokalisiert, wenn die Zündung in einem anderen Phasenzweig erfolgt.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung eines kurzgeschlossenen steuerbaren Halbleiter-Bauelementes in vollgesteuerten netzgelöschten Brüc kenschaltungen deren Lastkreis über einen Verbraucher geschlossen ist und die über Strommeßglieder an ein speisendes Netz ange schlossen sind, sowie eine mit dem speisenden Netz synchronisier te Ansteuereinrichtung aufweisen, mittels der jedes steuerbare Halbleiter-Bauelement der Brückenschaltung einzeln durch Haupt impulse ansteuerbar ist, und in welchem ein Stromaufbau aufgrund eines durchgeschalteten Hauptimpulses als Störung gewertet wird, bei der eine Verschiebung der Impulslage des durchgeschalteten Hauptimpulses solange in Richtung Gleichrichterbetrieb erfolgt, bis ein auswertbarer Fehlerstrom vorhanden ist, dadurch gekenn zeichnet, daß unabhängig von der normalen Einschaltreihenfolge ein beliebiges steuerbares Halbleiter-Bauelement der Brücken schaltung durch einen Einzelimpuls mit einem solchen Zündverzöge rungswinkel gezündet wird, daß der bei einem Kurzschluß auftre tende Fehlerstrom nicht zum Sicherungsfall führt, daß der Netz strom erfaßt wird und, sofern kein Fehlerstrom gemessen wird, anschließend ein beliebiges steuerbares Halbleiter-Bauelement im nächsten Phasenzweig der Brückenschaltung gezündet wird, wenn aber ein Fehlerstrom gemessen wurde, dieser gespeichert wird und anschließend das steuerbare Halbleiter-Bauelement mit der anderen Polarität im gleichen Phasenzweig gezündet wird und zur Lokali sierung des kurzgeschlossenen steuerbaren Halbleiter-Bauelementes ein Vergleich des aktuellen Fehlerstromes mit dem zuvor gemes senen Fehlerstrom vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfablauf solange mit einem jeweils schrittweise verringerten Zündwinkel wiederholt wird, bis ein Fehlerstrom sicher erfaßbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalisierung eines kurzgeschlossenen steuerbaren Halbleiter- Bauelementes anhand der Feststellung aus dem Fehlerstromvergleich erfolgt, ob ein Netzkurzschlußstrom oder ein Laststrom fließt.