DE4208541A1

DE4208541A1 - Voltage monitoring circuit for three=phase network - has rectifier bridge whose positive and negative DC output voltages and compared with threshold values with result being combined and pulse blocked

Info

Publication number: DE4208541A1
Application number: DE19924208541
Authority: DE
Inventors: Erich Neumann; Wilhelm Ing Reischer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG Oesterreich
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 1992-10-15
Also published as: AT399066B; ATA76091A

Abstract

The circuit monitors the d.c. voltage of a rectifier bridge (16) for a fall below a defined threshold value. The 3-pulse d.c. voltages occurring at the positive (17) and negative (18) bridge outputs w.r.t. the secondary star point (6) are fed to threshold switches (21, 22) with positive and negative thresholds respectively. The outputs of the two threshold switches are combined and connected to a pulse blocking stage. Resistors (27-29) inserted in each bridge supply line form potential dividers cyclically and alternately with resistors (19, 20) connected between the bridge d.c. outputs and the secondary star point. USE/ADVANTAGE - For voltage monitoring of three-phase networks with real or synthetic midpoints. Maximum dead time between occurrence of fault and indication is reduced.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Spannungsüberwachungsschaltung für Drehstrom-Dreiphasennetze mit vorhandenem oder künstlich ge schaffenem Mittelpunkt, mit Überwachung der an einer Gleichrich terbrücke auftretenden Gleichspannung auf Unterschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes.The invention relates to a voltage monitoring circuit for three-phase three-phase networks with existing or artificial ge create center, with monitoring of a rectifier DC voltage occurring when falling below a predefinable threshold value.

Einfachere Stromrichtergeräte zur Ankerspeisung geregelter Gleichstrommotoren besitzen eine Unterspannungsüberwachung, die bei absinkender Netzspannung unter Werte von etwa 70% der Nennanschlußspannung anspricht und die Regler sperrt. Geräte in vollgesteuerter Drehstrom-Brückenschaltung sind zu sätzlich mit einer Phasenausfallüberwachung ausgerüstet, die bei Ausfall einer Phase, z. B. bei Ansprechen einer vorgeschal teten Sicherung Regler- und Steuerimpulse sperrt und den Fehler über ein Relais meldet. Die Phasenausfallüberwachung dient so mit bei Verwendung von Strangsicherungen gleichzeitig als Si cherungsüberwachung. Im Vordergrund stehen dabei kurze Ansprech- und Totzeiten, um zuverlässig die Fehlfunktionen von z. B. netz geführten Stromrichtergeräten aufgrund eines Spannungseinbruches verhindern zu können. Bei lückendem Strom im Stromrichter bietet diese Überwachung einen wirkungsvollen Schutz gegen Fehlsynchro nisierung bei Netzausfall im Gleichrichter- und Wechselrichter betrieb, die kurzschlußähnliche Zustände hervorruft.Simpler converter devices for controlled armature supply DC motors have undervoltage monitoring, which when the mains voltage drops below values of around 70% the nominal supply voltage responds and the controller blocks. Devices in a fully controlled three-phase bridge circuit are closed additionally equipped with phase failure monitoring, which in the event of a phase failure, e.g. B. in response to a previous fuses controller and control pulses and blocks the error reports via a relay. The phase failure monitoring thus serves with when using string fuses simultaneously as Si fuse monitoring. The focus is on short response times and dead times to reliably prevent the malfunctions of e.g. B. network led converter devices due to a voltage dip to be able to prevent. If there is insufficient current in the converter this monitoring provides effective protection against false synchro If there is a power failure in the rectifier and inverter operation that causes short-circuit-like conditions.

Bei den im Stand der Technik bekannten Schaltungen werden die Außenleiterspannungen mittels einer 6-pulsigen Gleichrichter brücke gleichgerichtet. Die dabei entstehende 6-pulsige Gleich spannung wird entweder auf Masse bezogen oder bezugspotential frei mittels eines Differenzverstärkers aufbereitet und von einem Schwellwertschalter ausgewertet. Wegen der bei Vollweg gleichrichtung entstehenden dichten Aufeinanderfolge der Span nungshalbwellen, die in allen anderen Hinsichten vorteilhaft ist und wegen der Tatsache, daß die verkettete Außenleiter spannung bei Ausfall einer Phase nicht auf den Wert Null son dern nur auf den Wert von ca. 58% einbricht, ist die Über wachung problematisch. Es muß nämlich wegen der noch zu tole rierenden Unterspanung von ca. 70% die Ansprechschwelle sehr niedrig festgelegt werden. Sie kommt dabei in die Nähe der Pha senspannungsgröße. Damit ist, wie später erläutert werden wird, ein zeitlich enger Ansprechbereich und ein weiter Totbereich, das ist der maximal mögliche zeitliche Abstand zwischen dem Auftreten des Fehlers und dessen Registrierung, verbunden.In the circuits known in the prior art, the Line voltage using a 6-pulse rectifier bridge rectified. The resulting 6-pulse equal voltage is either related to ground or reference potential freely processed by means of a differential amplifier and by evaluated a threshold switch. Because of the full path dense succession of chips half-waves, which is advantageous in all other respects is and because of the fact that the chained outer conductor voltage does not fall to zero if one phase fails which only drops to around 58%, is the over guard problematic. It must be because of the still too great undervoltage of approx. 70% the response threshold very much to be set low. It comes close to the Pha voltage size. So, as will be explained later, a narrow response area and a wide dead area, that is the maximum possible time interval between the Occurrence of the error and its registration.

Eine Schaltung, die diese Nachteile nicht aufweist, ist er findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke gegen den sekundä ren Sternpunkt auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem ersten Schwellwertschalter mit positivem Schwellwert zugeführt ist und daß die am negativen Gleichstromausgang der Gleich richterbrücke gegen den sekundären Sternpunkt auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem zweiten Schwellwertschalter mit negativem Schwellwert zugeführt ist und daß die Ausgänge der beiden Schwellwertschalter zusammengeschaltet und mit einer Impulssperrstufe verbunden sind.It is a circuit that does not have these disadvantages according to the invention, characterized in that the most positive DC output of the rectifier bridge against the secondary 3-pulse DC voltage occurring at the star point first threshold value switch with positive threshold value supplied and that at the negative DC output is the DC richterbrücke occurring against the secondary star point 3-pulse DC voltage with a second threshold switch negative threshold is supplied and that the outputs of the two threshold switches connected together and with one Impulse blocking stage are connected.

Der Vorteil liegt darin, daß bei der von jeder Schwellwertstufe überwachten 3-pulsigen Spannung der zu registrierende fehler hafte Zustand wesentlich länger besteht als bei der herkömmli cherweise überwachten 6-pulsigen Schaltung. Hier werden Phasen spannungen überwacht, die im allgemeinen deutlicher, nämlich bis zu einem theoretischen Wert Null einbrechen als die her kömmlicherweise überwachten verketteten Außenleiterspannungen, die sich vektoriell aus zwei Phasenspannungen zusammensetzen. Der Totbereich, das ist der Zeitraum der maximal zwischen dem Auftreten des Fehlers und seiner Registrierung vergehen kann, ist demgemäß kürzer. The advantage is that at each threshold level monitored 3-pulse voltage of the errors to be registered adhesive condition lasts much longer than the conventional one Monitored 6-pulse circuit. Here are phases monitors voltages that are generally clearer, namely collapse to a theoretical value zero than that ago conventionally monitored interlinked line voltages, that are vectorially composed of two phase voltages. The dead area is the maximum period between the The error and its registration may elapse, is accordingly shorter.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in die Anspeiseleitungen der Gleichrichterbrücke je ein Widerstand geschaltet ist, wobei diese Widerstände zusammen mit zwischen den beiden Gleichstromausgängen der Gleichrichter brücke und dem sekundären Sternpunkt in herkömmlicher Weise angeordneten Widerständen abwechselnd und zyklisch einen Span nungsteiler bilden. Dabei ist vorteilhaft, daß jede der Dioden der Gleichrichterbrücke nur mit einer Sperrspannung beansprucht wird, die der im Teilungspunkt der Spannungsteiler auftretenden Teilspannung entspricht.An advantageous embodiment is characterized in that that one in each of the feed lines of the rectifier bridge Resistor is connected, these resistors together with between the two DC outputs of the rectifier bridge and the secondary star point in a conventional manner arranged resistors alternately and cyclically one chip form dividers. It is advantageous that each of the diodes the rectifier bridge is only loaded with a reverse voltage is that of those occurring at the division point of the voltage dividers Partial voltage corresponds.

Anhand von Zeichnungen soll nachfolgend die erfindungsgemäße Schaltung näher erläutert werden. Es zeigen:The drawings according to the invention are intended to be used below Circuit will be explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Schaltungsschema zur erfindungsgemäßen Schaltung, Fig. 1 is a circuit diagram for the inventive circuit,

Fig. 2 und 3 Folgen von Spannungshalbwellen mit Spannungsein brüchen.Fractures Fig. 2 and 3 sequences of voltage half-waves with conduct voltage.

Fig. 1: Zur Stromversorgung der hier nicht näher beschriebenen Elektronikschaltung 1 dient beispielsweise ein Netztransforma tor 2. Seine sekundären Wicklungen 3, 4, 5 sind im Stern geschal tet, ein gemeinsamer Sternpunkt 6 ist herausgeführt. Von jeder der drei Sekundärwicklungen 3, 4, 5 führt eine Leitung zu einem der drei drehstromseitigen Anspeisepunkte 7, 8, 9 einer herkömm lichen, aus ungesteuerten Ventilen 10-15 bestehenden Drehstrom brückenschaltung 16. Jeder ihrer beiden Gleichspannungs-Ausgangs punkte 17, 18 ist einerseits über einen Belastungswiderstand 19, 20 an den Transformatorsternpunkt geschaltet, andererseits an den jeweils gleich bezeichneten Eingang eines Schwellwert schalters. Es ist also der positive Gleichspannungs-Ausgangs punkt 17 mit dem positiv bezeichneten nichtinvertierenden Ein gang eines als positiver Schwellwertschalter 21 geschalteten Operationsverstärkers und der negative Gleichspannungs-Ausgangs punkt 18 mit dem negativ bezeichneten invertierenden Eingang eines als negativer Schwellwertschalter 22 geschalteten Opera tionsverstärkers leitend verbunden. Die Referenz- oder Schwell enspannungen werden aus Spannungsteilern gewonnen und den je weils anderen Eingängen zugeführt. So wird die Referenzspannung für den Schwellwertschalter 21 mittels eines zwischen positive Speiseleitung und Mittelpunkt M geschalteten, aus den Wider ständen 23, 24 bestehenden Spannungsteilers gewonnen und dem invertierenden Eingang dieses Schwellwertschalters 21 zuge führt. In analoger Weise wird die Referenzspannung für den Schwellwertschalter 22 mittels eines zwischen negative Spei seleitung und Mittelpunkt M geschalteten, aus den Widerständen 25, 26 bestehenden Spannungsteilers gewonnen und dem nichtin vertierenden Eingang dieses Schwellwertschalters 22 zugeführt. Die Ausgänge der Schwellwertschalter 21, 22 sind zusammenge schaltet und mit einer Einrichtung zur Auslösung einer Impuls sperre etc., die hier nicht dargestellt ist, verbunden. In die von den Transformatorwicklungen 3, 4, 5 zu den zugeordneten Dreh strom-Anspeisepunkten 7, 8, 9 der Gleichrichterbrücke 16 führen den Leitungen sind Widerstände 27, 28, 29 geschaltet. Diese Wider stände bilden je nach Stromflußrichtung zyklisch Spannungstei ler und zwar bei positivem Strom mit dem Belastungswiderstand 19 und bei negativem Strom mit dem Belastungswiderstand 20. Da durch tritt an den Dioden 10-15 lediglich eine Sperrspannung in der Größe der Teilerspannung auf. Fig. 1: for the power supply of the electronic circuit 1 is not described in detail here, a network transformers is used, for example, port 2. Its secondary windings 3 , 4 , 5 are switched in the star, a common star point 6 is brought out. From each of the three secondary windings 3 , 4 , 5 , a line leads to one of the three three-phase supply points 7 , 8 , 9 of a conventional three-phase bridge circuit 16 consisting of uncontrolled valves 10-15 . Each of its two direct voltage output points 17 , 18 is connected on the one hand via a load resistor 19 , 20 to the transformer star point, and on the other hand to the input of a threshold switch, which is identified in the same way. It is therefore the positive DC voltage output point 17 with the positive designated non-inverting input of an operational amplifier connected as a positive threshold switch 21 and the negative DC voltage output point 18 with the negatively designated inverting input of an operational amplifier connected as a negative threshold switch 22 . The reference or threshold voltages are obtained from voltage dividers and fed to the respective other inputs. Thus, the reference voltage for the threshold switch 21 is obtained by means of a switch between the positive feed line and center point M, consisting of the resistors 23 , 24 existing voltage divider and leads to the inverting input of this threshold switch 21 . In an analogous manner, the reference voltage for the threshold switch 22 is obtained by means of a line between the negative feed line and the center point M, consisting of the resistors 25 , 26 , and supplied to the non-inverting input of this threshold switch 22 . The outputs of the threshold switches 21 , 22 are switched together and connected to a device for triggering a pulse lock, etc., which is not shown here. In the lead from the transformer windings 3 , 4 , 5 to the associated three-phase feed points 7 , 8 , 9 of the rectifier bridge 16 , the resistors 27 , 28 , 29 are connected. Depending on the direction of current flow, these resistors cyclically form voltage dividers, namely with positive current with the load resistor 19 and with negative current with the load resistor 20 . Since only a reverse voltage in the size of the divider voltage occurs at the diodes 10-15 .

In Fig. 2 ist die am Ausgang eines Drehstrombrückengleichrich ters auftretende Reihe von Halbwellen der verketteten Spannun gen oder Außenleiterspannungen gezeigt. Wenn eine Phasenspan nung ausfällt, brechen alle mit ihr verketteten Spannungen auf den Betrag einer Phasenspannung ein, der bekanntlich in der Höhe von ca. 58% des Betrages der verketteten Spannungen liegt. Hier ist z. B. der Ausfall der Phase S dargestellt, der ein zyk lisches Einbrechen der Außenleiterspannungen RS und ST auf theoretisch etwa 58% ihres Betrages verursacht. Schraffiert ist das schmale Band für die Festlegung der Schwellenspannung zu erkennen, das zwischen der Toleranzgrenze für die Unter spannung und den Phasenspannungen, die beim hier angenommenen Ausfall der Phase S auftreten, verbleibt. Daraus ist zu ersehen, daß für diese Gegebenheiten der Ansprechbereich A sehr kurz und der Totbereich T sehr lang ist. In Fig. 2, the series of half-waves occurring at the output of a three-phase bridge rectifier is shown or the line voltages are shown. If a phase voltage fails, all the voltages linked to it break down to the amount of a phase voltage, which is known to be around 58% of the amount of the linked voltages. Here is z. B. the failure of phase S is shown, which causes a cyclical collapse of the line voltages RS and ST to theoretically about 58% of their amount. The narrow band for the definition of the threshold voltage is hatched, which remains between the tolerance limit for the undervoltage and the phase voltages that occur in the case of the assumed failure of phase S. It can be seen from this that the response range A is very short and the dead range T is very long for these circumstances.

In Fig. 3 sind demgegenüber die Spannungsverhältnisse darge stellt, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Schaltung gegeben sind. Auch hier ist wieder der Ausfall der Phase S angenommen. Es ist deutlich zu erkennen, daß hier in vorteilhafter Weise ein wesentlich verlängerter Ansprechbereich A und ein wesent lich verkürzter Totbereich T erzielt werden kann. Die zeitli che Beziehung zwischen den beiden Folgen von Spannungshalb wellen wird durch die Zusammenschaltung der Ausgänge der Schwell wertschalter 21, 22 hergestellt.In Fig. 3, on the other hand, the voltage ratios are Darge, as they are given in a circuit according to the invention. The failure of phase S is again assumed here. It can be clearly seen that here a significantly longer response area A and a significantly shorter dead area T can be achieved in an advantageous manner. The temporal relationship between the two sequences of voltage half-waves is established by interconnecting the outputs of the threshold switches 21 , 22 .

Claims

1. Voltage monitoring circuit for three-phase three-phase networks with an existing or artificially created center, with monitoring of the DC voltage occurring at a rectifier bridge for falling below a predetermined threshold, characterized in that the bridge at the positive DC output ( 17 ) of the rectifier ( 16 ) against the secondary star point ( 6 ) occurring 3-pulse DC voltage is fed to a first threshold switch ( 21 ) with a positive threshold value and that the 3-pulse DC voltage occurring at the negative DC output ( 18 ) of the rectifier bridge ( 16 ) against the secondary star point ( 6 ) has a second threshold switch ( 22 ) is supplied with a negative threshold value and that the outputs of the two threshold value switches ( 21 , 22 ) are connected together and connected to an impulse blocking stage.

2. Voltage monitoring circuit according to claim 1, characterized in that in the feed lines of the rectifier bridge ( 16 ) each has a resistor ( 27 , 28 , 29 ) is switched, these resistors together with between the DC outputs ( 17 , 18 ) of the rectifier bridge ( 16 ) and the secondary star point ( 6 ) in a conventional manner arranged resistors ( 19 , 20 ) alternately and cyclically form a voltage divider.