DE602004009327T2 - Betrieb eines wandlers - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb eines Wandlers, wobei der Wandler eine Eingangsseite zum Verbinden des Wandlers mit einer elektrischen Stromquelle und/oder einem Stromverbraucher über mindestens eine elektrische Eingangsleitung umfasst, wobei ein Betrieb des Wandlers durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird und wobei ein Betriebszustand der Eingangsleitung wiederholt detektiert und eine entsprechende Eingangsgröße, insbesondere ein von der Eingangsleitung geführter elektrischer Strom, verwendet wird, um ein Eingangssignal der Steuereinrichtung zu erzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung den Bereich der Hochleistungsanwendungen, wie beispielsweise die Ablieferung elektrischer Energie an einen Antriebsmotor eines Schienenfahrzeugs oder die Stromwandlung in Verbindung mit der Erzeugung elektrischer Energie mittels Windkraft.
  • Im Betrieb eines derartigen Wandlers sind verschiedene Fehler und Fehlfunktionen möglich. Der Betrieb der Eingangsleitung kann gestört sein, beispielsweise aufgrund einer Unterbrechung der Eingangsleitung und/oder aufgrund einer Fehlfunktion irgendeiner verbundenen Leitung, Anlage oder Einrichtung. Zudem kann ein Sensor, der zum Detektieren des Betriebszustands der Eingangsleitung verwendet wird, selbst defekt sein und/oder die Energieversorgung für den Betrieb des Sensors kann versagen. Weiterhin kann eine Signalverbindung vom Detektor zur Steuereinrichtung unterbrochen oder nicht hergestellt sein (möglicherweise aufgrund eines losen Anschlusses). Darüber hinaus, oder alternativ, kann irgendeine Einrichtung (wie beispielsweise ein Verstärker), die zur Verarbeitung des Signals vom Detektor verwendet wird, defekt sein.
  • In der Zusammenfassung von JP 10304554 wird ein Fehlfunktionsdetektor für einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der in der Lage ist, einen Kommutationsfehler zu detektieren, beschrieben.
  • Eine Fehlfunktion des Betriebs kann zu schweren Schäden führen, wie beispielsweise die Explosion elektronischer Ventile, die im Wandler zur Ausführung der Stromwandlung verwendet werden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung für den Betrieb eines Wandlers der oben beschriebenen Art vorzusehen, die es ermöglichen, eine Funktion der Steuereinrichtung wenigstens teilweise zu überwachen. Insbesondere ist es ein Ziel, eine Fehlfunktion der Steuereinrichtung schnell zu detektieren in dem Fall, dass verschiedene Gründe für die Fehlfunktion möglich sind.
  • Es wird vorgeschlagen, wiederholt eine Plausibilitätsprüfung durchzuführen, wobei die Plausibilitätsprüfung umfasst zu prüfen, ob das Eingangssignal plausibel ist und/oder ob das Eingangssignal zu plausiblen Ergebnissen des Betriebs des Wandlers führt. Insbesondere führt die Steuereinrichtung die Plausibilitätsprüfung aus. Vorzugsweise wird die Plausibilitätsprüfung unter Verwendung eines Computers und von Software für den Betrieb des Computers ausgeführt, wobei der Computer Teil der Steuereinrichtung ist.
  • Die Anordnung der vorliegenden Erfindung, die für den Betrieb des Wandlers ausgelegt ist, umfasst eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Betriebs des Wandlers und einen Detektor zum Erzeugen eines Eingangssignals der Steuereinrichtung. Der Detektor ist an die Eingangsleitung angeschlossen, so dass ein Betriebszustand der Eingangsleitung detektiert werden kann, wobei die Steuereinrichtung eine Prüfeinrichtung umfasst, die ausgelegt ist, eine Plausibilitätsprüfung auszuführen, um zu prüfen, ob das Eingangssignal plausibel ist und/oder ob es zu plausiblen Ergebnissen des Betriebs des Wandlers führt, und wobei die Prüfeinrichtung mit dem Detektor verbunden ist.
  • Insbesondere kann der Wandler für die Wandlung eines Wechselstroms (AC) in einen Gleichstrom (DC) und/oder umgekehrt ausgelegt sein, wobei eine Wechselstromseite (die Eingangsseite) des Wandlers mit einem Wechselstromnetz verbunden ist, wobei eine Gleichstromseite (eine Ausgangsseite) des Wandlers mit einer Gleichstromanlage, insbesondere einem Gleichstromzwischenkreis, verbunden ist, und wobei der Wandler wenigstens ein elektrisches oder elektronisches Ventil um fasst, das ausgelegt ist, wiederholt eine elektrische Verbindung an- und abzuschalten, um so den Wandler zu betreiben. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Wandler ein Vier-Quadranten-Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler. Das Wechselstromnetz kann beispielsweise ein Einphasennetz oder ein Netz mit drei Phasen sein. Alternativ kann der Wandler beispielsweise ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, wie z. B. ein Aufwärts- oder Abwärts-Wandler, sein.
  • Die Stromquelle kann ein Energieversorgungsnetz oder jede andere Art von Stromquelle sein. Es ist ebenfalls möglich, dass elektrische Energie von dem Wandler an die Stromquelle, insbesondere an das Energieversorgungsnetz, geliefert wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein Stromverbraucher mit der Eingangsseite verbunden sein. Folglich ist die Bezeichnung "Eingangseite" nicht beschränkt auf die Seite des Wandlers, von der elektrische Energie in den Wandler eingegeben wird. Während des Betriebs kann elektrische Energie von dem Wandler an die Eingangsseite abgeliefert werden und/oder umgekehrt.
  • Unabhängig von der bestimmten Ausführungsform ist die Plausibilitätsprüfung eine verlässliche Maßnahme in der Überwachung der Funktion der Steuereinrichtung, da die Plausibilitätsprüfung auf dem Eingangssignal basiert. Mit anderen Worten gibt es mehrere unterschiedliche Gründe, weshalb das Eingangssignal keinen normalen und/oder erwünschten Betriebzustand der Eingangsleitung darstellen kann, und in all diesen Fällen detektiert die Plausibilitätsprüfung die Fehlfunktion.
  • Es gibt mehrere Eingangsleitungen auf der Eingangsseite des Wandlers. Beispielsweise ist es bekannt, zwei oder drei Wandlereinheiten parallel zueinander zu betreiben. Insbesondere kann jede der Wandlereinheiten an ihrer Eingangsseite mit einer getrennten Wicklung an einer Sekundärseite eines Wechselstromtransformators verbunden sein. An der Ausgangsseite kann jede der Wandlereinheiten mit demselben Gleichstromzwischenkreis verbunden sein. In diesem Fall gibt es eine Eingangsleitung zwischen jeder Wandlereinheit und der jeweiligen Wicklung des Transformators. In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Wandler drei Zweige mit elektronischen Ventilen, wobei jeder Zweig mit einer der drei Phasen des Wechselstromnetzes über jeweils eine Eingangsleitung verbunden ist.
  • Die wenigstens eine Eingangsleitung kann ein einzelner elektrischer Draht, Führung, Stab oder andere Art elektrischer Verbindung sein, oder sie kann ein Kreis mit wenigstens zwei getrennten elektrischen Verbindungen sein. Der Betriebszustand jeder Leitung kann getrennt detektiert werden. Vorzugsweise ist nur ein einziger Leitung kann getrennt detektiert werden. Vorzugsweise ist nur ein einziger Detektor an der Eingangsleitung angeschlossen. In dem Fall, dass die Eingangsleitung ein Kreis ist, kann der Detektor an nur einem der Mehrzahl von elektrischen Anschlüssen der Eingangsleitung angeschlossen sein. Die Bezeichnung "angeschlossen" beinhaltet alle unterschiedlichen Möglichkeiten für die Anordnung des Detektors, so dass er in der Lage ist, die erwünschte Größe zu detektieren.
  • Im Allgemeinen wird es bevorzugt, nur eine einzige Eingangsgröße (entsprechend einem Betriebszustand der Eingangsleitung) zu verwenden, um die Plausibilitätsprüfung auszuführen. Außerdem wird es bevorzugt, nur eine einzige Eingangsgröße für jede Eingangsleitung zu verwenden. Beispielsweise wird ein von der Eingangsleitung geführter elektrischer Strom als die Eingangsgröße verwendet. In dem Fall, dass die Eingangsleitung ein Kreis ist, wird der elektrische Strom vorzugsweise lediglich an einer Stelle der Eingangsleitung gemessen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass es nicht notwendig ist, redundante Detektoren zu verwenden und die von den redundanten Detektoren erzeugten Signale zu vergleichen, um zu prüfen, ob die Signale plausibel sind. Stattdessen gibt es, wie nachstehend beschrieben wird, Möglichkeiten, sogar noch mehr Informationen von einem einzigen Eingangssignal zu erhalten als durch bloßes Vergleichen der Signale redundanter Detektoren.
  • Wenn nur eine einzige Eingangsgröße jeder Eingangsleitung verwendet wird, können die Kosten für mehr als einen Detektor und die entsprechende Hardware zur Verarbeitung des Detektorsignals eingespart werden. In dem Fall, dass der Wandler abgeschaltet wird, wenn eine erhebliche Differenz zwischen den zwei redundanten Signalen besteht, erhöht der redundante Sensor die Wahrscheinlichkeit eines Versagens.
  • Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, das Eingangssignal bei der Plausibilitätsprüfung zu verwenden. a) Das Eingangssignal selbst kann ausgewertet werden. Hierzu gehört die Möglichkeit, das Eingangssignal in wenigstens einem der unterschiedlichen Verarbeitungszustände (falls vorhanden) zu verwenden, beispielsweise ein Rohsignal des Detektors, ein verstärktes Eingangssignal und/oder ein digitales Signal nach der Digitalisierung eines analogen Eingangssignals. b) Eine Sekundärgröße, die von dem Eingangssignal und wenigstens einer weiteren Größe und/oder Variable abhängt, kann ausgewertet werden. Solch eine Sekundärgröße ist beispielsweise die Abweichung zwischen einem Sollwert einer von der Steuereinrich tung gesteuerten Variablen und einem Istwert der Steuervariablen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung ausgelegt sein, den Betrieb des Wandlers durch wiederholte Einstellung eines Werts der Steuervariablen abhängig von dem Eingangssignal zu steuern, wobei die Steuereinrichtung einen Sollwert für die Steuervariable verwendet.
  • In einer Ausführungsform der Anordnung ist die Prüfeinrichtung direkt mit einem Eingang der Steuereinrichtung verbunden, wobei der Eingang ausgelegt ist, ein Eingangssignal vom Detektor zu empfangen. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Steuereinrichtung eine Recheneinheit zur Berechnung einer Ausgangsvariablen, um den Betrieb des Wandlers zu steuern, wobei die Prüfeinrichtung direkt mit einem Ausgang der Steuereinrichtung verbunden ist und wobei der Ausgang ausgelegt ist, ein Ausgangssignal, das einem Momentanwert der Ausgangsvariablen entspricht, zu empfangen.
  • In einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform verwendet die Steuereinrichtung das Eingangssignal, um wenigstens ein PWM-Signal (Pulsweitenmodulationssignal) zu erzeugen und auszugeben. Das PWM-Signal/Die PWM-Signale wird/werden zu wenigstens einem Schalter (insbesondere einem elektronischen Ventil) des Wandlers übertragen, wodurch der Wandler betrieben wird.
  • Bevorzugt wird die Plausibilitätsprüfung wiederholt während des Betriebs des Wandlers ausgeführt. Insbesondere findet eine Plausibilitätsprüfung in jedem Betriebszyklus der Steuereinrichtung statt. In dem Fall von mehr als einer Eingangsgröße (beispielsweise je eine Eingangsgröße für eine Mehrzahl von Eingangsleitungen) kann lediglich eine der Mehrzahl von Eingangsgrößen in jedem Betriebszyklus gemessen werden.
  • In dem folgenden Abschnitt werden mehrere verschiedene Möglichkeiten zur Ausführung der Plausibilitätsprüfung anhand von Beispielen genauer beschrieben. Insbesondere ist es möglich, eine oder, während desselben Betriebs eines Wandlers, mehr als eine dieser Möglichkeiten auszuführen.
  • Gemäß einer Möglichkeit, wobei die Eingangsleitung einen Wechselstrom führt, wird eine Spitzendifferenz zwischen einem maximalen Spitzenwert des Wechselstroms und einem minimalen Spitzenwert des Wechselstrom verwendet, um eine Entscheidung zu treffen, ob das Eingangssignal einen normalen und/oder erwünschten Betriebszustand der Eingangsleitung darstellt. Insbesondere sind der minimale Spit zenwert und der maximale Spitzenwert Spitzenwerte in einer einzelnen Periode des Wechselstroms. Im Falle einer Fehlfunktion, beispielsweise wenn die Eingangsleitung und/oder eine Detektorverbindung unterbrochen ist/sind, ist die Spitzendifferenz Null oder nahe Null. In einer Ausführungsform wird geprüft, ob die Spitzendifferenz kleiner als ein erster Schwellenwert und/oder kleiner als oder gleich einem ersten Schwellenwert ist. Da dieses Kriterium während Betriebsphasen mit kleiner elektrischer Last oder Leistung erfüllt sein kann, wird es bevorzugt, dieses Kriterium wie folgt zu kombinieren.
  • Eine Entscheidung, dass das Eingangssignal keinen normalen und/oder erwünschten Betriebszustand der Eingangsleitung darstellt, kann unter Verwendung von wenigstens zwei Kriterien getroffen werden, wobei ein erstes der Kriterien erfüllt ist, wenn die Spitzendifferenz kleiner als ein erster Schwellenwert oder kleiner als oder gleich einem ersten Schwellenwert ist, und wobei ein zweites Kriterium erfüllt ist, wenn eine Abweichung zwischen einem Sollwert einer von der Steuereinrichtung gesteuerten Variable und einem Istwert der Steuervariable größer als ein zweiter Schwellenwert oder größer als oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist.
  • Falls die vom Wandler übertragene elektrische Leistung klein ist, das Eingangssignal jedoch plausibel ist und zu einem normalen Betrieb der Steuereinrichtung führt, ist die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Steuervariable klein. Folglich ist nur das erste Kriterium erfüllt. Wenn die vom Wandler übertragene elektrische Leistung hoch ist, ist das erste Kriterium nicht erfüllt, außer die Erzeugung und/oder Verarbeitung des Eingangssignals ist gestört. Mit anderen Worten sind beide Kriterien nur erfüllt, falls a) der Betrieb der Eingangsleitung; b) die Erzeugung des Eingangssignals; c) die Verarbeitung des Eingangssignals; und d) das Ergebnis, das von der Steuereinrichtung unter Verwendung des Eingangssignals erhalten wurde, normal sind. Die Kombination der zwei Kriterien hat den Vorteil, dass nur ein Eingangssignal zur Ausführung der Plausibilitätsprüfung notwendig ist. Daher kann jedes Versagen einer einzigen Eingangsleitung und/oder der entsprechenden Eingangssignal-Erzeugung und -Verarbeitung detektiert und der Eingangsleitung zugeordnet werden, egal ob es mehr als eine Eingangsleitung gibt oder nicht.
  • Die im Folgenden beispielhaft dargestellten Möglichkeiten zur Ausführung der Plausibilitätsprüfung beziehen sich auf den Fall, dass der Wandler eine Mehrzahl von elektrischen Eingangsleitungen umfasst, wobei Betriebszustände einer Mehrzahl von Eingangsleitungen wiederholt detektiert werden und entsprechende Eingangsgrößen verwendet werden, um Eingangssignale der Steuereinrichtung zu erzeugen. In der Anordnung entspricht dies der Ausführungsform, dass ein erster Detektor vorhanden ist, der an die erste der Eingangsleitungen angeschlossen ist, so dass ein Betriebszustand der ersten Eingangsleitung detektiert werden kann, wobei die Anordnung einen zweiten Detektor umfasst, der an eine zweite Eingangsleitung angeschlossen ist, so dass ein Betriebszustand der zweiten Eingangsleitung detektiert werden kann, und wobei die Prüfeinrichtung mit dem ersten und dem zweiten Detektor verbunden ist. Wenn es eine dritte Eingangsleitung gibt, ist ein dritter Detektor vorhanden, der mit der dritten Eingangsleitung verbunden ist (usw.).
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, dass zwei Eingangsleitungen vorhanden sind. Gibt es weitere Eingangsleitungen, werden alle Kombinationen von jeweils zwei Eingangsleitungen genauso behandelt, und vorzugsweise werden alle entsprechenden Schritte für alle Kombinationen wiederholt.
  • Gemäß einer Möglichkeit werden ein erster Betriebszustandswert, der den Betriebszustand einer ersten der Eingangsleitungen darstellt, und ein zweiter Betriebszustandswert, der den Betriebszustand einer zweiten der Eingangsleitungen darstellt, zur Ausführung der Plausibilitätsprüfung verwendet. Insbesondere umfasst die Plausibilitätsprüfung, den ersten und den zweiten Betriebszustandswert zu vergleichen. In einer entsprechenden Ausführungsform der Anordnung umfasst die Prüfeinrichtung eine Vergleichseinrichtung, die dafür ausgelegt ist, einen ersten Eingangswert, der vom ersten Detektor erhalten wird, und einen zweiten Eingangswert, der vom zweiten Detektor erhalten wird, zu vergleichen.
  • Mit dieser Ausführungsform kann die Plausibilitätsprüfung besonders schnell ausgeführt werden, wenn erwartet werden kann, dass die Eingangswerte ein festes und/oder bekanntes Verhältnis zueinander aufweisen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Eingangsleitungen denselben Effektivstrom führen, z. B. wenn die Eingangsleitungen mit unterschiedlichen Wicklungen desselben Wechselstromtransformators verbunden sind. Besonders in diesem Fall können der erste und der zweite Betriebszustandswert einen zeitlichen Mittelwert des von der entsprechenden Eingangsleitung geführten Stroms darstellen, insbesondere den Effektivwert eines Wechselstroms. Die besonders schnelle Plausibilitätsprüfung ist nützlich, um eine plötzliche Unterbrechung der Eingangsleitung und/oder der Detektorsignalverarbei tungsleitungen zu detektieren und um einen plötzlichen Ausfall des Detektors zu detektieren.
  • Das Folgende bezieht sich auf die Verwendung von Ausgangsvariablen der Steuereinrichtung für die Plausibilitätsprüfung. Die Steuereinrichtung ist dafür ausgelegt, den Betrieb des Wandlers zu steuern, indem sie wiederholt eine erste Steuervariable abhängig von einem ersten der Eingangssignale einstellt und indem sie wiederholt eine zweite Steuervariable abhängig von einem zweiten der Eingangssignale einstellt, wobei ein erstes Ausgangssignal zur Einstellung der ersten Steuervariablen verwendet wird und wobei ein zweites Ausgangssignal zur Einstellung der zweiten Steuervariable verwendet wird und wobei die Plausibilitätsprüfung umfasst, das erste und das zweite Ausgangssignal zu vergleichen.
  • Ein Vorteil ist, dass nicht nur die Eingangssignale auf Plausibilität geprüft werden, sondern auch die Verarbeitung der Eingangssignale, bevor sie in die Steuereinrichtung eintreten und durch die Steuereinrichtung verarbeitet werden. Dies bedeutet, dass ein Versagen des Betriebs der Steuereinrichtung ebenfalls detektiert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine Notwendigkeit besteht, in die interne Verarbeitung der Eingangssignale in der Steuereinrichtung einzugreifen. Es ist ausreichend, die Ausgangssignale am Ausgang der Steuereinrichtung zu erhalten.
  • In einer bestimmten Ausführungsform wird ein Absolutwert einer Differenz des ersten und des zweiten Ausgangssignals verwendet, um die Plausibilitätsprüfung auszuführen. Diese Ausführungsform ist besonders nützlich für das Detektieren einer sich verändernden und/oder veränderten Verstärkung eines Verstärkers, der verwendet wird, um das Eingangssignal oder ein Signal, das vom Eingangssignal abgeleitet worden ist, zu verstärken.
  • In einer anderen bestimmten Ausführungsform wird eine Differenz des ersten und des zweiten Ausgangssignals, die positiv und negativ werden kann, verwendet, um die Plausibilitätsprüfung auszuführen. Diese Ausführungsform ist besonders nützlich beim Detektieren eines sich verändernden und/oder veränderten Offsets, der von einem Verstärker und/oder einer anderen Einrichtung verursacht worden ist.
  • Wenn bei der Ausführung der Plausibilitätsprüfung detektiert worden ist, dass das Eingangssignal nicht plausibel ist und/oder nicht zu plausiblen Ergebnissen des Betriebs des Wandlers führt, kann jede geeignete Maßnahme ergriffen werden, beispielsweise eine Verringerung der elektrischen Leistung, die vom Wandler übertra gen wird, und/oder ein Anhalten des Betriebs wenigstens eines Teils des Wandlers und/oder jeder verbundenen Einrichtung.
  • Insbesondere, wenn der Wandler zur Ablieferung elektrischer Energie an einen Antriebsmotor eines Schienenfahrzeugs verwendet wird, können spezielle Maßnahmen ergriffen werden, die nicht das Ergebnis der Plausibilitätsprüfung sind. Bespiele für derartige Maßnahmen sind eine schnelle Änderung der Antriebsmotorleistung und ein zeitweiliges Anhalten des Betriebs einer der Eingangsleitungen. Wird eine derartige Maßnahme ergriffen, kann die Plausibilitätsprüfung zu ungünstigen Ergebnissen führen, beispielsweise dem Ergebnis, dass der Betrieb des Wandlers vollständig angehalten wird. Daher wird vorgeschlagen, die Möglichkeit vorzusehen, dass wenigstens ein Teil der Plausibilitätsprüfung zeitweise nicht ausgeführt wird. Mit anderen Worten: eine regelmäßige Prüfung wird für eine beschränkte Zeit unterbrochen.
  • Vorzugsweise wird das Eingangssignal wiederholt verwendet, um einen Zwischenwert zu erzeugen, der ein Zwischenergebnis der Plausibilitätsprüfung darstellt, wobei mehrere der Zwischenwerte verwendet werden, um eine Entscheidung zu treffen, ob das Eingangssignal einen normalen und/oder erwünschten Betriebszustand der Eingangsleitung darstellt. Insbesondere umfasst die Anordnung zum Betrieb des Wandlers eine Prüfeinrichtung für die Ausführung der Plausibilitätsprüfung, wobei die Prüfeinrichtung eine Integriereinrichtung umfasst, die dafür ausgelegt ist, ein Zwischenergebnis eines Betriebs der Prüfeinrichtung über die Zeit zu integrieren. Zusätzlich oder alternativ können die Zwischenwerte gefiltert werden.
  • Die Verwendung von mehr als einem der Zwischenwerte, insbesondere die Filterung und/oder die Zeitintegration, hat den Vorteil, dass die Wirkung vorübergehender Störungen ausgeschaltet werden kann. Beispielsweise kann die Erzeugung oder Verarbeitung des Eingangssignals zeitweise aufgrund elektromagnetischer Wellen, die von einer externen Einrichtung ausgesendet werden, gestört werden.
  • Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungsfiguren beschrieben. Die Zeichnungsfiguren zeigen schematisch:
  • 1 eine Anordnung zum Betrieb eines Leitungswandlers, wobei die Anordnung dem nach derzeitigem Wissenstand besten Ausführungsmodus der Erfindung entspricht;
  • 2 Einrichtungen und Einheiten, die zur Verarbeitung eines Detektorsignals eines in 1 dargestellten Detektors verwendet werden;
  • 3 Details einer der zwei in 1 dargestellten Leitungswandlereinheiten;
  • 4 ein Diagramm, das die Werte von Größen, die in einem ersten Schritt eines Verfahrens zum Betrieb eines Leitungswandlers verwendet werden, darstellt, wobei das Verfahren dem nach derzeitigem Wissenstand besten Ausführungsmodus der Erfindung entspricht;
  • 5 ein Diagramm, das die Werte von Größen, die in einem weiteren Schritt des Verfahrens gemäß 4 verwendet werden, darstellt;
  • 6 ein Diagramm, das die Werte von Größen, die in einem noch weiteren Schritt des Verfahrens gemäß 4 verwendet werden, darstellt;
  • 7 ein Diagramm, das einen normalen Betrieb des in 1 gezeigten Leitungswandlers darstellt, wobei der normale Betrieb durch eine Unterbrechung einer Eingangsleitung eines Leitungswandlers beendet wird; und
  • 8 Details einer Prüfeinrichtung zur Ausführung einer Plausibilitätsprüfung.
  • 1 zeigt einen Vier-Quadranten-Leitungswandler 11, der Wandlereinheiten 11a, 11b umfasst. Jede Wandlereinheit 11a, 11b ist mit einem Eingangsleitungskreis 58, 5b an einer Eingangsseite des Leitungswandlers 11 verbunden. Die Eingangsleitungskreise 5a, 5b verbinden die entsprechende Wandlereinheit 11a, 11b mit getrennten Sekundärwicklungen eines Transformators 9. Eine Primärseite des Transformators 9 ist über einen Primärseitenanschluss 7 und über einen Pantographen 14 mit einem einphasigen Wechselstrom-Stromversorgungsnetz 2 verbunden. Der primärseitige Anschluss 7 kann durch Bedienung eines Hauptschalters 16 unterbrochen werden. An einer Ausgangsseite des Leitungswandlers 11 ist jede Wandlereinheit 11a, 11b mit einem Gleichstromzwischenkreis 12, der eine Gleichstrom-Verbindungsleitung 13a umfasst, verbunden. Beispielsweise kann ein motorseitiger Leitungswandler eines Schienenzugfahrzeugs mit der Gleichstrom-Verbindungsleitung 13a verbunden sein.
  • In jedem Fall ist ein Detektor zum Detektieren eines Betriebszustands des Eingangsleitungskreises 5a oder 5b an die Eingangsleitungskreise 5a, 5b angeschlossen. In der gezeigten bestimmten Ausführungsform sind die Detektoren Stromsensoren 3a, 3b. Es ist kein weiterer Detektor an die Eingangsleitungen 5a, 5b angeschlossen, der zur Ausführung einer Plausibilitätsprüfung verwendet wird. Es ist jedoch sehr wohl möglich, einen Detektor zur Erzeugung eines Eingangssignals für die Plausibilitätsprüfung zu verwenden, wobei der Detektor an die Primärseite des Transformators 9 angeschlossen ist (beispielsweise der Stromsensor 3c in 1).
  • In Hochleistungsanwendungen, wie beispielsweise in Schienenzugfahrzeugen, kann die Funktion des Stromsensors auf dem Prinzip basieren, dass ein Strom durch Auswertung des von dem Stromfluss erzeugten magnetischen Felds detektiert wird. Ein Beispiel für einen derartigen Stromsensor 3 und eine entsprechende Anordnung für die Verarbeitung des Sensorsignals ist in 2 dargestellt. Der Stromsensor 3 ist an die Eingangsleitung 5 angeschlossen und erzeugt ein Stromsignal, das dem von der Eingangsleitung 5 geführten Strom entspricht. Eine Signalleitung zum Ausgeben des Sensorsignals ist mit einem Strom-/Spannungswandler 41 zur Wandlung des Stromsignals in ein Spannungssignal verbunden. Der Strom-/Spannungswandler 41 ist mit einem Filter 43 zum Filtern des Spannungssignals verbunden, um störende Signalteile zu entfernen. Ein Ausgang des Filters 43 ist mit einem Eingang eines Verstärkers 45 zum Verstärken des Spannungssignals verbunden. Ein Ausgang des Verstärkers 45 ist mit einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) zum Digitalisieren des Spannungssignals verbunden. Das digitalisierte Signal kann für digitale Datenverarbeitung, insbesondere ausgeführt von einem Computer einer in 1 dargestellten Steuereinrichtung 6, verwendet werden. Beispielsweise können die Einrichtungen 41, 43, 45, 47 der in 2 dargestellten Anordnung zwischen dem Stromsensor 3a oder 3b und einem Signaleingang 4a oder 4b der Steuereinrichtung 6 angeordnet sein. Alternativ können wenigstens einige der Einrichtungen 41, 43, 45, 47 Teil der Steuereinrichtung 6 sein.
  • Die Steuereinrichtung 6 ist dafür ausgelegt, den Betrieb des Leitungswandlers 11 beispielsweise durch Erzeugung von PWM-Signalen zu steuern. Zu diesem Zweck umfasst die Steuereinrichtung 6 eine erste 29 und eine zweite 28 PWM-Signal-Erzeugungseinrichtung, die jeweils mit einem Signaleingang der Wandlereinheit 11a oder 11b verbunden sind. Die zu den Wandlereinheiten 11a, 11b übertragenen Signale können Pulssignale zum An- und Abschalten elektronischer Ventile des Wandlers sein, wobei die Pulssignale zeitlich entsprechend den PWM-Signalen ausgesendet werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, den Wandler mittels PWM-Signalen zu steuern. Andere Steuerverfahren können ebenfalls ausgeführt werden.
  • Der erste und zweite Stromsensor 3a und 3b ist mit einer ersten 24 oder zweiten 25 Kombiniereinrichtung verbunden zum Kombinieren eines Eingangssignals IS1, IS2 vom Stromsensor 3a, 3b mit einem Ausgangssignal einer Zwischenkreissteuerung 20, die dafür ausgelegt ist, ein gemeinsames Ausgangssignal für alle Eingangsleitungskreise 5 zu erzeugen. Das Ausgangssignal entspricht einem Sollwert eines Stroms eines Eingangsleitungskreises. Der Betrieb und der Ausgang der Zwischenkreissteuerung 20 sind abhängig von einem Istwert der Zwischenkreisspannung und von einem Sollwert der Zwischenkreisspannung. Folglich ist ein Zwischenkreis-Spannungssensor 10 mit einer Kombiniereinrichtung 19 verbunden, wobei der Istwert, der vom Sensor 10 gemessen wird, vom Sollwert, der über einen Sollwert-Eingang 18 in die Kombiniereinrichtung 19 eingegeben wird, subtrahiert wird.
  • Das Ausgangssignal der Zwischenkreissteuerung 20 wird nicht nur zu den Kombiniereinrichtungen 24, 25 übertragen, sondern auch zu einer Recheneinrichtung 21, um das Verhalten des Transformators 9 zu berücksichtigen. Ein entsprechendes Softwaremodell des Transformators 9 kann implementiert sein. Ein Ausgangssignal der Recheneinrichtung 21 wird zu einer dritten Kombiniereinrichtung 22 und zu einer vierten Kombiniereinrichtung 23 übertragen. Die Kombiniereinrichtung 22 befindet sich in einem Ausgangssignalpfad einer ersten Eingangsleitungssteuerung 26. Die Kombiniereinrichtung 23 befindet sich in einem Ausgangssignalpfad einer zweiten Eingangsleitungssteuerung 27. Ein Eingang der ersten Eingangsleitungssteuerung 26 ist mit der ersten Kombiniereinrichtung 24 verbunden. Ein Eingang der zweiten Eingangsleitungssteuerung 27 ist mit der zweiten Kombiniereinrichtung 25 verbunden. Außerdem ist ein Ausgang eines primärseitigen Spannungssensors 8 zur Messung der Spannung am primärseitigen Anschluss 7 mit der dritten 22 und der zweiten 23 Kombiniereinrichtung verbunden. Als ein Ergebnis werden die folgenden Größen in den von der ersten 29 und der zweiten 28 PWM-Signal-Erzeugungseinrichtung erzeugten PWM-Signalen berücksichtigt: a) die Ströme der Eingangsleitungskreise des ersten 5a und zweiten 5b Eingangsleitungskreises; b) die Spannung am primärseitigen Anschluss 7; c) die Spannung des Zwischenkreises 12; und d) ein Sollwert für die Spannung des Zwischenkreises 12.
  • Neben den oben genannten Einrichtungen und Einheiten umfasst die Steuereinrichtung 6 eine erste 31 und zweite 32 Prüfeinrichtung. Die erste Prüfeinrichtung 31 ist mit den Ausgangssignalpfaden der ersten 26 und zweiten 27 Eingangsleitungssteuerung an Verbindungspunkten 15a, 15b verbunden. Wie nachstehend näher beschrie ben wird, kann die erste Prüfeinrichtung 31 mehrere Schritte einer Plausibilitätsprüfungsprozedur mit Hilfe der Ausgangssignale OS1, OS2 der ersten 26 und der zweiten 27 Eingangssignalsteuerung ausführen. Die zweite Prüfeinrichtung 31 ist direkt mit einem Ausgang des ersten 3a und des zweiten 3b Stromsensors an Verbindungspunkten 4a, 4b verbunden. Dies schließt den Fall ein, dass wenigstens ein Teil der Signalverarbeitung, die in Zusammenhang mit 2 beschrieben worden ist, von dem Stromsensor oder einer entsprechenden Anordnung ausgeführt wird. Wie nachstehend näher beschrieben wird, kann die zweite Prüfeinrichtung 32 eine Mehrzahl von Schritten einer Plausibilitätsprüfungsprozedur mit Hilfe der Ausgangssignale der Stromsensoren 3a, 3b ausführen.
  • Es ist ebenso möglich, dass es sich bei der ersten 31 und bei der zweiten 32 Prüfeinrichtung um dieselbe Einrichtung handelt. Insbesondere wird bevorzugt, dass die gesamte Plausibilitätsprüfungsprozedur von einer zentralen Verarbeitungseinheit der Steuereinrichtung 6 ausgeführt wird.
  • Ein detaillierterer Aufbau einer Leitungswandlereinheit 11, die in der in 1 dargestellten Anordnung verwendet werden kann, wird jetzt unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Leitungswandlereinheit 11 umfasst zwei parallele Pfade, die eine erste 13a und eine zweite 13b Gleichstrom-Verbindungsleitung eines Gleichstromzwischenkreises 12 verbinden. Jeder der zwei Pfade umfasst eine Brücke 51a, 51b mit zwei elektronischen Ventilen 52a, 52b oder 52c, 52d (beispielsweise Abschalt-(GTO)thyristoren oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, IGBTs), die miteinander in Reihe geschaltet sind. In jedem Fall ist eine der elektrischen Verbindungen eines Eingangsleitungskreises 5 mit einem Verbindungspunkt zwischen den zwei elektronischen Ventilen 52a, 52b oder 52c, 52d verbunden. In jedem Fall ist eine Diode 53a, 53b, 53c, 53d antiparallel mit den elektronischen Ventilen 52a, 52b, 52c, 52d verbunden. Eingangssignalleitungen der elektronischen Ventile 52a, 52b, 52c, 52d zum Empfangen von Pulssignalen (z. B. erzeugt von der ersten oder zweiten PWM-Signal-Erzeugungseinrichtung 28, 29) sind in 3 weggelassen.
  • Gemäß der besten Ausführungsweise der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betrieb eines Leitungswandlers mehrere Schritte zur Ausführung einer Plausibilitätsprüfung. Insbesondere kann bei jedem Schritt, getrennt von den anderen Schritten, entschieden werden, ob das Eingangssignal plausibel ist und/oder zu plausiblen Ergeb nissen des Betriebs des Leitungswandlers führt. Folglich ist die Sicherheit der Detektion erhöht. Die Schritte können hintereinander in derselben oder unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden und/oder wenigstens einige der Schritte können parallel zueinander ausgeführt werden. Vorzugsweise führt eine zentrale Verarbeitungseinheit der Steuereinrichtung die Schritte hintereinander aus, wobei die Reihenfolge der Ausführung der Schritte während des Betriebs der Steuereinrichtung nicht verändert wird.
  • Zum Beispiel kann die zentrale Verarbeitungseinrichtung betrieben werden, indem aufeinanderfolgende Arbeitszyklen mit konstanter Zyklusdauer ausgeführt werden. In jedem Zyklus können alle Schritte oder einer der Schritte ausgeführt werden. In einer bestimmten Ausführungsform kann die Zyklusdauer im Bereich von 0,5 bis 5 ms sein. Wenn ein Leitungswandler ein Wechselstrom-Gleichstrom-Leitungswandler ist und wenn die Frequenz des Wechselstroms im Bereich 50 Hz liegt, ist die Dauer einer Periode des Wechselstroms wesentlich länger als die Dauer der Arbeitszyklen. Das Gleiche gilt für andere bekannte Wechselstromfrequenzen von 60 Hz und 16 2/3 Hz. Allgemein wird bevorzugt, dass die Zyklusdauer kürzer ist als die reziproke Frequenz des Wechselstroms, um es der Steuereinrichtung zu ermöglichen, ein Versagen schnell zu detektieren. Insbesondere kann die Länge des Arbeitszyklus identisch mit der Länge eines Arbeitszyklus eines Steuervorgangs sein, der von der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
  • Ein erster der Schritte wird nachfolgend beschrieben: In jedem Zyklus wird der Absolutwert der Differenz zwischen von den zwei Eingangsleitungen geführten Stromwerten berechnet. Vorzugsweise werden wiederholt die zwei Eingangsleitungsströme gleichzeitig abgefragt. In 4 sind die Eingangsleitungsströme mlq1 und mlq2 als Funktionen der Zeit dargestellt. Die zwei Zeitlinien haben ein Sägezahn-ähnliches Verhalten, umfassen eine Phasenverschiebung zueinander um eine halbe Periode und schneiden sich gegenseitig zweimal pro Periode. Vorzugsweise werden die zwei Leitungsströme zum Zeitpunkt des Sich-Schneidens abgefragt, insbesondere bei den zwei Zeitpunkten des Sich-Schneidens in jeder Periode. Vorausgesetzt es liegt kein Versagen vor, sind die gemessenen Stromwerte Mittelwerte (aufgrund des Sägezahn-ähnlichen Verhaltens) und die Differenz zwischen den beiden Mittelwerten ist sehr klein. Folglich kann ein sehr kleiner Schwellenwert definiert werden, und es kann in jedem Arbeitszyklus detektiert werden, ob die Differenz dem Wert des Schwellenwerts entspricht und/oder ihn überschreitet. In einer bestimmten Ausfüh rungsform ist ein Zähler vorhanden, der die Zahl aufeinanderfolgender Arbeitszyklen, in welchen der Schwellenwert erreicht und/oder überschritten wird, zählt. Der Zähler wird auf Null zurückgestellt, wenn die Differenz kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn beispielsweise der Zählerwert drei wird, wird entschieden, dass ein Versagen vorliegt.
  • Mit dem ersten Schritt kann ein Leitungsversagen der Eingangsleitung und/oder einer Verarbeitungsleitung für die Verarbeitung der Sensorsignale und/oder ein Versagen eines der Stromsensoren sehr schnell detektiert werden.
  • In 4 ist auch das Abfragesignal S und die Spannung an der Primärseite eines Transformators, dessen Sekundärseite mit den Eingangsleitungen verbunden ist, dargestellt.
  • Nachfolgend wird Schritt zwei beschrieben: ein Absolutwert der Differenz zwischen einem Istwert der von der Steuereinrichtung gesteuerten Variable und zwischen einem Sollwert der Steuervariable wird ausgewertet. Insbesondere wird die Differenz mit einem Schwellenwert verglichen und ein erstes Kriterium ist erfüllt, wenn der Schwellenwert erreicht und/oder überschritten wird (das heißt, dass die Differenz größer als der Schwellenwert ist). In diesem Schritt gibt es ein zweites Kriterium, und es wird entschieden, dass das Eingangssignal nicht plausibel ist oder nicht zu plausiblen Ergebnissen des Betriebs des Leitungswandlers führt, nur wenn beide Kriterien erfüllt sind. Das zweite Kriterium ist erfüllt, wenn die Spitzendifferenz zwischen einem maximalen Spitzenwert des Wechselstroms einer der Eingangsleitungen und einem minimalen Spitzenwert desselben Wechselstroms kleiner als ein Schwellenwert oder kleiner als oder gleich einem Schwellenwert ist. Die Vorzüge einer derartigen Kombination von zwei Kriterien sind oben beschrieben worden.
  • Nachfolgend werden der dritte Schritt und der vierte Schritt beschrieben: in beiden Schritten wird die Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignal und einem zweiten Ausgangssignal ausgewertet. Das erste Ausgangssignal wird von einer ersten Steuerung zum Steuern einer ersten Leitungswandlereinheit, die mit einer ersten Eingangsleitung verbunden ist, ausgegeben. Das zweite Ausgangssignal wird von einer zweiten Steuerung zum Steuern einer zweiten Leitungswandlereinheit, die mit einer zweiten Eingangsleitung verbunden ist, ausgegeben. Die Differenz wird über die Zeit integriert. Beispielsweise wird die Integration als Gleitfenster-Integration ausgeführt, insbesondere über einem gleitenden Zeitfenster von zwei Perioden eines Wechselstroms an der Eingangsseite des Leitungswandlers, was beispielsweise bedeutet über zwei Perioden des Wechselstroms eines Stromversorgungsnetzes.
  • In einem dritten Schritt wird ein Absolutwert der Differenz nicht berechnet, so dass die Differenz positiv oder negativ werden kann. Nachfolgend wird auf 5 Bezug genommen, in der das erste Ausgangssignal OS1 der ersten Eingangsleitungssteuerung 26 und das zweite Ausgangssignal OS2 der zweiten Eingangsleitungssteuerung 27 dargestellt ist. Außerdem sind die Differenz Δ der Steuerungsausgänge und die integrierte Differenz IΔ gezeigt.
  • Wenn die integrierte Differenz IΔ einem Schwellenwert entspricht und/oder ihn überschreitet, wird entschieden, dass ein Offset-Fehler eines Verstärkers zur Verstärkung eines Detektorsignals oder ein von einer anderen Einrichtung, die zur Verarbeitung des Detektorsignals beiträgt, erzeugtes Offset-Fehler vorliegt. Da die Variation eines internen Widerstands und/oder die Variation einer Streuinduktivität der Eingangsleitungskreise nicht zu einer Veränderung des Offsets beitragen, kann ein sehr kleiner Schwellenwert gewählt werden. Folglich kann Schritt drei sehr sensibel sein. 5 stellt die Situation dar, dass der Offset des Eingangssignals, das zur Erzeugung des Ausgangssignals OS1 verwendet wird, sich zum Zeitpunkt t = 0 um 0,2 verändert. Die Dauer einer Periode des Wechselstroms (und folglich der Ausgangssignale OS1 und OS2) beträgt 0,6 s.
  • Als ein Ergebnis der Länge des Gleitfensters von zwei Perioden wird der maximale Wert der integrierten Differenz IΔ bei t = 0,12 s erreicht.
  • In Schritt vier wird der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal OS1, OS2 integriert. Ein entsprechender Fall ist in 6 dargestellt. Durch Auswertung des Absolutwerts der Differenz tragen Veränderungen des Offsets und der Verstärkung zum integrierten Absolutwert IΔm bei. Da jedoch Veränderungen der Verstärkung zu einer Verschiebung der Phase des entsprechenden Signals führen, wird die Wirkung der Offset-Veränderung zumindest teilweise entfernt. Folglich ist Schritt vier sensibler gegenüber Veränderungen der Verstärkung.
  • Wenn ein integrierter Absolutwert IΔm der Differenz Δ einem Schwellenwert entspricht oder ihn überschreitet, wird entschieden, dass das Eingangssignal, das von wenigstens einer Eingangsleitung erhalten wird, nicht länger zu plausiblen Ergebnissen des Betriebs des Leitungswandlers führt.
  • Im Fall von 6 verändert sich die Verstärkung eines der Eingangssignale bei t = 0 s. Folglich schwankt die Differenz Δ der Ausgangssignale OS1, OS2 über die Zeit. Als ein Ergebnis steigt der integrierte Absolutwert IΔm und erreicht seinen maximalen Wert nach zwei Perioden des Wechselstroms.
  • Ein Beispiel einer Prüfeinrichtung ist schematisch in 8 dargestellt. Die Prüfeinrichtung 33 umfasst eine erste Eingangsleitung 34 und eine zweite Eingangsleitung 35. Ein Komparator 38 ist mit der ersten und zweiten Eingangsleitung 34, 35 verbunden. Zum Beispiel können die Eingangssignale, die über die erste und zweite Eingangsleitung 34, 35 eingegeben werden, die Sensorsignale und/oder die Steuerungsausgangssignale der oben beschriebenen Schritte sein. Ein Zähler 39, der die in Schritt eins beschriebene Zählfunktion ausführen kann, ist mit dem Komparator 38 verbunden. Der Komparator 38 kann die restlichen Verarbeitungsoperationen der Schritte eins bis vier ausführen. Alternativ können die Integrationsoperationen, die in den Schritten drei und vier beschrieben sind, von einem separaten Integrator 40, der mit dem Komparator 38 verbunden sein kann, ausgeführt werden. Alle Funktionen, die im Zusammenhang mit 8 beschrieben worden sind, können von einer zentralen Verarbeitungseinheit, insbesondere einer mikroelektronischen Einrichtung, die entsprechende Software verwendet, ausgeführt werden.
  • 7 stellt ein Beispiel eines Leitungswandlerbetriebs dar, wobei eine Sensorsignalverbindung von einer von zwei Eingangsleitungen zur Steuereinrichtung unterbrochen wird, wenn der Leitungswandler mit maximaler Leistung arbeitet. 7 zeigt den ersten Eingangsleitungsstrom Iq1 und den zweiten Eingangsleitungsstrom Iq2, die Differenz der Eingangsleitungsströme IΔ und das Zählsignal C des Zählers, der in Zusammenhang mit Schritt eins oben beschrieben wurde. Zum Zeitpunkt t = 41 ms (gekennzeichnet durch den linken Pfeil) kommt es zur Unterbrechung der Sensorsignalleitung. Als ein Ergebnis versucht die entsprechende Eingangsleitungskreissteuerung, den offensichtlichen Abfall des Eingangsleitungsstroms zu kompensieren. Folglich steigt der Strom der entsprechenden Eingangsleitung an, so dass die Differenz zwischen den Eingangsleitungsströmen ebenfalls ansteigt. Da der Schwellenwert der Differenz in drei aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen überschritten wird, erreicht das Zählersignal Zählerwert drei und der Betrieb des Leitungswandlers wird beendet (zu dem mit dem rechten Pfeil gekennzeichneten Zeitpunkt), beispielsweise durch Unterbrechung des Hauptschalters 16 am primärseitigen Anschluss 7. In dem vorlie genden Beispiel beträgt die Dauer des Arbeitszyklus 1 ms und die Detektierung des Versagens lediglich 4 ms.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Wandlers (11), insbesondere zum Abliefern von elektrischer Energie an einen Antriebsmotor eines Schienenfahrzeugs, wobei der Wandler (11) eine Eingangsseite zum Verbinden des Wandlers (11) mit einer elektrischen Stromquelle (2) und/oder einem Stromverbraucher über mindestens eine elektrische Eingangsleitung (5) umfaßt, der Wandler (11) mehrere der elektrischen Eingangsleitungen (5a, 5b) umfaßt, wobei Betriebszustände mehrerer der Eingangsleitungen (5a, 5b) wiederholt detektiert und entsprechende Eingangsgrößen verwendet werden, um Eingangssignale einer Steuereinrichtung (6) zu erzeugen, ein Betrieb des Wandlers (11) durch die Steuereinrichtung (6) gesteuert wird, ein Betriebszustand der Eingangsleitung (5, 7) wiederholt detektiert und eine entsprechende Eingangsgröße, insbesondere ein von der Eingangsleitung (5, 7) geführter elektrischer Strom, verwendet wird, um ein Eingangssignal der Steuereinrichtung (6) zu erzeugen, die Steuereinrichtung (6) den Betrieb des Wandlers (11) steuert, indem eine erste Steuervariable wiederholt abhängig von einem ersten (IS1) der Eingangssignale eingestellt und eine zweite Steuervariable wiederholt abhängig von einem zweiten (IS2) der Eingangssignale eingestellt wird, wobei ein erstes Ausgangssignal (OS1) zum Einstellen der ersten Steuervariablen und ein zweites Ausgangssignal (OS2) zum Einstellen der zweiten Steuervariablen verwendet werden und wiederholt eine Plausibilitätsprüfung insbesondere durch die Steuereinrichtung (6) ausgeführt wird, die Plausibilitätsprüfung umfaßt, zu prüfen, ob das Eingangssignal plausibel ist und/oder zu plausiblen Ergebnissen des Betriebs des Wandlers (11) führt, und die Plausibilitätsprüfung umfaßt, das erste (OS1) und das zweite (OS2) Ausgangssignal zu vergleichen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch Auswerten des Eingangssignals eine Entscheidung getroffen wird, ob das Eingangssignal einen normalen und/oder erwünschten Betriebszustand der Eingangsleitung darstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eingangsleitung einen Wechselstrom führt, wobei eine Spitzendifferenz zwischen einem maximalen Spitzenwert des Wechselstroms und einem minimalen Spitzenwert des Wechselstroms verwendet wird, um eine Entscheidung zu treffen, ob das Eingangssignal einen normalen und/oder erwünschten Betriebszustand der Eingangsleitung darstellt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der minimale Spitzenwert und der maximale Spitzenwert Spitzenwerte in einer einzigen Periode des Wechselstroms sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Eingangssignal wiederholt zum Erzeugen eines Zwischenwerts verwendet wird, der ein Zwischenergebnis der Plausibilitätsprüfung darstellt, und wobei mehrere der Zwischenwerte verwendet werden, um eine Entscheidung zu treffen, ob das Eingangssignal einen normalen und/oder erwünschten Betriebszustand der Eingangsleitung darstellt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Absolutwert einer Differenz des ersten (OS1) und des zweiten (OS2) Ausgangssignals verwendet wird, um die Plausibilitätsprüfung auszuführen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Differenz des ersten (OS1) und des zweiten (OS2) Ausgangssignal, die positiv oder negativ werden kann, verwendet wird, um die Plausibilitätsprüfung auszuführen.
  8. Anordnung zum Betrieb eines Wandlers, insbesondere zum Betrieb eines Wandlers, der zum Abliefern von elektrischer Energie an einen Antriebsmotor eines Schienenfahrzeugs verwendet wird, wobei die Anordnung dafür ausgelegt ist, einen Wandler (11) zu betreiben, der eine Eingangsseite zum Verbinden des Wandlers (11) mit einer elektrischen Stromquelle (2) und/oder einem Stromverbraucher über mehrere elektrische Eingangsleitungen (5a, 5b) umfaßt, wobei die Anordnung folgendes umfaßt: eine Steuereinrichtung (6) zum Steuern eines Betriebs des Wandlers (11), mehrere Detektoren (3a, 3b), wobei jeder Detektor (3a, 3b) an eine verschiedene der Eingangsleitungen (5a, 5b) angeschlossen ist, um ein Eingangssignal der Steuereinrichtung (6) zu erzeugen, wobei die Steuereinrichtung (6) dafür ausgelegt ist, den Betrieb des Wandlers (11) zu steuern, indem eine erste Steuervariable wiederholt abhängig von einem ersten (IS1) der Eingangssignale eingestellt und eine zweite Steuervariable wiederholt abhängig von einem zweiten (IS2) der Eingangssignale eingestellt wird, wobei ein erstes Ausgangssignal (OS1) der Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der ersten Steuervariablen und ein zweites Ausgangssignal (OS2) zum Einstellen der zweiten Steuervariablen verwendet wird, wobei die Steuereinrichtung (6) eine Prüfeinrichtung (31, 32; 33) umfaßt, die dafür ausgelegt ist, eine Plausibilitätsprüfung auszuführen, um zu prüfen, ob das Eingangssignal plausibel ist und/oder zu plausiblen Ergebnissen des Betriebs des Wandlers (11) führt, und wobei die Prüfeinrichtung (33) einen Komparator (38) umfaßt, der dafür ausge legt ist, das erste (OS1) und das zweite (OS2) Ausgangssignal der Steuereinrichtung (6) zu vergleichen.
  9. Anordung nach Anspruch 8, wobei die Prüfeinrichtung (33) eine Integriereinrichtung (40) umfaßt, die dafür ausgelegt ist, ein Zwischenergebnis eines Betriebs der Prüfeinrichtung (33) über die Zeit zu integrieren.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450412C1 (ru) * 2010-09-09 2012-05-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Способ асинхронного управления четырехквадрантным преобразователем

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03239159A (ja) * 1990-02-15 1991-10-24 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置
JPH07231554A (ja) * 1994-02-15 1995-08-29 Advantest Corp 出力保護回路
JPH08205539A (ja) * 1995-01-18 1996-08-09 Daikin Ind Ltd コンバータ
JP3191597B2 (ja) * 1995-02-21 2001-07-23 松下電器産業株式会社 高周波加熱装置
JPH10304554A (ja) * 1997-04-21 1998-11-13 Mitsubishi Electric Corp 交直変換器の異常検出装置および保護装置
JP2003189631A (ja) * 2001-12-11 2003-07-04 Fuji Electric Co Ltd 電力変換器回路の停電検知装置
GB2389468B (en) * 2003-01-13 2005-11-16 Sansha Electric Mfg Co Ltd Power supply apparatus for light source

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