DE69020760T2

DE69020760T2 - Elektrische Halbleiter-Leistungskonvertierungseinrichtung.

Info

Publication number: DE69020760T2
Application number: DE69020760T
Authority: DE
Inventors: Akira Bando; Tadao Kawai; Eizo Kita; Keiichi Kansai Elec Mitsuhashi; Hiroto Nakagawa; Yasuteru Ohno; Keiji Saito; Chikara Tanaka
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2010-03-20
Also published as: EP0388850A2; CA2012578C; EP0388850B1; JP2928264B2; DE69020760D1; EP0388850A3; JPH02262832A; US5099409A; CA2012578A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

a. Bereich der Eifindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit Halbleitern arbeitendes elektrisches Leistungsumrichtersystem, das in dem Bereich der Leistungssysteme, der elektrischen Eisenbahn, der Großanlagen oder ähnlichem insbesondere für Wechselstrom/Gleichstrom-Umwandlung-, Gleichstromübertragungs- oder Frequenzwandler-Systeme verwendet wird. Sie eignet sich besonders für den Einsatz in einem elektrischen Generator-Motor variabler Geschwindigkeit, der auch dann bis zu einem Grenzwert weiterlaufen soll, wenn eine Eingangswechselspannung aufgrund abnormer Zustände im elektrischen Leistungssystem instabil ist.

b. Stand der Technik

Zur Verbesserung der Stabilität einer Nachumrichter-Leistungsversorgung wird ein elektrisches Halbleiter-Leistungsumrichtersystem des Leitungskommutationstyps verwendet. Es besteht jedoch das Problem, daß Leistungshalbleiter, wie zum Beispiel Thyristoren, verglichen mit der Wärmekapazität von Transformatoren, elektrischen Maschinen und Einrichtungen, eine geringe Wärmekapazität aufweisen, und daher ist es höchst unwahrscheinlich, daß eine Schutzeinrichtung für ein derartiges elektrisches Leistungsumrichtersystem derart ausgelegt ist, daß es gegenüber abnormen Zuständen sehr empfindlich ist. Folglich wird selbst bei Auftreten einer kleinen Störung auf der Leistungsversorgungsseite in dem mit einem derartigen elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichter arbeitenden System eine unerwünschte Unterbrechung bewirkt, wodurch sich die Stabilität der Nachumrichter-Leistungsversorgung verringert.
In einem Versuch, dieses Problem zu lösen, schlägt US-A-4 812 729 ein in den Figuren 14 und 15 dargestelltes elektrisches Halbleiter-Leistungsumrichtersystem vor.
Figur 14 stellt das herkömmliche elektrische Leistungsumrichtersystem dar, das einen an die Leistungssystemleitung 1 angeschlossenen Wandler 2, eine an den Wandler 2 angeschlossene Dreiphasen-Brückenschaltung 3, Stromwandler 5 zum Erfassen der Dreiphasen-Eingangsströme, Stromwandler 6 zum Erfassen eines Ausgangsgleichstroms, eine an die Stromwandler 5 angeschlossene Eingangsstrom Erfassungsstufe 7, eine an eine Verbindung zwischen einer Eingangsstrom Erfassungsstufe 7 und einem Stromwandler 6 angeschlossene Absolutwert-Arithmetikoperationsstute 8, einen an eine Absolutwert Arithmetikoperationsstufe 8 angeschlossenen Differenzstromdetektor 9, einen an eine Eingangsstrom-Erfassungsstufe 7 angeschlossenen Überstromdetektor 10 und eine sowohl an einen Differenzstromdetektor 9 als auch an einen Überstromdetektor 10 angeschlossene Einrichtung umfaßt, die entscheidet, ob der Betrieb fortgesetzt wird oder nicht.
Der Eingangswechselstrom Iac der Eingangsstrom-Erfassungsstufe 7 ist wahrend eines normalen Betriebs gleich dem Ausgangsgleichstrom Idc des Gleichstromwandlers 6. Ein die Differenz ΔI zwischen diesen Strömen Iac und Idc darstellendes Signal wird in der Absolutwert-Arithmetikoperationsstufe 8 gleichgerichtet, und das gleichgerichtete Signal ΔI wird einem Differenstromdetektor 9 zugeführt. Außerdem wird das den Eingangswechselstrom Iac darstellende Signal einem Überstromdetektor 10 zugeführt. Die Einrichtung 11, die entscheidet, ob eine Fortsetzung des Betriebs des Leistungsumrichtersystems zulässig ist oder nicht, weist die in Figur 16 dargestellten Funktionen auf.
Ist in Figur 16 der Pegel des am Ausgangsanschluß des Detektors 10 auftretenden Signals OC "0" (bei Erfassen eines Überstroms ist der Pegel des Signals "1") (Schritt 100), so wird entschieden, daß der wert des Ausgangsgleichstroms der Dreiphasen-Brückenschaltung 3 normal und alles in Ordnung ist (Schritt 104). Anschließend werden Betriebsfortsetzungsbefehle GO1 ausgeführt (Schrift 107), wodurch eine Fortsetzung des Betriebs des Leistungsumrichtersystems zugelassen wird.
Erfolgt durch die Unterdrückungssteuerung eine Rückkehr zum Normalbetrieb selbst dann, wenn das am Ausgangschluß des Überstromdetektors 10 auftretende Signal OC "0" ist, so werden Verarbeitungsschritte zur Rückkehr in den Normalbetrieb ausgeführt (Schritt 9). Zuerst wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob zuvor Überstromunterdrückungs-Steuerbefehle GO2 ausgeführt wurden (Schritt 108). Ist dies der Fall, so werden die Verarbeitungsschritte zur Rückkehr in den Normalbetrieb und anschließend Betriebsfortsetzungsbefehle GO1 ausgeführt (Schrift 107).
Die Inhalte der Veraibeitungsschritte zur Ruckkehr in den Normalbetrieb (Schrift 109) lauten wie folgt:
i) Solange die Situation bleibt, wie sie vor Erfassen eines Überstroms war, wird ein Teil der Arithmetikoperation der Steuereinheit (nicht dargestellt) zur Steuerung der Gate- Elektroden der Thyristoren der Dreiphasen-Brückenschaltung auf der Grundlage der tatsächlichen Schaltungsströme initialisiert.
ii) Die Initialisierung erfolgt, indem der Steuereinheit die Stromzundungsbedingun gen von Vorwärts- bzw. Rückwärts-Thyristoren TYS mitgeteilt werden.
Ist hingegen das am Ausgangsanschluß des Überstromdetektors 10 auftretende Signal OC "1", so wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob sich ΔI innerhalb eines zulassigen Bereichs befindet (Schritt 101). Befindet sich ΔI unterhalb des Grenzwerts K1 und ist mit dem Generator alles in Ordnung, so wird entschieden, daß die Ursache des Überstroms in einem Leistungssystemfehler oder in einer Funktionsstörung von Schalteinrichtungen in anderen Leistungsumrichtersystemen liegt (Schritte 110 und 103), und anschließend werden Überstromunterdrückungs-Steuerbefehle GO2 ausgeführt (Schritt 106).
In Reaktion auf die Überstromunterdrückungs-Steuerbefehle GO2 zündet der Kurzschlußschalter TYS4, wodurch der Strom unterdrückt wird, der andernfalls in der Dreiphasen-Brückenschaltung ansteigen würde. Ferner wird zur Vorbereitung der Verarbeitungsschritte zur Rückkehr zum Normalbetrieb (Schritt 109) das die Überstromunterdrückungs- Steuerbefehle GO2 darstellende Signal beispielsweise mittels einer (nicht dargestellten) Flipflop-Schaltung gespeichert. Übersteigt die durch das am Ausgangsanschluß der Absolutwert-Arithmetikoperationsschaltung 8 auftretende Signal dargestellte Differenz ΔI den Grenzwert K1, so wird entschieden, daß es sich um einen durch innere Störungen bzw. Fehler der Dreiphasen-Brückenschaltung 3 verursachten Überstrom handelt (Schritt 102), und anschließend wird der Notunterbrechungsbefehl ST ausgeführt (Schritt 105).
In Reaktion auf den Notunterbrechungsbefehl ST wird die Zuleitung der Zündsignale zu den Thyristoren TY1 bis TY6 der Dreiphasen-Brückenschaltung 3 verhindert.
Es ist möglich, daß die Differenz ΔI selbst bei inneren Fehlern in anderen Leistungsumrichtersystemen unterhalb des Grenzwerts K1 liegt, und daher wird nach der Entscheidung von Schritt 101 eine Entscheidung darüber getroffen, ob es sich bei dem Fehler um einen inneren oder einen äußeren handelt (Schritt 110). Wird festgestellt, daß es sich um einen inneren Fehler handelt (Schritt 111), so wird keine Überstrom-Unterdrückungssteuerung ausgeführt. Stattdessen werden, wie im Falle eines inneren Fehlers des Leistungsumrichtersystems, Notunterbrechungsbefehle ausgeführt (Schritt 105).
Das oben beschriebene, dem Stand der Technik entsprechende elektrische Halbleiter Leistungsumrichtersystem ist hinsichtlich der Erfassung von abnormen Zuständen nicht zufriedenstellend, da es nicht zwischen abnormen Zustanden, die durch Fehler in der Dreiphasen-Brückenschaltung und dazugehörigen Teilen verursacht sind, und abnormen Zuständen, die durch Kommutationsfehler in der Dreiphasen-Brückenschaltung verursacht sind, unterscheiden kann, wobei die Kommutationsfehler durch Störungen auf der Wechselstrom- Leistungsversorgungsseite oder auf der Gleichstrom-Leistungsausgangsseite verursacht sein können. Dies fürht zu einer Verzögerung bei der Erfassung von inneren fehlerhaften Zustanden, und es kommt selbst bei Auftreten von durch externe Storungen verursachten abnormen Zuständen leicht zu einer Notunterbrechung des Leistungsumrichters.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Halbleiter-Leistungsumrichtersystem zu schaffen, das innere fehlerhafte Zustände schnell erfaßt und so eine Ausweitung einer dadurch verursachten ungänstigen Wirkung verhindert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Halbleiter- Leistungsumrichtersystem zu schaffen, das gegenüber abnormen Zuständen, wie durch externe Störungen verursachte Kommutationsfehler, unempfindlich ist und dadurch einen fortgesetzten Betrieb bis zu einer Grenze zuläßt, unterhalb derer die Leistungshalbleiter und andere Teile arbeiten können, ohne Schaden zu nehmen, wodurch sich die Betriebszuverlässigkeit entsprechend verbessert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Halbleiter- Leistungsumrichtersystem zu schaffen, das in der Lage ist, den Betrieb innerhalb möglichst kurzer Zeit wiederaufzunehmen, selbst wenn der Betrieb aufgrund eines schädlichen Anstiegs der Temperatur des Zonenübergangs der Halbleiter der Dreiphasen-Brückenschaltung infolge von durch externe Störungen verursachten Kommutationsfehlern unterbrochen ist.
Diese Aufgaben sind durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Halbleiter-Leistungsumrichtersystem gelöst.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise eines mit einer Dreiphasen-Brückenschaltung arbeitenden, verbesserten Leistungsumrichtersystems beschrieben.
Figur 17 stellt die Dreiphasen-Brückenschaltung dar. Über zwei ausgewählte Zweige (TY1 & TY2), (TY2 & TY3), (TY3 & TY4), (TY4 & TY5), (TY5 & TY6) und (TY6 & TY1) fließt ein Strom.
Der Eingangswechselstrom Iac ist das unter den Absolutwerten In, Iv und Iw ausgewählte Maximum, und daher ist in Figur 17 Iac = Il = Iu = -Iw. Ferner ist der Ausgangsgleichstrom Idc = Il. So ist der Eingangswechselstrom Iac gleich dem Ausgangsgleichstrom Idc.
Es sei angenommen, daß eine Stromkommutation von TY1 zu TY3 erfolgt. Dann gilt: In = Il - It; Iv = It; und Iw = -Il. Für den Eingangswechselstromwert Iac gilt daher: Iac = Iw = Il. Ferner gilt für den Ausgangsgleichstromwert Idc: Idc = Il. So ist auch der Eingangswechselstrom Iac gleich dem Ausgangsgleichstrom Idc.
Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, ist bei Normalbetrieb einschließlich der Kommutierung der Eingangswechselstrom Iac gleich dem Ausgangsgleichstrom Idc. Daher bleibt die Differenz zwischen dem Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom, abgesehen von eventuell bei einer Messung auftretenden Fehlern, immer Null.
Was abnorme Zustände in der Leistungsumrichterschaltung anbelangt, so werden Kommutationsfehler durch einen transienten Gleichstrom oder durch einen Wechselstrom- Spannungsabfall selbst ohne Vorliegen interner Fehler verursacht. Diese durch exteme Faktoren verursachten Kommutationsfehler verschwinden mit der Verringerung derartiger externer Störungen, und es stellt sich eine normale Kommutierung ein.
Figur 19 zeigt, wie die elektrischen Ströme bei einem derartigen Kommutationsfehler fließen. TY6 zündet vor Beendigung der Kommutierung von TY3 zu TY5, und die Kommutierung von TY4 zu TY6 beginnt.
Zu diesem Zeitpunkt gilt: Iu = -Il + If; Iv = Il - If; und Iw = It. So ist der Absolutwert jedes Stroms kleiner als II, so daß es zwischen dem Eingangswechselstrom Iac und dem Ausgangsgleichstrom Idc eine Differenz gibt. In figur 19 gleicht sich der Kommutierungsstrom If an Il an, während sich der Kommutierungsstrom It wieder auf Null verringert, da die Spannung der "v"-Phase über die Spannung der "w"-Phase ansteigt. Folglich öffnet sich die Wechselstromseite, wodurch Iu, Iv und Iw Null und somit der Eingangswechselstrom Iac Null wird.
Folglich kommt es, wie aus Figur 20 zu ersehen, durch die leitenden Thyristoren TY3 und TY6 auf der Gleichstromseite zu einem Kurzschluß, so daß der Gleichstrom Idc gleich Il bleibt und nicht Null werden kann.
Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, kannder Eingangswechselstrom Iac während eines Kommutierungsfehlers nicht gleich demausgangsgleichstrom Idc sein. Genauer gesagt ist der Ausgangsgleichstrom Idc größer als der Ausgangswechselstrom Iac (Idc > Iac), und der Ausgangsgleichstrom Idc kann nicht größer sein als der Ausgangswechselstrom Iac (Idc< Iac). Dies hat zwei Gründe:
Es sei angenommen, daß in TY1 bis TY6 jeweils die Ströme I&sub1; bis I&sub6; fließen (siehe hierzu Figuren 17 bis 20). Diese Ströme sind aufgrund der Gegenstrom-Sperreigenschaften der Thyristoren größer als Null. Ferner gelten die nachfolgend angegebenen Gleichungen, wenn nicht infolge eines inneren Kurzschlusses in der Dreiphasen-Brückenschaltung eine Sonderschaltung vorgesehen ist.
Iu=1&sub1;-I&sub4; (1)
Iv=I&sub3;-I&sub6; (2)
Iw=I&sub5;-I&sub2; (3)
II=I&sub1;+I&sub3;+I&sub5; (4)
II=I&sub2;+I&sub4;+I&sub6; (5)
Die Gleichungen (6) bis (8) sind von den Gleichungen (1) bis (3) abgeleitet.
Iu ≤ I&sub1;, Iu ≤ I&sub4; (6)
Iv ≤ I&sub3;, Iu ≤I&sub6; (7)
Iw ≤ I&sub5;, Iw ≤ I&sub2; (8)
Die Gleichungen (9) und (10) sind von den Gleichungen (4) bis (5) abgeleitet.
I&sub1;≤Il, I&sub3;≤Il, I&sub5;≤Il (9)
I&sub2;≤Il, I&sub4;≤ Il, I&sub6;≤Il (10)
Die folgende Gleichung ist von den Gleichungen (6), (9) und (10) abgeleitet:
Iu ≤Il
Ebenso ist die folgende Gleichung von den Gleichungen (7), (9) und (10) abgeleitet:
Iv ≤Il
Auch die folgende Gleichung ist von den Gleichungen (7), (9) und (10) abgeleitet:
Iw ≤Il
So liegt der Absolutwert des Dreiphasenstroms Iu, Iv bzw. Iw unter Il. Der Ausgangsgleichstrom Idc ist gleich Il, und der Eingangswechselstrom Iac, der das Maximum aller Dreiphasenstromwerte ist, ist kleiner als Il.
Ist der Eingangswechselstrom Iac größer als Idc, so ist die den obigen Berechnungen zugrundeliegende Voraussetzung nicht mehr gegeben. Genauer gesagt handelt es sich um eine der beiden Situationen (A) und (B):
(A) Jeder der Ströme I&sub1; bis I&sub6; ist negativ. Über einen ausgewählten Zweig der Brückenschaltung tritt ein Kurzschluß auf
(B) Keine der Gleichungen (1) bis (5) ist gültig. In der Brückenschaltung tritt eine Sonderschaltung auf.
Diese Fälle zeigen an, daß ein innerer Fehler vorliegt, so daß eine Notunterbrechung des Betriebs der Brückenschaltung erforderlich ist. Gibt es zwischen dem Eingangswechselstrom Iac und dem Ausgangsgleichstrom Differenzen, so werden diese erfaßt, und wird festgestellt, daß Iac größer ist als Idc, so ist die Schutzeinrichtung berechtigt, den Betrieb des Leistungsumrichtersystems zu unterbrechen, und der interne Fehler kann schnell erfaßt werden, da hinsichtlich anderer Einrichtungen keine Logik-Schaltkreise benötigt werden. Wird hingegen festgestellt, daß Idc größer ist als Iac, so fließt, wie im Falle eines Kommutierungsfehlers, ein Strom von der Gleichstromseite zurück. Über der Brückenschaltung ist auf der Gieichstromseite ein Kurzschluß-Thyristorschalter vorgesehen, um den Rückfluß eines Ausgangsgleichstroms zu ermöglichen, wobei die Brückenschaltung durch Zünden des Schalters umgangen und auf diese Weise ein zuverlässiger Stromschutz erzielt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Beschreibung wird durch die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, besser verstanden werden. Dabei zeigt
Figur 1 die Struktur eines elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2, 3 und 4 Wellenformen von an verschiedenen Stellen des elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftretenden Signalen;
Figur 5 die Struktur eines elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 die Struktur eines elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 7 die Struktur eines Thyristor-Temperaturrelais;
Figur 8 Wellenformen von an verschiedenen Stellen des Thyristor-Temperaturrelais nach Figur 7 auftretenden Signalen;
Figur 9 ein Blockdiagramm, das die Struktur eines weiteren Thyristor- Temperaturrelais darstellt;
Figur 10 Wellenformen von an verschiedenen Stellen des Thyristor-Temperaturrelais nach Figur 9 auftretenden Signalen;
Figur 11 ein Blockdiagramm, das die Struktur eines weiteren Thyristor-Temperaturrelais darstellt;
Figur 12 einen Ablaufplan der Verarbeitungsschritte der Arithmetikoperation im Thyristor-Temperaturrelais nach Figur 11;
Figur 13 Wellenformen, anhand derer die Richtigkeit der Verarbeitungsschritte der Arithmetikoperation geprüft wird;
Figur 14 die Struktur eines herkömmlichen elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems;
Figur 15 einen Schaltplan einer Eingangsstrom-Erfassungsstufe;
Figur 16 einen Ablaufplan der Verarbeitungsschritte der Arithmetikoperation in dem herkömmlichen elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystem;
Figur 17, 18, 19 und 20 zum Zwecke der Beschreibung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems die Verteilung der durch die Dreiphasen-Brückenschaltung fließenden Ströme;
Figur 21 die Struktur eines elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Figur 22 die Struktur eines elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung liegt eine mit einer Dreiphasen-Brückenschaltung arbeitende Erfindung zugrunde. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß dies nicht einschränkend ist.
Figur 1 stellt ein elektrisches Halbleiter Leistungsumrichtersystem gemaß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar;
Wie im Falle des herkömmlichen elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems nach Figur 14 versorgt das Wechselstrom-Leistungsversorgungssystem 1 die Dreiphasen- Brückenschaltung 3 des elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems nach Figur 1 über einen Leistungswandler 2 mit elektrischer Leistung.
Die Dreiphasen-Brückenschaltung weist sechs in der Brückenform verbundene Thyristoren TY1 bis TY6 (nachfolgend mit TY abgekürzt) auf.
Die Brückenschaltung 3 weist einen Thyristor-Kurzschlußschalter 4 (nachfolgend kurz TYS ) aufs der über den Ausgangs-Gleichstromanschlüssen der Brücke 3 angeschlossen ist. Die Gate-Elektroden von TY1 bis TY6 sind an eine Gate-Steuerstufe bzw. Zündbefehlsstufe 31 zum Steuern der Zündung ausgewählter Thyristoren angeschlossen.
Über einen Synchronwandler 32 wird der Gate-Steuerstufe 31 ein Wechselstromsignal zugeführt. Der Gate-Steuerstufe 31 werden ferner als Steuersignale Zündwinkelbefehle und Betriebsstart-Betriebsunterbrechungs-Befehle zugeführt.
Wie in Figur 14 zu sehen, umfaßt die Schutzeinrichtung Stromwandler 5 zum Erfassen von Dreiphasen-Eingangsstromwerten, einen Gleichstromwandler 6 zum Erfassen eines Ausgangs-Gleichstromwerts und einen Eingangsstromdetektor 7 zum Bestimmen der Absolutwerte Iac der Dreiphasen-Eingangsstromwerte und zum Auswählen und Ausgeben des Maximalwerts unter diesen Absolutwerten.
Das elektrische Halbleiter-Leistungsumrichtersystem gemäß dem ersten Ausführungbeispiel umfaßt ferner eine Abweichungs-Erfassungsstufe 14a zum Bestimmen der Differenz zwischen dem Gleichstromwert Idc und dem Absolutwert Iac des Eingangs-Wechselstromwerts, einen Vergleicher 14, der entscheidet, welches Vorzeichen, negativ oder positiv, die Abweichung hat, der die Abweichung mit einem vorgegebenen Bezugswert vergleicht und der entscheidet, ob Befehle zum Verhindern der Zundung von TY1 bis TY6 und/oder Befehle zum Schließen des Kurzschlußschalters des Thyristors TYS4 ausgeführt werden oder nicht, eine auf die Entscheidung durch den Vergleicher 14 reagierende Gate Blockierbefehls bzw. Zündblockierstufe 12, die der Gate-Steuerstufe 31 die Zündblockierbefehle als Signale zum Bewirken einer Unterbrechung der Thyristoren TY1 bis TY6 zu führt, und eine auf die Entscheidung durch den Vergleicher 14 reagierende Kurzschlußbefehlsstufe 13, die dem Kurzschlußschalter TYS4 die Kurzschlußbefehle zuführt.
Die Eingangsstrom-Detektorstufe 7 kann wie in Figur 15 dargestellt aufgebaut sein und umfaßt eine mit dem Stromwandler 5 verbundene Gleichrichterstufe 7a, die Absolutwerte der Eingangswechselströme darstellende Signale gleichrichtet und ausgibt, und eine Höchstwert Auswahlstufe 7b mit Dioden. Es ist möglich, daß im Stromwandler 5 ein transienter Gleichstrom fließt. Vorzugsweise können optische Stromwandler verwendet werden.
Ein Vergleicher 14 entscheidet über Polarität bzw. Vorzeichen und befähigt die Gate-Blockierbefehlsstufe 12, die Zuleitung von Gate-Signalen zu TY1 bis TY6 zu verhindern, wenn die Stromabweichung ΔI&sub1; nicht unter einem vorgegebenen Wert K1 liegt. Gleichzeitig entscheidet der Vergleicher 14 darüber, ob die Kurzschlußbefehlsstufe 13 berechtigt ist, einen Thyristor-Kurzschlußschalter 4 einzuschalten. Der Vergleicher 14 umfaßt in seinem Eingangsabschnitt einen Analog/Digital-Wandler, der die Eingangssignale in digitale Signale umwandelt, und in seinem dem Eingangsabschnitt nachgeschalteten Abschnitt einen digitalen Prozessor, der die umgewandelten Signale verarbeitet. Ferner ist der Vergleicher 14 als Relais tätig, das die erforderliche Überwachung der Gate-Blockierbefehlsstufe 12 und der Kurzschlußbefehlsstufe 13 ausführt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 2 die Wirkungsweise des Systems bei einem Abfall der Wechselspannung über der Dreiphasen-Brückenschaltung beschrieben.
Zur Verhinderung jeglicher Fehlfunktionen des Vergleichers 14 wird der vorgegebene Wert K1 ausgewählt. Andernfalls könnte es durch Störsignale oder Meßfehler in den Vorstufen des Leistungsumrichtersystems zu den gennnnten Fehlfunktionen kommen. So muß der Wert K1 derart ausgewählt sein, daß er sich für einen tatsächlich verwendeten, bestimmten Vergleicher eignet. Er ist gleich dem Wert K2, der weiter unten beschrieben wird.
Figur 2 stellt den Fall dar, bei dem die Spannung V in dem Zeitraum von t&sub1; bis t&sub6; abfällt und auf der Gleichstromseite ein transienter elektrischer Strom Idc auftritt.
Zu den Zeitpunkten t&sub2;, t&sub3; und t&sub4; tritt ein Kommutationsfehler auf Demzufolge ändert sich die Abweichung ΔI&sub1; hin zur negativen Seite bzw. Minusseite, wodurch der Vergleicher nicht arbeitet und kein Schutz gewährleistet ist. Zum Zeitpunkt t&sub6; erreicht die Spannung V wieder den ursprünglichen Wert, und Kommutationsfehler verschwinden. So setzt sich der normale Betrieb fort.
Figur 3 stellt das Auftreten eines Kurzschlusses zum Zeitpunkt t&sub1; über einem ausgewählten Zweig der Brückenschaltung und die Schutzwirkung im Falle eines derartigen inneren Fehlers bzw. einer derartigen inneren Störung dar. In dieser Figur bezeichnen I&sub1; bis I&sub6; die durch TY1 bis TY6 fließenden Zweigströme.
Genauer gesagt ist der TY5 enthaltende Zweig kurzgeschlossen, der elektrische Strom beginnt zum Zeitpunkt t&sub2; in die Gegenrichtung zu fließen, und zum Zeitpunkt t&sub3; steigt ΔI&sub1; über den vorgegebenen Wert K1 an. Der Vergleicher 14 arbeitet dann als Relais.
Figur 4 stellt den Betrieb der Gate-Blockierstufe 12 und der Kurzschlußbefehlsstufe 13 dar.
In dieser Figur zundet der Kurzschlußschalter 4 zum Zeitpunkt t&sub3;, und zum Zeitpunkt t&sub4; fließt der Ausgangsgleichstrom Idc durch den Kurzschlußschalter 4. Zum Zeit punkt t&sub5; sind sämtliche Thyristoren der Dreiphasen-Brückenschaltung 3 erloschen, so daß die Brückenschaltung aufhört zu arbeiten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich der abnorme Zustand, der durch derartige äußere Störungen verursacht ist, wie sie in Figur 2 dargestellt sind, von dem abnormen Zustand, der durch derartige innere Fehler verursacht ist, wie sie in Figur 3 in Form des am Ausgang des Vergleichers 14 auftretenden Signals dargestellt sind, unterscheiden. Dies ermöglicht eine Vereinfachung der Struktur des Schutzsystems.
Das eben beschriebene erste Ausführungsbeispiel und das nachfolgend beschriebene zweite Ausfürungsbeispiel weisen eine Kurzschlußbefehlsstufe 3 auf. Es kann jedoch auch auf diese verzichtet werden.
Figur 5 stellt ein elektrisches Leistungsumrichtersystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dar. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich darin, daß es einen Überstromdetektor 15 und eine ODER-Schaltung 16 aufweist. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unveränderte Komponenten sind nicht beschrieben. Der Synchronwandler 32 und die Gate-Steuerung 31 sind in Figur 5 nicht dargestellt. Obwohl diese Einheiten bei dem zweiten Ausführungsbeispiel notwendig sind, sind sie zum Zwecke der Einfachheit in der Zeichnung nicht dargestellt. Dies gilt auf für das dritte und weitere Ausführungsbeispiele.
Der Überstromdetektor 15 hat die gleiche Funktion wie der Überstromdetektor 10 und kann digitale Signale ausgeben.
Die ODER-Schaltung 16 liefert an ihrem Ausgangsanschluß ein die logische Summe des Ausgangssignals des Überstromdetektors 15 und des Ausgangssignals des Vergleichers 14 darstellendes Signal, das sowohl der Gate-Blockierstufe 12 als auch der Kurzschlußbefehlsstufe 13 zugeführt wird.
Als Überstromdetektor 15 kann ein Überstromrelais verwendet werden. Beispielsweise kann im Falle eines plötzlichen Flusses eines übermäßig starken Stroms in dem Eingangs-Wechselstromkreis oder im Falle eines auf der Wechselstromseite kurzgeschlossenen Busses ein Nachschutz ausgeführt werden, wodurch sich die Betriebszuverlässigkeit des Leistungsumrichtersystems verbessert.
Figur 6 stellt ein elektrisches Leistungsumrichtersystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dar. Anstelle des Vergleichers 14 arbeitet es mit einem Thyristor-Temperaturrelais 17. Sonst gibt es zum ersten Ausführungsbeispiel keinen Unterschied. Gegenuber dem ersten Ausführungsbeispiel unveränderte Komponenten sind nicht beschrieben.
Wie in Figur 7 dargestellt, umfaßt das Thyristor Temperaturrelais 17 einen ersten Vergleicher 18, ein Abschalt Verzögerungsglied 19, eine Anstiegs Erfassungsstufe 20, einen bedingt arbeitenden Zahler 21 und einen zweiten Vergleicher 22.
Das Vorzeichen des Signals ΔI&sub2;, das dem Thyristor-Temperaturrelais 17 zugeführt wird, ist dem Vorzeichen des Signals ΔI&sub1;, das dem Vergleicher zugeführt wird, entgegengesetzt. Dieses Signal ΔI&sub2; stellt die Differenz zwischen den Absolutwerten des Eingangswechselstroms und des Ausgangsgleichstroms dar.
Das Thyristor-Temperaturrelais 17 erlaubt dem Leistungsumrichtersystem, seinen Betrieb fortzusetzen, solange die angenommene Thyristortemperatur unter einer vorgegebenen Temperatur bleibt, wenn der Ausgangsgleichstrom größer ist als der Absolutwert des Eingangs. Ferner schließt das Thyristor-Temperaturrelais 17 den Kurzschlußschalter 4 und führt gleichzeitig Befehle zur Unterbrechung der Zündung der Thyristoren der Brückenschaltung 3 aus.
Der bedingt arbeitende Zähler 12 wird zurückgesetzt, wenn das am Ausgangsanschluß des Abschalt-Verzögerungsglieds 19 auftretende Signal ST2 den Pegel 0 annimmt, und zählt die Anzahl STX von Signalen PL, die am Ausgangsanschluß der Anstiegs-Erfassungsstufe 20 auftreten, während das Signal ST2 auf hohem Pegel bleibt. Der Zählwert STX stellt den angenommenen Wert der Thyristortemperatur dar.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels eines Thyristor- Temperaturrelais unter Bezugnahme auf Figur 8 beschrieben, wobei Figur 8 an verschiedenen Stellen des Thyristor-Temperaturrelais nach Figur 7 auftretende Signale darstellt.
Das am Ausgangsanschluß des Vergleichers 18 auftretende Signal ST1 weist einen hohen Pegel auf, wenn die Abweichung ΔI&sub2; über den vorgegebenen Wert K2 ansteigt. Dieses Signal ST1 wird sowohl dem Abschalt-Verzögerungsglied 19 als auch der Anstiegs-Erfassungsstufe 20 zugeführt. Das am Ausgangsanschluß der Anstiegs-Erfassungsstufe 20 auftretende Signal PL und das am Ausgangsanschluß des Abschalt-Verzögerungsglieds 19 auftretende Signal ST2 werden dem bedingt arbeitenden Zahler 21 zugeführt. Der bedingt arbeitende Zähler 21 zählt die Signale PL, die auftreten, während das Signal ST2 auf hohem Pegel liegt. Anschließend wird die Anzahl STX der auf diese Weise gezählten Signale PL von dem bedingt arbeitenden Zähler 21 ausgegeben.
Übersteigt der Zählwert STX den vorgegebenen Grenzwert des Vergleichers 22, so stellt dieser den Anstieg der angenommenen Thyristortemperatur uber den vorgegebenen Grenzwert fest, um ein den abnormen Zustand darstellendes Signal zu liefern. Das Signal tritt am Ausgangsanschluß des Thyristor-Temperaturrelais 17 als Abnormzustand-Erfassungssignal auf.
Wie aus Figur 8 zu ersehen, steigt das am Ausgangsanschluß des bedingt arbeiten den Zahlers 21 auftretende Signal jeweils zu den Zeitpunkten t&sub1;, t&sub2; und t&sub3; an. Nach t&sub4; tritt kein Signal PL auf, und nach Ablauf von Td wird der Zahler zum Zeitpunkt t&sub5; zurückgesetzt. Die Dreiphasen-Brückenschaltung 3 befindet sich dann im gleichen Zustand wie vor dem Zeitpunkt t&sub1;.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist für die Bestimmung der Thyristortemperatur keine Arithmetikoperation erforderlich, so daß die Struktur des Thyristor-Temperaturrelais 17 vorteilhaft einfach sein kann und sich die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht.
Figur 9 stellt ein weiteres Beispiel des Thyristor-Temperaturrelais 17 dar, das einen ersten Vergleicher 18, ein Abschalt-Verzögerungsglied 19, ein bedingt arbeitendes Integrierglied 23 und einen zweiten Vergleicher 24 umfaßt.
Das bedingt arbeitende Integrierglied 23 integriert ΔI&sub2; nur dann, wenn das am Ausgangsanschluß des Abschalt-Verzögerungsglieds 16 auftretende Signal ST2 einen hohen Pegel aufweist, und liefert an seinem Ausgangsanschluß ein das Ergebnis der Integration darstellendes Signal T. Weist das Signal ST2 einen Pegel 0 auf so wird das Ausgangssignal T auf Null zurückgesetzt. Das Ergebnis der Integration stellt die angenommene Thyristortemperatur dar.
Figur 10 stellt den Betrieb des Thyristor-Temperaturrelais darstellende Wellenformen dar.
Das am Ausgangsanschluß des Vergleichers 18 auftretende Signal ST1 weist zu den Zeitpunkten t&sub1;, t&sub2; und t&sub3; einen hohen Pegel auf und dementsprechend steigt die Amplitude des am Ausgangsanschluß des Integrierglieds 23 auftretenden, die Integration von ΔI&sub2; darstellenden Signals T an und wird zum Zeitpunkt t&sub4; zuruckgestzt. Ist der vorgegebene Grenzwert des Vergleichers 24 beispielsweise T&sub1;, so arbeitet das Relais zum Zeitpunkt t&sub5;.
Das Leistungsumrichtersystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel berücksichtigt nicht nur die Anzahl der Kommutationsfehler, sondern auch den Strompegel, so daß die Thyristortemperatur richtig angenommen und dementsprechend die Belastungsgrenze vorteilhaft herabgesetzt wird.
Figur 11 stellt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Thyristor-Temperaturrelais 17 dar, das eine arithmetische Operation der Temperatur jedes Thyristors TY1 bis TY6 ausführen kann.
Der Beitrag mit dem Titel "The Control of Thyristors in the English Terminal Cross Channel Valves, Particularly During Forward Recovery", IEE-Konferenz, 1981/205, Seiten 158 bis 163 beschreibt die Messung jedes durch einen Thyristor fließenden Zweigstroms. Nach diesem Beitrag ist jeder Zweigstrom mit Hilfe eines zugehörigen Shunt-Widerstands jeder auf diese Weise bestimmte Zweigstrom sowie die Kühlwassertemperatur werden einer Analog/Digital Wandlung unterzogen; die so erhaltenen digitalen Daten werden in einen Mikrocomputer eingegeben, der die arithmetischen Operationen zur Bestimmung der durch jeden Thyristor erzeugten Wärmemenge und deren Übergangszonentemperatur ausführt; und die Schutzfünktion setzt ein, wenn das Wärmeberechnungsergebnis über einem vorgegebenen Grenzwert liegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 11 werden mit Hilfe der Stromwandler auf der Wechselstromseite die Zweigströme in Ausdrücken von Iu, Iv und Iw bestimmt. Wie in Figur 11 dargestellt, umfaßt das Thyristor-Temperaturrelais einen Zweigstrom-Arithmetikoperationsabschnitt 25, einen Leistungsverlust-Arithmetikoperationsabschnitt 26, einen Temperatur-Arithmetikoperationsabschnift 27 und einen Vergleicher 28.
Figur 12 stellt einige Einzelheiten des Zweigstrom-Arithmetikoperationsabschnitts 25 dar. Wie dargestellt, werden ausgehend von den Werten und Vorzeichen von Iu, Iv und Iw Thyristorströme I&sub1;*, I&sub2;*, I&sub3;*, I&sub4;*, I&sub5;*, und I&sub6;* angenommen, und wenn das am Ausgangsanschluß des Vergleichers 18 auftretende Signal ST1 einen hohen Pegel autweist, wird ΔI&sub2; zu den durch TY1 bis TY6 fließenden, berechneten Zweigströmen hinzuaddiert.
Figur 13 stellt Wellenformen dar, anhand derer die in Figur 12 dargestellten Verarbeitungsschritte der arithmetischen Operationen als zweckgemaß verstanden werden können.
In der Figur tritt von t&sub1; bis t&sub2; ein Kommutationsfehler in TY5 auf.
Ein Vergleich zwischen dem tatsächlichen Zweigstrom I&sub2;, I&sub5; und den Strömen Iw und Iz ergibt:
I&sub2;*=I&sub2; und I&sub5;*=I&sub5;.
Die Zweigströme 13 und 16, die von keinem Kommutationsfehler betroffen sind, weisen hingegen einen Fehler von ΔI&sub2; auf, so daß die folgenden Ungleichungen gelten:
I&sub3;*≥I&sub3; und I&sub6;*≥I&sub6;.
Ein derartiger Fehler ist jedoch das ausgehend vom ungünstigsten zulässigen Fall geschätzte Ergebnis und hat auf den Schutz des Leistungsumrichtersystems keine beeinträchtigende Wirkung.
Bei diesem Beispiel wird die Thyristortemperatur vor einem Kommutationsfehler geschätzt, so daß sich der Schutzpegel unabhängig von Lastbedingungen einstellen und dementsprechend sich der Grenzwert vorteilhaft herabsetzen läßt.
Figur 21 stellt ein elektrisches Halbleiter-Leistungsumrichtersystem gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, das eine Reihenschaltung aus zwei jeweils mit einer Schutzeinheit ausgestatteten Dreiphasen-Brückenschaltungen 3 umfaßt. Die Schutzeinnchtung ist ahnlich der in Figur 5 dargestellten. Die Struktur und die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung ist weiter oben unter Bezugnahme auf Figur 5 be schrieben.
Bei der dargestellten Konfiguration ist ein einzelner Gleichstromwandler 6, der den Ausgangsgleichstrom Idc auf der Gleichstromseite erfaßt, mit der Reihenschaltung zweier Dreiphasen-Brückenschaltungen 3 verbunden, und das den Gleichstrom darstellende Signal wird einer Abweichungs-Erfassungseinheit 14a jeder Schutzeinheit zugeführt. Selbstverständlich kann jede Schutzeinrichtung mit einem Gleichstromwandler ausgestattet sein.
Figur 22 stellt ein elektrisches Halbleiter-Leistungsumrichtersystem gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, das eine in Gegenpolarität geschaltete Parallelschaltung zweier Reihenschaltungen zweier Dreiphasen-Brückenschaltungen 3 umfaßt. Hierfür wird allgemein die Bezeichnung "non-circular current type cycloconverter" verwendet.
Die in Figur 22 dargestellte Schaltungskonfiguration weist zwei jeweils zu den beiden Dreiphasen-Brückenschaltungen gehörende Schutzeinheiten auf, die eine gemeinsame Wechselstrom-Leistungsversorgung haben. Diese Schutzeinheiten weisen die gleiche Struktur wie in Figur 5 dargestellt auf, so daß eine Beschreibung ihrer Struktur und ihrer Wirkungsweise nicht erforderlich ist.
Bei der dargestellten Konfiguration ist ein einzelner, den Ausgangsgleichstrom Idc auf der Gleichstromseite erfassender Gleichstromwandler 6 mit einer Gegenparallelschaltung der beiden Reihenschaltungen der beiden Dreiphasen-Brückenschaltungen 3 verbunden, und das den erfaßten Gleichstrom darstellende Signal wird der Abweichungs-Erfassungsstufe 14a jeder Schutzeinheit zugeführt. Selbstverständlich kann jede Schutzeinheit mit einem Gleichstromwandler 6 ausgestattet sein.
Ferner ist bei der dargestellten Konfiguration ein Satz von drei Gleichstromwandlern 5 mit den beiden Dreiphasen-Brückenschaltungen 3 verbunden, die an eine gemeinsame Wechselstrom-Leistungsversorgung angeschlossen sind, und die die so erfaßten Wechselstromwerte darstellenden Signale werden der Abweichungs-Erfassungseinheit 14a der Schutzeinheit zugeführt. Selbstverständlich kann für jede Dreiphasen-Brückenschaltung 3 ein Satz von Stromwandlern vorgesehen sein. Ferner kann für jede Dreiphasen-Brückenschaltung 3 eine Schutzeinheit vorgesehen sein. Bei der Leistungsumrichterkonfiguration gemäß dem vierten und dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft eine verringerte Anzahl von Gleichstromwandlern und Wechselstromwandlern verwendet.
Das oben beschriebene elektrische Halbleiter-Leistungsumrichtersystem kann teilweise modifiziert werden, zum Beispiel folgendermaßen:
Die Eingangsstrom Erfassungsstufe 7 kann aus einer Abtast- und Halte-Schaltung, die in regelmäßigen Intervallen einen Eingangswechselstrom abtastet, einem Analog/Digital- Wandler, der den so abgetasteten Strom umwandelt, einem Maximalwertdetektor, der die Absolutwerte der in allen Phasen fließenden elektrischen Ströme bestimmt und den höchsten Wert auswählt, einer Einrichtung zum Zuleiten des den höchsten Wert darstellenden Signals zu einer nachgeschalteten Stufe und aus einer Steuerung, die diese verschiedenen Einheiten steuert, bestehen. Diese Einheiten können in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut sein.
Eine derartige Eingangsstrom-Erfassungsstufe kann jeder Phase in unabhängiger Weise zugewiesene Komponenten aufweisen. Alternativ hierzu können diese gemäß einem Zeitteilungssystem gemeinsam verwendet werden.
Die Steuerung kann mit einem Computer ausgestattet sein, der die erforderlichen Funktionen entsprechend einer geeigneten Software ausführt. Dieser kann eine CPU umfassen, die die erforderlichen arithmetischen Operationen und Steuerschritte ausführt, einen Programmspeicher zum Speichern von Programmen, gemäß denen der Betrieb der CPU gesteuert wird, einen Datenspeicher zum Speichern von Daten, die durch die CPU verarbeitet werden müssen, einen Datenspeicher zum Speichern von Daten, die durch die CPU verarbeitet worden sind, und eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle.
Was andere Einheiten betrifft, wie zum Beispiel die Abweichungs-Erfassungsstufe 14a, den Vergleicher 14, das Thyristor-Temperaturrelais 17, die Gate-Blockierbefehlsstufe 12 und die Kurzschlußbefehlsstufe 13, so können diese aus digitalen Schaltungen, insbesondere aus leistungsstarken integrierten Schaltungen, aufgebaut sein. Diese Einheiten können auch unter Verwendung von Datenprozessoren oder Mikrocomputern aufgebaut sein.
Mehrere Schaltungskomponenten können gemeinsam einen Datenprozessor verwenden. Es kann beispielsweise ein Mehrprozessorsystem verwendet werden.
Eine Schutzeinheit, deren Struktur sich von den oben beschriebenen unterscheidet, läßt sich ebenso verwenden, vorausgesetzt, daß sie die gleiche Funktion aufweist wie bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Sie kann die kombinierten Funktionen derjenigen der Schutzeinheiten des ersten und des dritten Ausführungsbeispiels aufweisen.
Die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise auf die Steuerung von Induktionsmaschinen, Synchronmaschinen, Gleichstrom-Leistungssystemen, Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlern bzw. Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlern und anderen elektrischen Maschinen und Einrichtungen angewandt werden.
Ein Beispiel ist eine Anwendung auf einen elektrischen Generator-Motor variabler Geschwindigkeit, der einen an seiner Primärseite an eine Wechselstrom-Leistungsversorgung angeschlossenen Dynamotor und einen aus Leistungssteuerelementen bestehenden elektrischen Leistungsumrichter umfaßt, wobei die genannten Leistungssteuerelemente in Gegenpolarität zum Versorgungs-Sekundärstrom zur Sekundärseite des Dynamotors parallelgeschaltet sind. Die Vorrichtung eignet sich für den Lauf variabler Geschwindigkeit eines pumpenden Wasserrads, da sie das stabile Steuern von Wirk- und Blindleistung auch dann ermöglicht, wenn in der Wechselstrom-Leistungsversorgung eine plötzliche Änderung hervorgerufen wird. Ein elektrisches Halbleiter-Leistungumrichtersystem kann bei einem derartigen elektrischen Generator-Motor als elektrischer Leistungsumrichter verwendet werden.
Wie aus dem obigen hervorgeht, kann ein erfindungsgemäßes elektrisches Leistungsumrichtersystem mit getrennter Erregung zwischen abnormen Zuständen, die durch innere Fehler bzw. Störungen verursacht sind, und abnormen Zuständen, die durch äußere Störungen verursacht sind, unterscheiden, wodurch dieses System einen fortgesetzten Betrieb bis zur Belastungsgrenze ermöglicht und sich dementsprechend die Betriebszuverlässigkeit verbessert.
Auch im Falle eines durch äußere Störungen verursachten Kommutierungsfehlers, bei dem der Betrieb aufgrund des Anstiegs der Thyristortemperatur gestoppt wird, läßt sich das erfindungsgemäße elektrische Leistungsumrichtersystem durch eine Umgehung mit Hilfe des Kurzschlußschalters schnell wieder einschalten, wodurch sich die Betriebszuverlässigkeit verbessert.

Claims

1. Elektrisches Halbleiter-Leistungsumrichtersystem, umfassend

eine Mehrphasen-Brückenschaltung (3) aus Halbleiterschaltern (TY1-TY6), die sich steuerbar zünden lassen und in Gegenrichtung eine Sperreigenschaft aufweisen,

eine Zündbefehlsstufe (31) zur Steuerung der Zündung der Halbleiterschalter (TY1- TY6),

eine Eingangswechselstrom-Erfassungsstufe (5,7), die aus den Absolutwerten der in den einzelnen Phasen der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) fließenden Eingangswechselströmen (Iu, Iv, Iw) den höchsten auswählt und diesen als Eingangswechselstromwert (Iac) ausgibt,

eine Ausgangsgleichstrom-Erfassungsstufe (6) zur Erfassung eines Ausgangsgleichstromwertes (Idc) der Mehrphasen-Brückenschaltung (3),

eine Abweichungs-Erfassungseinrichtung (14a), die die Abweichung (ΔI&sub1;) zwischen dem Eingangswechselstromwert (Iac) und dem Ausgangsgleichstromwert (Idc) bildet, und

eine Fehlerrelaiseinrichtung (14) zur Ausgabe eines Befehls an die Zündbefehlsstufe (31) zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3), falls der Absolutwert der Abweichung gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert (k&sub1;),

dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerrelaiseinrichtung (14) den Befehl zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) ausgibt, wenn das Vorzeichen der Abweichung (ΔI&sub1;) positiv ist.

2. System nach Anspruch 1, ferner umfassend

einen Kurzschlußschalter (4) mit Halbleiterschaltern (TYS), die sich steuerbar zünden lassen und in Gegenrichtung eine Sperreigenschaft aufweisen und die an die Gleichstrom-Ausgangsseite der Brückenschaltung (3) angeschlossen sind und parallel zu dieser liegen, und

eine innere Fehlerrelaiseinrichtung zur Ausgabe eines Befehls zum Schließen des Kurzschlußschalters (4), wenn ein Befehl zum Anhalten der Arbeitsweise der Brückenschaltung (3) gegeben wird.

3. System nach Anspruch 1, ferner umfassend

einen Kurzschlußschalter (4) mit Halbleiterschaltern (TYS), die sich steuerbar zünden lassen und in Gegenrichtung eine Sperreigenschalt aufweisen und die an die Gleichstrom-Ausgangsseite der Brückenschaltung (3) angeschlossen sind und parallel zu dieser liegen, und

eine Thyristor-Temperaturrelaiseinrichtung (17),

wobei dann, wenn die Abweichungs-Erfassungseinrichtung (14a) feststellt, daß der Ausgangsgleichstromwert höher ist als der Absolutwert des Eingangswechselstromwertes, und die angenommene Temperatur der Halbleiterschalter (TY1-TY6) unter einem vorgegebenen Grenzwert bleibt, fortgesetzter Betrieb zugelassen wird, während dann, wenn die Temperatur gleich oder größer wird als die Grenzwert, die Thyristor-Temperaturrelaiseinrichtung (17) einen Befehl an die Zündbefehlsstufe (31) zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) und einen Befehl Schließen des Kurzschlußschalters (4) abgibt.

4. System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Überstromdetektor (5), der einen Befehl an die Zündbefehlsstufe (31) zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) ausgibt, wenn der Eingangswechselstromwert (Iac) einen vorgegebenen Stromwert überschreitet.

5. System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine mit der Fehlerrelaiseinrichtung (14) verbundene Zündblockierstufe (12), die den Befehl zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) der Zündbefehlsstufe (31) zuführt.

6. System nach Anspruch 3, wobei die Thyristor-Temperaturrelaiseinrichtung (17) umfaßt:

einen ersten Vergleicher (18) zur Erzeugung eines Ausgangssignals (ST1) mit hohem Pegel, wenn die Abweichungs-Erfassungseinrichtung (14a) feststellt, daß der Ausgangsgleichstromwert (Idc) größer ist als der Absolutwert eines Eingangswechselstroms (Iu, Iv Iw),

ein Abschalt-Verzögerungsglied (19) zur Erzeugung eines Ausgangssignals (ST2), das nach einer durch den Anstieg des Ausgangssignals (ST1) auf den hohen Pegel bewirkten vorgegebenen Periode hohen Pegels niedrig wird,

eine Anstiegs-Erfassungsstufe (22) zur Erzeugung eines Ausgangssignals (PL), sooft das Ausgangssignal (ST1) des ersten Vergleichers (18) auf den hohen Pegel steigt,

einen bedingt arbeitenden Zähler (21) zur Ausgabe eines Zählwertes, der die Anzahl der Ausgangssignale (PL) derjenigen Ausgangssignale (PL) der Anstiegs-Erfassungsstufe (22) angibt, die auftreten, wahrend das Ausgangssignal (ST2) des Abschalt Verzögerungsgliedes (19) auf hohem Pegel liegt, und

einen zweiten Vergleicher (22) zur Ausgabe des Befehls an die Zündbefehlsstufe (31) zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) und zum Schließen des Kurzschlußschalters (4).

7. System nach Anspruch 3, wobei die Thyristor-Temperaturrelaiseinrichtung (17) umfaßt:

einen ersten Vergleicher (18) zur Erzeugung eines Ausgangssignals (ST1) mit hohem Pegel, wenn die Abweichungs-Erfassungseinrichtung (14a) feststellt, daß der Ausgangsgleichstromwert (Idc) größer ist als der Absolutwert eines Eingangswechselstroms,

ein bedingt arbeitendes Integrierglied (23), das die Abweichung (ΔI&sub1;) nur integriert, solange das Ausgangssignal (ST2) auf hohem Pegel liegt, und das Integrationsergebnis (T) ausgibt, und das zurückgestellt wird, wenn das Ausgangssignal (ST2) auf einen niedrigen Pegel abfällt, und

einen zweiten Vergleicher (24) zur Ausgabe des Befehls an die Zündbefehlsstufe (31) zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) und zum Schließen des Kurzschlußschalters (4).

8. System nach Anspruch 1, ferner umfassend

eine anstelle der Fehlerrelaiseinrichtung (14) verwendete Thyristor- Temperaturrelaiseinrichtung (17),

wobei dann, wenn die Abweichungs-Erfassungseinrichtung (14a) feststellt, daß der Ausgangsgleichstromwert (Idc) größer ist als der Absolutwert eines Eingangswechselstroms (Iu, Iv, Iw) und die angenommene Temperatur der Halbleiterschalter (TY1-TY6) unter einem vorgegebenen Grenzwert bleibt, fortgesetzter Betrieb zugelassen wird, während dann, wenn die Temperatur gleich oder großer wird als der Grenzwert, die Thyristor-Temperaturrelaiseinrichtung (17) einen Befehl an die Zündbefehlsstufe (31) zum Anhalten des Betriebs der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) und zum Schließen des Kurzschlußschalters (4) ausgibt.

9. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Halbleiter-Leistungsumrichtersystems nach Anspruch 1, das eine Mehrphasen-Brückenschaltung (3) aus Halbleiterschaltern (TY1-TY6) aufweist, die sich steuerbar zünden lassen und in Gegenrichtung eine Sperreigenschaft aufweisen, umfassend die folgenden Schritte:

aus den Absolutwerten der Eingangswechselströme (Iu, Iv, Iw) wird der höchste ausgewählt und als Eingangswechselstromwert (Iac) der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) verwendet,

es wird ein Ausgangsgleichstrom (Idc) der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) erfaßt, zwischen dem Eingangswechselstromwert (Iac) und dem Ausgangsgleichstromwert (Idc) wird die Abweichung (ΔI&sub1;) gewonnen, und

der Betrieb der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) wird angehalten, wenn der Absolutwert der Abweichung gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert (k&sub1;),

dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der Mehrphasen-Brückenschaltung (3) angehalten wird, wenn das Vorzeichen der Abweichung (ΔI&sub1;) positiv ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ferner fortgesetzter Betrieb der Brückenschaltung (3) bis zu einem vorgegebenen Grenzwert für die Temperatur der Halbleiterschalter (TY1-TY6) in der Brückenschaltung (3) zugelassen wird, solange der Ausgangsgleichstromwert (Idc) gleich oder größer ist als der Absolutwert des Eingangswechselstroms (Iu, Iv, Iw), und ein Kurzschlußschalter (4) geschlossen wird, wenn die Temperatur der Halbleiterschalter (TYI-TY6) über den Temperatur-Grenzwert ansteigt, und gleichzeitig die Zündung der Halbleiterschalter in der Brückenschaltung (3) unterbrochen wird.