DK150433B - Beskyttelseskredslaebsanordning for en vekselretter - Google Patents

Description

150433

Opfindelsen angår en beskyttelseskredsløbsanordning for en vekselretter/ hvis halvlederkontaktelementer styres af en vekselretter-signalgiver, med en regulerbar jævnspændingsforsyning, som har en med konstant jævnspænding forsynet se-5 rieregulator (chopper), hvis halvlederkontaktelement af en regulerings-signalgiver er impulsbredde- og/eller frekvensstyret, og en filterkondensator-mellemkreds, hvorved en overstrøm overvåges ved hjælp af en måleindretning, som har et i vekselretterens jævnstrømskreds liggende overstrøms-må-10 lested og en efterkoblet sammenligner, og sammenligneren afgiver - så længe overstrømmen ligger uden for det tilladelige område - et fejlsignal, som påvirker regulerings-signalgiveren.

Man kender sådanne vekselrettere med overstrøms-beskyttel-15 seskredsløbsanordninger (DE-AS 16 38 008). De har i en af jævnstrøms-tilslutningsledningerne en strøm-målemodstand mellem serieregulatoren og filterkondensatoren. Overstiger den på dette målested afledte spænding en på en sanunenligner indstillet grænseværdi, så nedreguleres spændingen i mellem-20 kredsen ved hjælp af serieregulatoren så meget, at en forudbestemt maksimal strøm ikke overskrides.

Også når denne maksimale strøm ligger inden for det tilladelige belastningsområde for vekselretterens halvlederkontaktelementer, viser det sig, at disse halvlederkontaktelementer 25 bliver ødelagt. Dette gælder især, hvis der som kontaktelementer i stedet for styrede ensrettere anvendes effekttransistorer.

Endvidere kender man en beskyttelseskredsløbsanordning for en vekselretter (DE-OS 14 88 859), ved hvilken den ene over-30 strøms-måleindretning ligger i serie med filterkondensatoren mellem vekselretterens jævnstrømsforsyningsledninger og under varigheden af en over filterkondensatoren flydende overstrøm åbner en i vekselretterens jævnstrømskreds foran fil- 150433 2 terkondensatoren liggende kontakt samt samtidig styrer alle vekselretterens halvlederkontaktelementer til ledende tilstand ved hjælp af en monostabil multivibrator. På denne måde skal filterkondensatorens afladestrøm fordeles regelmæs-5 sigt på alle halvlederkontaktelementer, således at ingen af dem overbelastes. Denne løsning forudsætter dog, at alle halvlederkontaktelementer har nøjagtigt de samme parametre, hvad der i praksis næppe kan overholdes på grund af fremstillingsforskelle og temperaturdifferenser.

10 Formålet med opfindelsen er at angive en beskyttelseskredsløbsanordning af den i indledningen beskrevne art, som giver en højere sikkerhed mod ødelæggelse af halvlederkontaktele-menterne, især af transistorer.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at fejlsignalet 15 udløser et stopsignal af forudbestemt varighed, at regulerings-signalgiveren kan gøres uvirksom af stopsignalet under dets varighed og kan dérmed styre serieregulatorens halvle-derkontaktelement til en tilstand, i hvilken vekselretter-jævnstrømskredsen er afbrudt foran filterkondensatoren, at 20 vekselretter-signalgiveren er styret af fejlsignalet under dettes varighed, og vekselretterens halvlederkontaktelementer kan spærres på grund af denne styring, at mellem filterkondensatoren og vekselretteren ligger overstrøms-målestedet i serie med en induktivitet, og at serieforbindelsen af 25 overstrøms-målested og induktivitet er shuntet af en i modsat retning af vekselretter-jævnstrømsretningen ledende af-ladegren.

Også denne løsning beror på den erkendelse, at gennembræn-dingen af halvlederkontaktelementerne kan føres tilbage til 30 filterkondensatorens afladestrøm, der flyder, indtil kondensatorspændingen har tilpasset sig den spænding, der skal reguleres på ny af serieregulatoren på grund af den konstaterede overstrøm. Da overstrømmene ofte skyldes kortslutnin- 150433 3 ger, og halvlederkontaktelementerne ikke kan klare sådanne kortslutninger, indtil spændingen er nedreguleret, spærres nu ved optræden af et fejlsignal først vekselretteren fuldstændig, således at et halvlederkontaktelement i vekselret-5 teren under ingen omstændigheder kan overbelastes af en for høj strøm. Samtidig afbrydes spændingstilførslen over serieregulatoren i det væsentlige. Før var dog den med over-strøms-målestedet i serie liggende induktivitet blevet opladet, således at den nu i den spærrede tilstand af vekselret-10 teren aflades forholdsvist langsomt over overstrøms-måleste-det og den parallelforbundne afladegren. Denne afladestrøm af induktiviteten virker derfor praktisk taget, som om en overstrøm stadig er til stede, skønt vekselretteren er spærret. Så snart induktivitetens afladestrøm underskrider sam-15 menlignerens tærskelværdi, forsvinder fejlsignalet, og vekselretteren indkobles igen, fordi overstyringen af veksel-retter-signalgiveren er ophævet ved fejlsignalets forsvinden. Nu kan filterkondensatoren aflades, hvorved stopsignalet stadig vedvarer. Da induktiviteten også ligger i filter-20 kondensatorens afladestrømkreds, begrænses derved aflade-strømmen. Skulle afladestrømmen alligevel nå en overstrømsværdi, optræder straks igen fejlsignalet, som spærrer vekselretteren. Nu kan induktiviteten igen aflades, hvorved den i denne lagrede energi i det mindste forbruges i målestedet.

25 Derefter indkobles vekselretteren på ny, og spillet gentages, indtil filterkondensator-afladestrømmen ikke mere når en overstrømsværdi. Filterkondensatorens afladning foregår derfor i et eller flere intervaller inden for tilladelige grænser, uafhængigt af hvor høj kondensatorens ladning var i 30 begyndelsen. På denne måde er en overbelastning af halvlederkontaktelementerne ved hjælp af overstrømme fuldstændig udelukket. Stopsignalets varighed kan uden videre vælges så lang, at kondensatoren er fuldstændig afladet, før spændingstilførslen igen indtræder. Stiger strømmen igen efter 35 afladningen af filterkondensatoren, fordi det fx drejer sig om en kortslutning, som ikke er ophævet, udløses straks et 150433 4 nyt fejlsignal og dermed igen et stopsignal, således at en overbelastning af halvlederkontaktelementerne stadig er udelukket.

Formålstjenligt afgives stopsignalet af en monostabil multi-5 vibrator, som udløses af fejlsignalet.

Ved shuntning af halvlederkontaktelementerne med friløbsdioder bør disse tilsluttes mellem filterkondensator og over-strøms-målested. På denne måde påvirkes funktionen af den overstrøms-målestedet og induktiviteten shuntende diode ikke 10 af over friløbsdioderne flydende strømme.

Endvidere er det gunstigt, når der ved styring af regulerings-signalgiveren ved hjælp af en jævnstrømsregulator, der tilpasser strømmen i en af jævnstrøms-tilslutningsledningerne til en valgbar referencestørrelse, er anbragt en start-15 kobling, som efter afslutning af stopsignalet langsomt lader referencestørrelsen stige til den valgte værdi. På denne måde sikres det, at ved et formodet bortfald af fejlen stiger spændingen i mellemkredsen kun langsomt. Skulle der fx alligevel endnu være en kortslutning til stede, konstateres den-20 ne ved en meget lav mellemkredsspænding gennem overstrøms-målestedet. Ved det derpå følgende fornyede fald af mellemkreds spænd ingen behøver filterkondensatoren kun at aflades ubetydeligt.

Startkoblingen har en startkondensator, som kan oplades af 25 det impulsformede stopsignal over en diode og en lademodstand, og som kan aflades over en aflademodstand og er tilsluttet indgangen af en forstærker, som desuden kan tilføres et strøm-målesignal og et valgbart referencesignal.

Ved en foretrukken udførelsesform er der en fejlsignalled-30 ning for fejlsignalet, til hvilken udgangene af den overstrømmen overvågende sammenligner og mindst en yderligere, 150433 5 en anden størrelse overvågende sammenligner er tilsluttet.

På denne måde kan der over det samme kredsløb også tages hensyn til andre fejl, fx jordstrøms-, overspændings- eller underspændingsfejl, ved hvilke det er fordelagtigt at sænke 5 me11emkredsspændingen og derved at aflade kondensatoren.

En gunstig udførelsesform for sammenligneren med koblingshy-sterese er en differensforstærker med tilbagekobling.

Fortrinsvis er halvlederkontaktelementerne af serieregulatoren og vekselretteren transistorer, hvis basisspændinger kan 10 tilføres over logiske kredsløb, og at henholdsvis stopsignalet påvirker mindst en logisk kobling i regulerings-signalgiveren og fejlsignalet påvirker mindst en logisk kobling i vekselretter-signalgiveren til undertrykkelse af basisspændingerne.

15 Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af et på tegningen vist udførelseseksempel, der viser i fig. 1 et forenklet strømskema af en vekselretter med forskellige målesteder, der skal overvåges, fig. 2 et blokstrømskema af det egentlige beskyttelses-20 kredsløb og fig. 3 i flere tidsdiagrammer forholdene ved optræden af en kortslutning.

På tilslutningerne 1 og 2 ligger en konstant jævnspænding, som fx ved hjælp af en ensretterbro med efterkoblet filter-25 kondensator kan være udtaget fra en trefasespænding. På tilslutningerne ligger en spændingsdeler, bestående af modstandene R1 og R2. På modstanden R2 kan der aftages en signalspænding ui, som er proportional med den konstante jævnspænding U=.

6 150433

En serieregulator 3 består i det væsentlige af en transistor Tr1, som af spændingsfaldet ved en modstand R3 styres i den ledende tilstand, når der på klemmerne k1 og k2 ligger et reguleringssignal, Denne serieregulator arbejder derfor som 5 impulsbredde- eller frekvensstyret chopper.

Den er efterkoblet en mellemkreds 4, som har en filterkondensator C1 og en udglatningsdrossel L1. På udgangen af denne mellemkreds optræder derfor en regulerbar udglattet jævnspænding Ur.

10 Med den forsynes en trefaset vekselretter 5, som i tre grene har to efter hinanden koblede transistorer Tr2, Tr3 og Tr4,

Tr5 og Tr6, Tr7. Hver transistor er tilsluttet en friløbsdiode D1, D2, D3, D4, D5 og D6. Styringen sker igen ved hjælp af spændingsfaldet over de tilhørende modstande R4 - R8, når 15 der på klemmerne k3 og k4 er lagt et vekselretter-styresig-nal. Disse klemmer k3 og k4 er kun betegnet for transistoren Tr2. Fra midtpunktet af hver vekselrettergren udgår en faseledning 6, 7 og 8, som fører til en forbruger 9, især en drejestrømsmotor. På plussiden ligger transistorerne Tr2, 20 Tr4 og Tr6 samt de tilhørende friløbsdioder D1, D3 og D5 på en fælles jævnstrøms-tilslutningsledning 10. På minussiden har transistorerne Tr3, Tr5 og Tr7 en fælles jævnstrøms-tilslutningsledning 11, mens de tilhørende dioder D2, D4 og D6 er sammenfattet til en separat ledning 12.

25 I den for disse ledninger fælles ledning 13 befinder der sig en målemodstand R9, ved hvilken der som spænding kan udtages et strømsignal i-|, som svarer til den samlede jævnstrøm.

Dette målested betegnes derfor som driftstrøm-målested 14.

I jævnstrøms-tilslutningsledningen 11 ligger i serie en må-30 lemodstand R10 og en drossel L2. Denne serieforbindelse er shuntet af en diode D7, som er polet modsat den normale driftstrømretning. Gennem målemodstanden R10 flyder derfor f 150433 7 den tidligere gennem transistorerne strømmende strøm. Dette målested benyttes som overstrøms-målested 15.

I fig. 2 er vist en regulerings-signalgiver 17/ hvis udgange svarer til regulatorindgangene kl og k2. Denne regulerings-5 signalgiver styres af en strømregulator 18 således, at der ved den frembragte spænding Ur i mellemkredsen flyder netop den på et potentiometer P1 indstillede strøm. Til dette formål har regulatoren en differensforstærker A1, til hvis inverterende indgang driftstrømsignalet i·) er lagt over en 10 modstand R12 og over potentiometeret P1 en referencespænding U2- Den ikke-inverterende indgang ligger normalt over en modstand R13 ligeledes til masse. Regulerings-signalgiveren kan også påvirkes af andre størrelser, som det er antydet af ledningerne 19, fx af spændingen Ur, motorfrekvensen eller 15 andre børværdier.

Til styring af transistorerne Tr2 - Tr7 i vekselretteren 5 tjener en vekselretter-signalgiver 20, som tilføres indgangssignaler over mindst en ledning 21, især med hensyn til den ønskede frekvens. På udgangene, som svarer til transi-20 storens Tr2 indgange k3 og k4 samt de andre transistorers indgange, optræder så med den rigtige fasestilling og varighed impulser, som bringer transistorerne i den ledende tilstand.

Udgangen af en overstrøms-sammenligners 23 differensforstær-25 ker A2 er tilsluttet en fejlsignalledning 22. Denne differensforstærker tilføres på den inverterende indgang overstrømssignalet Ϊ2· Den ikke-inverterende indgang forsynes over en spændingsdeler, bestående af modstandene R14 og Ri5, med styrekredsløbets spænding us. En yderligere modstand R16 30 tjener medkoblingen. Fejlsignalledningen 22 er over en modstand R25 tilsluttet styrekredsløbets styrespænding Us.

Endvidere kan udgangene af yderligere sammenlignere 24 - 26 150433 8 med hver eh differensforstærker A3, A4 og A5 være tilsluttet fejlsignalledningen 22. Modstandene R17 - R24 tjener henholdsvis tilpasningen og medkoblingen.

Når et fejlsignal f optræder på ledningen 22, afbrydes i 5 vekselretter-signalgiveren straks afgivelsen af styreimpulser til transistorerne Tr2 - Tr7, således at disse transistorer er spærrede. Samtidig udløses en monostabil multivibrator 27, som afgiver et stopsignal s af forudbestemt varighed til en ledning 28. Dette stopsignal afbryder i regu-10 lerings-signalgiveren 17 straks afgivelsen af impulser, således at også serieregulatoren 3 forbliver spærret.

Samtidig oplades over en diode D9 og en modstand R26 en kondensator C3, som ligger parallelt med modstanden R13 på forstærkerens A1 indgang. Spændingen på denne indgang hæves 15 derfor af kondensatorspændingen. Den falder først gradvis efter bortfald af stopsignalet s, således som afladningen over modstanden R13 tillader.

Til forklaring af driftsmåden betragtes først en kortslutning i forbrugeren, som konstateres af overstrøms-målestedet 20 15. I fig. 3 vises over hinanden som funktion af tiden den gennem transistorerne strømmende strøm iT (linie a), den gennem ensretteren D7 strømmende strøm 1^7 (linie b), den i mellemkredsen tilstedeværende spænding Ur (linie c), stopsignalet s (linie d) og det inverterede fejlsignal f (linie 25 e).

Pør tidspunktet .ti befandt kredsløbet sig i normaldrift. I tidspunktet ti konstaterer overstrøms-sammenligneren 23 tilstedeværelsen af en overstrøm. Fejlsignalet f frembringes straks, og stopsignalet s udløses. Droslen L2 opretholder 30 strømmen, som nu flyder over dioden D7 i kredsen. Efter en vis tid underskrides den nedre grænseværdi i den en kob-lingshysterese indeholdende forstærker A2, og fejlsignalet f i 150433 9 forsvinder i tidspunktet t2· Nu arbejder vekselretter-sig-nalgiveren 20 normalt. Som følge heraf omkobles transistorerne Tr2 - Tr7 i den rigtige rækkefølge til den ledende tilstand. Af denne grund aflades kondensatoren Cl over tran-5 sistorerne og forbrugeren samt droslen L2 og målemodstanden R10. På grund af induktiviteterne stiger denne strøm kun gradvis. I tidspunktet t3 opnår den igen den grænseværdi, ved hvilken overstrøms-sammenligneren 23 reagerer. Det derved opstående fejlsignal f spærrer igen vekselretteren.

10 Strømmen gennem droslen L2 opretholdes endnu en tid over dioden D7. I tidspunktet t4 kobler overstrøms-forstærkeren A2 igen tilbage. Fejlsignalet f forsvinder. Filterkondensatoren C1 kan på ny aflades over vekselretteren. Da dens spænding allerede er faldet, varer det denne gang længere, inden den 15 maksimale strømværdi på ny er nået i tidspunktet t5, hvorved vekselretteren igen spærres. Dens ledeevne sætter den ind i tidspunktet tg. Da kondensatoren er fuldstændig afladet, og serieregulatoren 3 forbliver spærret, flyder der nu ikke længere en ødelæggende strøm. Ved slutningen af stopsignalet 20 s, altså i tidspunktet ty, kan regulerings-signalgiveren 17 igen begynde at arbejde. Men fordi jævnstrømsregulatoren 18 på grund af kondensatorens C3 opladning kun kræver en lille strøm, og dette krav på grund af den trinvise afladning af kondensatoren C3 stiger væsentligt langsommere end svarende 25 til vekselretterens normale tidskonstant, fås kun en gradvis forøgelse af spændingen Ur.. Hvis kortslutningen endnu ikke er ophævet, vil der snart, nemlig i tidspunktet tg, på ny konstateres en overstrøm af forstærkeren A2. Herved udgør spændingen Ur kun 5 - 10% af maksimalspændingen, således at 30 den tilsluttende afladning af kondensatoren Cl sker hurtigt.

Den er allerede afsluttet i tidspunktet tg. Ved slutningen af stopsignalet s i tidspunktet ti o sker et nyt startforsøg.

Hvis nu kortslutningen er ophævet, stiger spændingen Ur med den viste ringe hældning til den ønskede værdi.

Claims (7)

150433

1. Beskyttelseskredsløbsanordning for en vekselretter (5), hvis halvlederkontakteleraenter (Tr2 - Tr7) styres af en vekselretter-signalgiver (20), med en regulerbar jævnspændingsforsyning, som har en med konstant jævnspæn- 5 ding forsynet serieregulator (3) (chopper), hvis halv- lederkontaktelement (Tr1) af en regulerings-signalgiver (17) er impulsbredde- og/eller frekvensstyret, og en filterkondensator-mellemkreds (4), hvorved en overstrøm overvåges ved hjælp af en måleindretning, som har et i 10 vekselretterens (5) jævnstrømskreds liggende over- strøms-målested (15) og en efterkoblet sammenligner (23), og sammenligneren afgiver - så længe overstrømmen ligger uden for det tilladelige område - et fejlsignal (f), som påvirker regulerings-signalgiveren (17), 15 kendetegnet ved, at fejlsignalet (f) udlø ser et stopsignal (s) af forudbestemt varighed, at regulerings-signalgiveren (17) kan gøres uvirksom af stopsignalet (s) under dets varighed og kan dermed styre serieregulatorens (3) halvlederkontaktelement (Tr1) 20 til en tilstand, i hvilken vekselretter-jævnstrømskred- sen er afbrudt foran filterkondensatoren {C1), at vek-selretter-signalgiveren (20) er styret af fejlsignalet (f) under dettes varighed, og vekselretterens (5) halv-lederkontaktelementer (Tr2 - Tr7) kan spærres på grund 25 af denne styring, at mellem filterkondensatoren (Cl) og vekselretteren (5) ligger overstrøms-målestedet (15) i serie med en induktivitet (L2), og at serieforbindelsen af overstrøms-målested (15) og induktivitet (L2) er shuntet af en i modsat retning af vekselretter-jævn-30 strømsretningen ledende afladegren (D7).

2. Beskyttelseskredsløbsanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stopsignalet (s) afgives fra 150433 en monostabil multivibrator (27), som udløses af fejlsignalet (f).

3. Beskyttelseskredsløbsanordning ifølge krav 1f kendetegnet ved, at ved shuntning af halvleder- 5 kontaktelementerne (Tr2 - Tr7) med friløbsdioder (D1 - D6) sker disses tilslutning mellem filterkondensator (C1) og overstrøms-målested (15).

4. Beskyttelseskredsløbsanordning ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at der ved styring 10 af regulerings-signalgiveren (17) ved hjælp af en jævn strømsregulator (18), der tilpasser strømmen i en af jævnstrøms-tilslutningsledningerne (13) til en valgbar referencestørrelse, er anbragt en startkobling, som efter afslutning af stopsignalet (s) langsomt lader refe- 15 rencestørrelsen stige til den valgte værdi.

5. Beskyttelseskredsløbsanordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at startkoblingen har en startkondensator (C3), som kan oplades af det impulsformede stopsignal (s) over en diode (D9) og en lademodstand 20 (R26), og som kan aflades over en aflademodstand (R13) og er tilsluttet indgangen af en forstærker (A1), som desuden kan tilføres et strøm-målesignal (i-|) og et valgbart referencesignal (U2).

6. Beskyttelseskredsløbsanordning ifølge et af kravene 25 1-5,kendetegnet ved en fejlsignalledning (22) for fejlsignalet (f), til hvilken udgangene af den overstrømmen overvågende sammenligner (23) og mindst en yderligere, en anden størrelse overvågende sammenligner er tilsluttet. 1

7. Beskyttelseskredsløbsanordning ifølge krav 6, k e n - detegnet ved,at sammenligneren (23) med kob-