DE2212832B2 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung und zum schutz eines parallelschwingkreiswechselrichters - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung und zum schutz eines parallelschwingkreiswechselrichtersInfo
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- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und zum Schutz eines F'arallelschwingkreiswechselrichters
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Wechselrichter mit steuerbaren Stromrichterventilen,
deren Lastkreis einen Parallelschwingkreis mit einer Kapaizität und einer Induktivität aufweisen, werden als
Parallelschwingkreiswechselrichter bezeichnet Parallelschwingkreiswechselrichter
sind beispielsweise aus dem »SCR-Manual« der General Electric Company,
1961. Seiten 161 und 162, bekannt Solche lastkommutierten
Wechselrichter werden beispielsweise zur Speisung von Induktionsöfen oder von Schweißanlagen
mit induktiver Erhitzung verwendet.
Der reguläre Betrieb von Parallelschwingkreisumrichtern ist nur bei vollständigem Lastkreis, der aus der
Induktivität und der Kapazität besteht, gegeben. Im Falle eines nicht vollständigen Lastkreises können
unzulässige Beanspruchungen der Umrichterelemente auftreten, die beispielsweise durch eine Selbstabschaltung
des Umrichters vermieden werden müssen. Ein offener Umrichterausgang, ein kurzgeschlossener Umrichterausgang
und eine fehlende Schwingkreiskapazität sind als verschiedene Möglichkeiten eines nicht
regulären Lastkreises durch eine gezielte Wechselrichterauslegung beherrschbar. Fehlt die Induktivität,
beispielsweise die Induktorspule des Pa.-allelschwingkreises,
so führt dies zu einer unzulässigen Spannungsbeanspruchung der Stromrichterventile.
Es besteht die Aufgabe, das Fehlen einer Induktivität im ParallelFchvingkreis zu erkennen und einen Schutz
für die Stromrichterventile des Wechselrichters vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daö die Frequenz des den Kondensator des Parallelschwingkreises
durchfließenden Stromes gemessen wird, daß die gemessene Frequenz mit einer Grenzfrequenz
verglic' en wird und daß alle Stromrichterventile eines Längszweiges des Parallelschwingkreiswechselrichters
gezündet werden, wenn die gemessene Frequenz kleiner als die Grenzfrequenz ist. Die
Grenzfrequenz wird vorzugsweise klein gegen die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises des
Wechselrichters gewählt.
Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ein Impulsgeber angeordnet, der eine
Impulsfolge abgibt, deren Pulsfolgefrequenz synchron zur Frequenz des den Kondensator durchfließenden
Stromes ist und die einer Vergleichsschaltung zugeführt ist, weiterhin ist ein Zeitkipper vorgesehen, der Impulse
abgibt, deren Frequenz gleich der Grenzfrequenz ist und die ebenfalls der Vergleichsschaltung zugeführt
sind, wobei von der Vergleichsschaltung Zündimpulse den Stromrichterventilen eines Längszweiges des
Parallelüchwingkreiswechselrichters zugeleitet sind,
wenn die Pulsfolgefrequenz der Impulsfolge kleiner als die Frequenz der vom Zeitkipper abgegebenen Impulse
ist. Als Vergleichsschaltung kann ein Integrator mit nachgeschaltetem Schwellwert und ein logisches Schaltelement
vorgesehen sein, dessen einer Eingang mit dem Schwellwert verbunden ist, wobei die Impulsfolge des
Impulsgebers dem Integrator und die Impulse des Zeitkippers einem zweiten Eingang des logischen
Schaltelementes zugeführt sind und der Ausgang des logischen Schaltelementes mit den Zündvorrichtungen
für die Stromrichterventile eines Querzweiges des Parallelschwingkreises verbunden ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung erreicht man eine völlige Unabhängigkeit
von der Lastkreiskonstellation, wobei besonders hervorzuheben ist, daß dies ohne zusätzliche starkstromtechnische
Maßnahmen erreicht wird. Beim Wegfall der Induktorspule bildet die Kompensationskapazität mit
der Glättungsinduktivität des Parallelschwingkreiswechselrichters einen Serienschwingkreis, dessen Frequenz in der Regel stark von der erwarteten
Betriebsfrequenz des Umrichters abweicht, die im allgemeinen mit der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises übereinstimmt Diese Abweichung der
Frequenz, die in kürzester Zeit erkannt werden kann, wird als Indikator für den nicht vollständigen Parallelschwingkreis genommen. Zum Schutz der Thyristoren
wird nun der Strom vom Diagonalzweig des Parallelschwingkreiswechselrichters, d.h. von der Schwingkreiskapazität auf einen Längszweig oder Querzweig
des Parallelschwingkreiswechselrichters abkommutiert
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand
der F i g. 1 bis 5 näher erläutert In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
F i g. 1 zeigt das Schaltungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Wechselrichteranordnung. Es sind steuerbare Stromrichterventile oder Stromiichterventilgruppen 1
bis 4 in Brückenschaltung an die Klemmen 5 und 6 einer Gleichspannungsquelle über eine Glättungsdrossel 7
angeschlossen. Als Gleichspannungsquelle kann beispielsweise ein nicht dargestellter Gleichrichter dienen.
Anstelle der Brückenschaltung können die Stromrichterventile auch in Mittelpunktschaltung angeordnet
sein und die steuerbaren Stromrichterventile 1 bis 4 können beispielsweise Thyristoren sein.
Zwischen dem Verbindungspunkt 8 der Stromrichterventile 1 und 2 und dem Verbindungspunkt 9 der
Stromrichterventile 3 und 4 ist ein Parallelschwingkreis 10 angeschlossen. Der Parallelschwingkreis IO ist aus
einer Induktivität It und einer Kapazität 12 aufgebaut. Die Induktivität 11 kann beispielsweise eine Induktorspule
sein. Es ist in der Schaltung angedeutet, daß die Induktorspule It vermittels der Steckverbindung Ita
und Ufa ausgewechselt werden kann. Zusätzlich ist im Parallelschwingkreis in Reihe mit dem Kondensator 12
ein Stromwandler 13 vorgesehen, mit dem die Frequenz des den Kondensator 12 durchfließenden Stromes
erfaßt werden kann.
Mit dem vom Stromwandler 13 erfaßten Strom im Parallelschwingkreis 10 werden zwei Impulsgeneratoren
14 und 15 getaktet, die jeweils ein; Impulsfolge erzeugen, deren Pulsfolgefrequenz der Frequenz des
den Kondensator 12 durchfließenden Stromes synchron ist. Die Impulsfolge des Impulsgenerators 14 ist über
eine Umkehrstufe 16 und Impulsverstärkern 17 bzw. 18 den Stromrichterventilen 1 und 4 eines Diagonalzweiges
und die Impulsfolge des Impulsgenerators 15 über die Umkehrstufe 19 und die Impulsverstärker 20 bzw. 21
den Stromrichterventilen 2 und 3 des anderen Diagonalzweiges des Parallelschwingkreiswechselrichters
zugeführt. Da die Impulsfolgen de; Impulsgeber 14 und 15 gegeneinander phasenverschoben sind, ist
sichergestellt, daß mit dieser Steuervorrichtung dem Schwingkreis 10 über die Stromrichterventile t und 4
bzw. 2 und 3 und die Glättungsdrossel 7 periodisch Energie analog der bekannten Betriebsweise zugeführt
wird.
Zusätzlich ist die Impulsfolge des Impulsgebers 15 über eine weitere Umkehrstufe 22 einem Integrator Z;
zugeführt, der beispielsweise ein kapazitiv rikkj'ekoppelter
Verstärker sein kann. Der Ausgang de;
Integrators 23 ist mit einem Schwellwertgebtv b/.w.
Grenzwertmelder 24 verbunden, dessen Ausgangssignal über eiine Umkehrstufe 25 einem Eingang eines
NAND-Gatters 2t· zugeführt ist. Der zweite Eingang
des logischen Schaltelementes 2t» ist mit einem Impulsgeber 27 verbunden, der, wie durch die
Wirkungslinie 28 angedeutet ist, vom Betätigungsschalter 29 des Wechselrichters eingeschaltet werden kann.
Am Ausgang des NAND-Gatters 26 liegt ein weiterer Impulsgenerator 30, der über eine Umkehrstufe 31 mit
den Impulsverstärkern 17 und 20 verbunden ist, durch deren Impulse die Stromrichter 1 und 2 eines Quer- bzw.
Längszweiges des Pulswechselrichters gezündet werden.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der Überwachungs- und Schutzschaltung, die aus dem Integrator 23,
dem Schwellwert 24, dem logischen Schaltelement 26 und dem Zeitkipper 27 gebildet ist, sei auf die F i g. 2 und
die F i g. 3 verwiesen. In den F i g. 2 und 3 ist gegen die Zeit t der Signalverlauf U1 bis t/5 aufgetragen, der an
den entsprechend gekennzeichneten Punkten der F i g. 1 auftritt Dabei betrifft F i g. 2 den regulären
Betriebsfall und Fig.3 einen Störungsfall, bei dem die
Induktorspule ti des Parallelschwingkreises 10 fehlt
oder zerstört ist.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten, normalen Betriebsfall wird die Zündimpulsfolge U\ des Impulsgebers 15 aem
Integrator 23 zugeführt. Erreicht die Integration einen vorgegebenen Wert, so wird der Grenzwertgeber 24
gesetzt und der erste Eingang (U2) des NAND-Gatters
26 nimmt den Wert Null an. Der zweite Eingang (U3) des
NAND-Gatters 26 ist mit dem Impulsgeber 27 verbunden. Der Schwellwert 24 ist so eingestellt, daß
der erste Eingang des NAND-Gatters 26 im normaler. Betriebsfaü während einer Impulslücke der vom
Impulsgeber 27 abgegebenen Impulse von 1 auf 0 gesetzt wird. Im regulären Betriebsfall werden daher die
beiden Eingänge des NAND-Gatters 26 niemals gleichzeitig den Wert 1 annehmen und der Ausgang des
NAND-Gatters 26 wird daher immer ein konstantes Signa! Ua abgeben und der nachgeschaltete Impulsgenerator
30 wird nicht betätigt.
Bei diesem Überwachungsvorgang repräsentiert die Länge der Impulslücke bzw. die Frequenz der vom
Zeitkipper 27 abgegebenen Impulse die Grenzfrequenz, mit der die Frequenz des Schwingkreisstromes verglichen
wird, die durch die Zündimpulsfolge (U\) repräsentiert ist.
Im Störungsfall (Fig.3) entsteht keine Zündimpulsfolge
(IA). Der Schwellwertgeber 24 wird daher nicht gesetzt, da die Integration den vorgegebenen Wert
nicht erreicht. Der erste Eingang (U2) des NAND-Gatters
26 bleibt damit auf dem Wert 1. Nimmt wegen des Impulses des Zeitkippers 27 der zweite Eingang (U3) des
Gatters 26 den Wert 1 an. so verschwindet das Signal am Ausgang des NAND-Gatters 26 (U*), der Impulsgeber
30 wird betätigt und es werden den Zündvorrichtungen 17 und 20 der Stromrichterventile 1 und 2 eines
Längszweiges Zusatzimpulse zugeführt. Die Stromrichterventile 1 und 2 werden durch die Zusatzimpulse
gezündet und der Strom wird vom Diagonalzweig der Wechselrichterbrücke auf den Längszweig abkommutiert.
Gleichzeitig kann durch die Zusatzimpulse eine in der !'ig.· nicht gezeigte Schaltvorrichtung ausgelöst
wer;ic-;.. die die Stromversorgung des Wechselrichters
unterbricht.
I i !■■■. durch die Überwachungseinrichtung lediglich
i'jstgesiellt werden soll, ob das Einsetzen einer
tnduktorspule vor Inbetriebnahme der Vorrichtung vergessen wurde, genügt es, wenn der Zeitkipper 27,
betätigt vom iunschaltvorgang des Wechselrichters,
einen Impuls abgibt. Soll eine laufende Betriebsüberwachung erfolgen, mit der eine schadhafte Induktionsspule
während des Betriebes festgestellt werden kann, so muß der Impulsgeber 27 eine Impulsfolge abgeben, deren
Frequenz der Grenzfrequenz entspricht und der Integrator 23 und der mit dem Integrator verbundene
Eingang des NAND-Gatters 26 ist periodisch zurückzustellen.
Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des erfindungsgemi^en
Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist in F i g. 4 ein r'arallelschwingkreiswechselrichter entsprechend
F i g. 1 im Störungsfall, d. h. ohne Schwingkreisinduktivität 11 dargestellt. Die Zünd- und Überwachungsvorrichtung
wurde in Fig.4 weggelassen, um die Übersichtlichkeit zu wahren. Beim Wegfall der Induktionsspule
U bildet die Kapazität 12 und die Glättungsdrossel 7 einen Serienschwingkreis, dessen
Frequenz im allgemeinen erheblich kleiner als die Betriebsfrequenz des Parallelschwingkreiswechselrichters
ist. Mit der beschriebenen erfindungsgemäßei Vorrichtung kann im Störungsfall die Abweichung de
Frequenz von der Betriebsfrequenz in kürzester Zei erkannt und zum Schutz der Thyristoren durch bewußti
Zusatzzündung der eingeprägte Strom über di< Glättungsinduktivität 7 vom Diagonaizweig, der aus dei
Stromrichterventilen 1 und 4 bzw. 3 und 2 gebildet isl auf dem Längszweig der Brücke abkommutiert werden
asr aus den Stromrichterventilen 1 und 2 besteht.
In der Fig.4 sind die Ströme im Parallelschwing
kreiswechselrichter, insbesondere die Ströme durch die Drossel 7 (ij) und über den Kondensator 12 (ic) und die
an den Stromrichterventilen und am Kondensatoi liegenden Spannungen Un und U0 eingezeichnet. Der
Verlauf dieser Spannungen und Ströme mit der Zeil zeigen die Fig.5a bis 5d, wobei in Fig.5a der
Zusatzimpuls eingezeichnet ist, der die Stromkommutierung auf dem Längszweig einleitet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zur Überwachung und zum Schutz eines Parallelschwingkreiswechselrichters, d a durch
gekennzeichnet, daß die Frequenz des den Kondensator (12) des Parallelschwingkreises
(10) durchfließenden Stromes gemessen wird, daß die gemessene Frequenz mit einer Grenzfrequenz
verglichen wird und daß alle Stromrichterventile (1, 2) eines Längszweiges des Parallelschwingkreiswechselrichters
gezündet werden, wenn die gemessene Frequenz kleiner als die Grenzfrequenz ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz klein gegen die
Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises (10) des Wechselrichters gewählt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein impulsgeber (15) angeordnet ist, der eine Impulsfolge abgibt, deren Pulsfolgefrequenz synchron
zur Frequenz des den Kondensator (12) durchfließenden Stromes ist und die einer Vergleichsschaltung
(23, 24, 26) zugeführt ist, daß ein Zeitkipper (27) vorgesehen ist, der Impulse abgibt,
deren Frequenz gleich der Grenzfrequenz ist und die ebenfalls der Vergleichsschaltung zugeführt sind,
und daß von der Vergleichsschaltung Zündimpulse den Stromrichterventilen (1, 2) eines Längszweiges
des Parallelschwingkreiswechselrichters zugeleitet sind, wenn die Pulsfolgefrequenz der impulsfolge
kleiner als die Frequenz der vom Zeitkipper abgegebenen Impulse ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Parallelschwingkreis (10) in Serie
mit dem Kondensator (12) ein Frequenzgeber (13) angeordnet ist, dessen Signale den Impulsgeber (15)
synchronisieren.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitkipper (27) in Steuerabhängigkeit
zum Betätigungsschalter (29) des Parallelschwingkreiswechselrichters gebracht ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsschaltung
ein Integrator (23) mit nachgeschaltetem Schwellwert (24) und ein logisches Schaltelement
(26) vorgesehen sind, dessen einer Eingang mit dem Schwellwert verbunden ist, daß die Impulsfolge des
Impulsgebers (15) dem Integrator und die Impulse des Zeitkippers (27) einem zweiten Eingang des
logischen Schaltelementes zugeführt sind und daß der Ausgang des logischen Schaltelementes (26) mit
den Zündvorrichtungen (17,20) für die Stromrichterventile (1, 2) eines Längszweiges des Parallelschwingkreiswechselrichter:,
verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das logische Schaltelement (26) ein
NAND-Gatter ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722212832 DE2212832C3 (de) | 1972-03-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und zum Schutz eines Parallelschwingkreiswechselrichters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722212832 DE2212832C3 (de) | 1972-03-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und zum Schutz eines Parallelschwingkreiswechselrichters |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2212832A1 DE2212832A1 (de) | 1973-09-27 |
DE2212832B2 true DE2212832B2 (de) | 1977-05-26 |
DE2212832C3 DE2212832C3 (de) | 1978-01-05 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4209645A1 (de) * | 1992-03-25 | 1993-09-30 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zur Ansteuerung der Stromrichterventile von zwei oder mehr aus einer gemeinsamen Gleichstromquelle gespeisten Parallelschwingkreiswechselrichtern mit jeweils einem Induktionsofen und Anlage zur Durchführung des Verfahrens |
DE4209644A1 (de) * | 1992-03-25 | 1993-09-30 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zum Ansteuern der Stromrichterventile eines lastgeführten Parallelschwingkreiswechselrichters eines Induktionsofens |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4209645A1 (de) * | 1992-03-25 | 1993-09-30 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zur Ansteuerung der Stromrichterventile von zwei oder mehr aus einer gemeinsamen Gleichstromquelle gespeisten Parallelschwingkreiswechselrichtern mit jeweils einem Induktionsofen und Anlage zur Durchführung des Verfahrens |
DE4209644A1 (de) * | 1992-03-25 | 1993-09-30 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zum Ansteuern der Stromrichterventile eines lastgeführten Parallelschwingkreiswechselrichters eines Induktionsofens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2212832A1 (de) | 1973-09-27 |
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