DE4317110A1

DE4317110A1 - Verfahren zum Nachweis der Erdung einer Invertervorrichtung

Info

Publication number: DE4317110A1
Application number: DE4317110A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Ishida
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1993-11-25
Also published as: CN1080058A; CN1040472C; JPH05328740A

Description

Die Erfindung betrifft eine Invertervorrichtung und mehr im einzelnen ein Erdungsnachweisverfahren, um nachzuweisen, wenn der Ausgang der Invertervorrichtung geerdet ist.

Eine Invertervorrichtung, wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt: eine Gleichrichterschaltung 1 mit Dioden D1 bis D6 zum Gleichrichten einer Wechselspannung, die von einer Drei phasenstromquelle 5 zugeführt wird, eine Inverterschaltung 2 mit Schaltelementen T1 bis T6 wie zum Beispiel Bipolartransi storen mit isoliertem Gate, welche so verbunden sind, daß sie eine Dreiphasen-Brückenschaltung bilden mit einer U-Phasen klemme U, einer V-Phasenklemme V und einer W-Phasenklemme W, sowie eine Gleichspannungs-Zwischenschaltung 4 mit einem Glättungskondensator C1, der dafür vorgesehen ist, die Aus gangsspannung der Gleichrichterschaltung 1 zu glätten, und die so geglättete Spannung der Inverterschaltung 2 zuzufüh ren. In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen P und N die positive und negative Polarität der Ausgangsbusleitungen der Gleichspannungs-Zwischenschaltung.

Fig. 4 zeigt eine Invertervorrichtung, die ein Beispiel für ein herkömmliches Erdungsnachweisverfahren anwendet. Wie aus dem Vergleich von Fig. 4 mit Fig. 3 hervorgeht, wird die Invertervorrichtung von Fig. 4 erhalten durch Hinzufügen eines Widerstandes Ri und einer Stromnachweisschaltung 3 zu der Invertervorrichtung von Fig. 3 in der Art, daß der Wi derstand Ri mit der Ausgangsleitung negativer Polarität N der Gleichspannungs-Zwischenschaltung 4 in Reihe geschaltet wird, und die Stromnachweisschaltung 3 einen Spannungsabfall Vi an dem Widerstand Ri nachweist.

Der Widerstand Ri und die Stromnachweisschaltung 3 bilden eine Nachweisschaltung zum Nachweisen eines Inverterausgangs stromes, welcher als normalerweise dem Busleitungs-Ausgangs strom der Gleichspannungs-Zwischenschaltung 4 im wesentlichen proportional angesehen werden kann. Die Stromnachweisschal tung 3 gibt ein Überstromnachweissignal ab, wenn sie einen Strom ermittelt, der größer ist als ein eingestellter Wert, welcher vorbestimmt ist, um nachzuweisen, ob der Inverteraus gangsstrom ein Überstrom ist oder nicht.

Wenn in der in Fig. 4 gezeigten Invertervorrichtung ihre Lastseite, zum Beispiel die W-Phase geerdet ist, dann ist dies der Tatsache äquivalent, daß ein Phantomschalter SW ge schlossen ist und die Ausgangsklemme W erdet. Wenn in diesem Fall das Schaltelement T6 leitend ist, dann zirkuliert der Erdungsstrom I durch die Drehstromquelle 5 und Erde, wie durch die Pfeile angedeutet. Der Wert des Erdungsstromes I wird bestimmt durch die Null-Phasenimpedanz und die Null-Pha senspannung des Stromzirkulationspfades. Da jedoch eine der drei Phasen der Drehstromquelle normalerweise geerdet gehal ten wird, wird dann, wenn die Null-Phasenimpedanz klein ist, der Erdungsstrom beachtlich groß je nach der Null-Phasenspan nung.

Wie in Fig. 4 gezeigt, fließt der Erdungsstrom durch den Wi derstand Ri. Wenn der Erdungsstrom groß ist, wird daher die ser Erdungszustand nachgewiesen als ein Zustand, in welchem Überstrom fließt (nachfolgend "Überstromzustand" genannt, wenn zutreffend). Der Widerstand Ri und die Stromnachweis schaltung 3 dienen also als einfache Nachweisschaltung zum Nachweis des Überstromzustandes und des Erdungszustandes der Invertervorrichtung.

Fig. 5 zeigt eine Invertervorrichtung, die ein anderes Bei spiel für das herkömmliche Erdungsnachweisverfahren anwendet. Die in Fig. 5 gezeigte Invertervorrichtung wird aus der in Fig. 3 gezeigten Invertervorrichtung durch folgende Modifi kation erhalten: Stromtransformatoren CT1, CT2 und CT3 sind zwischen der Inverterschaltung 2 und ihren jeweiligen Aus gangsklemmen U, V und W angeordnet, und es ist eine Strom nachweisschaltung 3A vorgesehen, welche die Sekundärströme dieser Stromtransformatoren erhält. Die Stromnachweisschal tung 3A führt den Nachweis des Null-Phasenstromes oder Er dungsstromes durch, welcher erhalten wird durch Zusammenset zen der Vektoren der Sekundärströme der Stromtransformatoren und durch Vergleich des so nachgewiesenen Erdungsstromes mit einem Stromwert, der zur Bestimmung des Erdungszustandes vor eingestellt ist.

Das herkömmliche Erdungsnachweisverfahren, das ausgeübt wird, wie in Fig. 4 gezeigt, hat jedoch folgenden Nachteil: wenn das Schaltelement in dem Erdungsstrom-Zirkulationspfad, zum Beispiel das Schaltelement T6, mit der geerdeten Phase W nichtleitend ist, dann ist es unmöglich, den Erdungszustand nachzuweisen, so daß der Nachweis des Erdungszustands nicht zuverlässig ist.

Das herkömmliche Erdungsnachweisverfahren, das wie in Fig. 5 gezeigt ausgeübt wird, leidet auch unter dem Nachteil, daß es erforderlich ist, die Stromtransformatoren für die drei Phasen-Ausgänge der Invertervorrichtung vorzusehen und die Stromnachweisschaltung vorzusehen, welche eine Vektorzusam mensetzung der Sekundärströme dieser Stromtransformatoren durchführt, weshalb die Invertervorrichtung unvermeidlich vo luminös und in der Schaltungsanordnung verwickelt ist und teuer in der Herstellung ist.

In Anbetracht dessen ist ein Ziel der Erfindung die Schaffung eines Erdungsnachweisverfahrens für eine Invertervorrichtung, welches in dem Fall, in dem abgeschätzt wird, daß der Erdungsstrom im wesentlichen auf den Wert ansteigt, den der Inverterausgangsstrom aufweist, wenn es ein Überstrom ist, ermöglicht, den Erdungszustand der Invertervorrichtung nach zuweisen mit einer Schaltung, die einfach in der Anordnung und niedrig in den Herstellkosten ist.

Das genannte Ziel der Erfindung ist erreicht worden durch Schaffung eines Erdungsnachweisverfahrens für eine Inverter vorrichtung, mit einer Gleichrichterschaltung zum Gleichrich ten eines Wechselstromes, einer Gleichspannungs-Zwischen schaltung zum Glätten der Ausgangsspannung der Gleichrichter schaltung, einer Inverterschaltung mit einer Mehrzahl von als Brücke verbundenen Schaltelementen, wobei die Inverterschal tung eine von der Gleichspannungs-Zwischenschaltung zuge führte Gleichspannung in eine vorbestimmte Wechselspannung umwandelt, sowie einem Stromdetektor, der an einer Ausgangs busleitung auf der Seite positiver oder negativer Polarität der Gleichspannungs-Zwischenschaltung vorgesehen ist, um einen Ausgangsstrom der Invertervorrichtung nachzuweisen, wo bei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß dann, wenn an die Invertervorrichtung eine Arbeitsanweisung ausgegeben wird, bevor ein normaler Inverterbetrieb beginnt, sämtliche Schaltelemente, welche Zweige der entsprechenden Phasen der Inverterschaltung bilden, und welche mit einer Gleichspan nungs-Eingangsbusleitung verbunden sind, die sich durch den Stromdetektor erstreckt, leitend gemacht werden, so daß dann, wenn ein von dem Stromdetektor ausgegebener Nachweiswert gleich oder größer ist als ein Stromwert, der vorbestimmt ist, um festzustellen, ob bei der Invertervorrichtung eine Erdung auftritt oder nicht, die Feststellung getroffen wird, daß die Ausgangsseite der Invertervorrichtung geerdet ist.

Wie vorher beschrieben, wird in dem herkömmlichen Erdungs nachweisverfahren für die in Fig. 4 gezeigte Invertervor richtung der Erdungszustand nur nachgewiesen, wenn das Schaltelement der Inverterschaltung, welches in dem Stromzir kulationspfad liegt, leitend ist.

In dem Erdungsnachweisverfahren der Erfindung wird eine Er dungsnachweiszeit vorgesehen, um die jeweiligen Schaltele mente der Inverterschaltung leitend zu machen gemäß einem vorbestimmten Steuerprogramm, so daß die in Fig. 4 gezeigte Stromnachweisschaltung in ihrer Zuverlässigkeit verbessert wird, indem sie die Erdung der Invertervorrichtung nachweist. Das Erdungsnachweisverfahren der Erfindung wird also auf die in Fig. 4 gezeigte Inverterschaltung angewendet.

Wenn in dem Verfahren die Operationsanweisung an die Inver tervorrichtung ausgegeben wird, bevor diese ihren normalen Betrieb aufnimmt, werden sämtliche Schaltelemente (T2, T4 und T6 in dem Fall von Fig. 4) eines Phasenzweiges der Inverter schaltung, welche mit der Gleichspannungseingangs-Busleitung (der Busleitung negativer Polarität) verbunden sind über den Widerstand Ri, der dafür vorgesehen ist, den Ausgangsstrom der Gleichspannungs-Zwischenschaltung nachzuweisen, leitend gemacht während einer vorbestimmten Zeitspanne, die für die Bestätigung des Erdungszustands benötigt wird. Wenn in dieser Operation der Erdungszustand nachgewiesen wird, werden die Schaltelemente nichtleitend gemacht, um die Invertervorrich tung auszuschalten. Wenn nachgewiesen wird, daß die Inverter vorrichtung sich in normalem Zustand befindet, dann wird zu gelassen, daß die Invertervorrichtung ihren normalen Inver terbetrieb aufnimmt.

Folglich kann durch Hinzufügen des Steuerprogramms der Inver tersteuerschaltung oder durch Vorsehen einer Steuerschaltung mit dem Steuerprogramm die in Fig. 4 gezeigte Invertervor richtung verwendet werden, so wie sie ist.

Im folgenden wird ein Anwendungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm zur Beschreibung eines Steuer programms, das in einem Erdungsnachweisverfahren für eine Invertervorrichtung gemäß der Erfindung angewendet wird;

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm zur Beschreibung der Opera tionen von Schaltelementen in einer Invertervorrichtung in Verbindung mit dem Ablaufdiagramm von Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild, das ein Beispiel für die Haupt schaltung einer Invertervorrichtung zeigt;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Invertervorrichtung, die ein Beispiel für ein herkömmliches Erdungsnachweisver fahren anwendet; und

Fig. 5 ein Schaltbild einer Invertervorrichtung, die ein anderes Beispiel der herkömmlichen Erdungsnachweis einrichtung anwendet.

Ein Erdungsnachweisverfahren gemäß der Erfindung wird anhand von Fig. 1 beschrieben, welche ein Ablaufdiagramm zur Be schreibung eines für das Verfahren vorgesehenen Steuerpro gramms ist. Mehr im einzelnen dient das Ablaufdiagramm für den Fall, in welchem, wie in Fig. 4 gezeigt, der Stromnach weiswiderstand Ri mit der Ausgangsbusleitung N negativer Polarität der Gleichspannungs-Zwischenschaltung 4 in Reihe geschaltet ist.

Das Steuerprogramm startet in Reaktion auf eine Operationsan weisung, die der Invertervorrichtung erteilt wird. Zuerst werden in Schritt S1 sämtliche Schaltelemente an dem unteren Zweig der Inverterschaltung 2, das heißt, die mit der Ein gangsbusleitung der negativen Polarität verbundenen Schalt elemente T2, T4 und T6, welche die unteren Zweige der Phasen U, V und W bilden, während einer vorbestimmten Zeitspanne leitend gehalten, welche lang genug ist zum Nachweis des Er dungszustandes. Danach bestimmt in Schritt S2 die Stromnach weisschaltung 3, ob eine Erdung bei der Invertervorrichtung aufgetreten ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß eine Erdung aufgetreten ist (ja), dann wird Schritt S3 bewirkt. In Schritt S3 werden alle Schaltelemente T1 bis T6 nichtleitend gemacht, das heißt, die Tätigkeit der Invertervorrichtung wird unterbrochen. Wenn in Schritt S2 festgestellt wird, daß keine Erdung aufgetreten ist (nein), dann wird Schritt S4 be wirkt, um zuzulassen, daß die Invertervorrichtung den norma len Betrieb aufnimmt.

Das beschriebene Steuerprogramm kann der bestehenden Inver tersteuerschaltung als zusätzliche Funktion zugefügt werden oder kann als zusätzliche Steuerschaltung vorgesehen werden, die in Verbindung mit der bestehenden Invertersteuerschaltung arbeitet.

Fig. 2 zeigt Operationswellenformen der gemäß dem oben be schriebenen Steuerprogramm betätigten Schaltelemente T1 bis T6, in welchem die Abszisse die Zeitachse ist und die Ordi nate die leitenden Zustände (ein) und nichtleitenden Zustände (aus) der Schaltelemente angibt. Der leitende Zustand (ein) und der nichtleitende Zustand (aus) entsprechen einem niedri gen Pegel bzw. hohen Pegel auf der Ordinate. Die Schaltele mente T1 und T2, T3 und T4 sowie T5 und T6 arbeiten in einem einander zugeordneten (konjugierten) Modus mit einem vorbe stimmten Totzeitintervall.

Nachdem die Operationsanweisung ausgegeben worden ist, werden in Schritt S1 die Schaltelemente T2, T4 und T6 alle gleich zeitig leitend gemacht (niedriger Pegel). In dieser Operation sind die übrigen Schaltelemente T1, T3 und T5 nichtleitend (hoher Pegel). Wenn in Schritt S2 der Erdungszustand nachge wiesen wird, wird der Schritt S3 bewirkt, so daß die Schalt elemente T2, T4 und T6 nichtleitend gemacht werden; das heißt ihre Pegel werden von niedrigem Pegel auf hohen Pegel umge schaltet, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet. In diesem Moment sind alle Schaltelemente T1 bis T6 nichtleitend (hoher Pegel), und die Invertervorrichtung wird ausgeschal tet. Wenn in Schritt S2 festgestellt wird, daß die Inverter vorrichtung sich in normalem Zustand befindet, dann arbeiten die Schaltelemente T1 bis T6 normal, wie durch die ausgezoge nen Linien angezeigt.

Das oben beschriebene Erdungsnachweisverfahren gemäß dem Steuerprogramm, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, dient für den Fall, in dem, wie in Fig. 4 gezeigt, der Stromnachweis widerstand Ri in Reihe geschaltet ist mit den Ausgangsbuslei tungen N negativer Polarität der Gleichspannungs-Zwischen schaltung 4. Das technische Konzept der Erfindung kann auch auf den Fall angewendet werden, in welchem der Widerstand Ri in Reihe geschaltet ist mit der Ausgangsbuslinie P positiver Polarität der Gleichspannungs-Zwischenschaltung 4. In diesem Fall werden in dem Zeitpunkt, der dem Schritt S1 entspricht, anstelle der Schaltelemente T2, T4 und T6 des unteren Zweiges die Schaltelemente T1, T3 und T5, welche den oberen Zweig der Phasen bilden, gleichzeitig leitend gemacht (niedriger Pe gel), so daß eine Erdungsnachweisoperation durchgeführt wird, bevor die Invertervorrichtung den normalen Betrieb aufnimmt. Also kann der Erdungszustand auf die gleiche Art nachgewiesen werden.

Wie oben beschrieben, ist das Steuerprogramm so konstruiert, daß in dem Fall, in dem abgeschätzt wird, daß der Erdungs strom, der geliefert wird, wenn die Ausgangsseite der Inver tervorrichtung geerdet ist, im wesentlichen auf den Wert an steigt, welchen der Inverterausgangsstrom aufweist, wenn es ein Überstrom ist, die Schaltelemente, welche Zweige der Pha sen der Inverterschaltung bilden, und welche mit den Gleich spannungs-Eingangsbusleitungen über den Stromnachweiswider stand der Gleichspannungs-Zwischenschaltung in der in Fig. 4 gezeigten Schaltung verbunden sind, vor dem normalen Betrieb der Invertervorrichtung leitend gemacht werden, und unter dieser Bedingung wird festgestellt, ob der ermittelte Zwi schen-Gleichstrom höher ist als der für den Nachweis des Er dungszustandes vorbestimmte Stromwert oder nicht, um dadurch zu bestimmen, ob die Ausgangsseite der Invertervorrichtung geerdet ist oder nicht. Das derart konstruierte Steuerpro gramm wird als eine zusätzliche Funktion der Invertersteuer schaltung angewendet. Die Überstrom-Nachweisschaltung, wel che, wie in Fig. 4 gezeigt, aus dem Ausgangsstrom der Gleichspannungs-Zwischenschaltung ermittelt, ob die Inverter vorrichtung sich in einem Überstromzustand befindet oder nicht, kann folglich ohne Modifikation der Anordnung der Hauptschaltung als Erdungsnachweisschaltung verwendet werden, indem dieser lediglich Softwaremittel betreffend das Steuer programm hinzugefügt werden.

Die so geschaffene Schaltung, die einfach im Aufbau ist und niedrig in den Herstellkosten, ist also in der Lage, den Überstromzustand und den Erdungszustand der Invertervorrich tung zufriedenstellend nachzuweisen.

Obzwar die Erfindung in Verbindung mit der bevorzugten Aus führungsform beschrieben worden ist, ist es offensichtlich für den Fachmann, daß verschiedene Änderungen und Modifika tionen daran vorgenommen werden können, ohne von der Erfin dung abzuweichen, und daher sollen in den Ansprüchen alle solchen Änderungen und Modifikationen erfaßt sein, die in dem wahren Gedanken und Rahmen der Erfindung liegen.

Claims

Erdungsnachweisverfahren für eine Invertervorrichtung, mit einer Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten eines Wechsel stromes, einer Gleichspannungs-Zwischenschaltung zum Glätten der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung, einer Inver terschaltung mit einer Mehrzahl von als Brücke verbundenen Schaltelementen, wobei die Inverterschaltung eine von der Gleichspannungs-Zwischenschaltung zugeführte Gleichspannung in eine vorbestimmte Wechselspannung umwandelt, sowie einem Stromdetektor, der an einer Ausgangsbusleitung auf der Seite positiver oder negativer Polarität der Gleichspannungs-Zwi schenschaltung vorgesehen ist, zum Nachweisen eines Ausgangs stromes der Invertervorrichtung,
gekennzeichnet durch die Schritte,
daß sämtliche Schaltelemente, welche Zweige der entspre chenden Phasen der Inverterschaltung bilden, und welche mit einer Gleichspannungs-Eingangsbusleitung verbunden sind, die sich durch den Stromdetektor erstreckt, leitend gemacht wer den, wenn an die Invertervorrichtung eine Arbeitsanweisung ausgegeben wird und bevor ein normaler Inverterbetrieb be ginnt,
und daß festgestellt wird, daß eine Ausgangsseite der Invertervorrichtung geerdet ist, wenn ein von dem Stromdetek tor ausgegebener Nachweiswert gleich oder größer ist als ein Stromwert, der vorbestimmt ist, um festzustellen, ob bei der Invertervorrichtung eine Erdung auftritt oder nicht.