DE4332899C1 - Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung an Stromrichterventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist durch die DE 40 09 853 C1 bekannt.

Die bekannte Schaltungsanordnung dient der Feststellung, ab wann kein Strom mehr durch die Stromrichterventile der gerade Strom führenden Stromrichterbrücke fließt, damit ab diesem Zeitpunkt eine Freigabe für eine kreisstromfreie Umschaltung auf die andere Stromrichterbrücke er­ folgen kann. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein Strom durch ein Stromrichterventil auf jeden Fall dann nicht fließt, wenn eine bestimmte Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Stromrichterventils auf­ tritt (zum Beispiel von mindestens 18 V an einem Thyristor). Zusätzlich werden die Zündimpulse für die Stromrichterventile logisch mit den er­ mittelten, den stromlosen Zustand signalisierenden Spannungsimpulsen ver­ knüpft, so daß die Spannungsnulldurchgänge der jeweiligen Sperrspannung am Stromrichterventil nicht fälschlicherweise als Stromführungsphase interpretiert werden.

Während beim Betrieb mit nicht-lückendem Strom der stromlose Zustand zeitlich recht genau feststellbar ist, entstehen Schwierigkeiten im (Strom-) Lückbetrieb. Das hat seine Ursache darin, daß zur gleichmäßigen Span­ nungsaufteilung auf die beiden Stromrichterbrückenhälften üblicherweise eine Bedämpfung der (insbesondere als Thyristoren ausgebildeten) Stromrichterventile vorgesehen wird. Diese Bedämpfung (Einzelbedämpfung) besteht in der Parallelschaltung einer Kondensator-Widerstands-Kombination (R-C-Glied) zu jedem Paar der antiparallel angeordneten Stromrichterventile der beiden Stromrichterbrücken (siehe zum Beispiel K Heumann "Grundlagen der Leistungselektronik", G.B. Teubner, Stuttgart, 1975, Seite 40). Insbesondere beim Betrieb der stromführenden Stromrichterbrücke mit lückendem Strom verhindert die Bedämpfung ein schnelles Abklingen der Spannung. D.h. obwohl ein Strom bereits fließt, meldet die bekannte Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung wegen dieser Spannung fälschlicherweise keinen Stromfluß.

Durch die DE 30 33 916 C2 ist eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Stromflußdauer an Stromrichterventilen bekannt, bei der ein dem Stromfluß entsprechendes Spannungssignal erfaßt und zusammen mit vom Steuersatz für die Ventile erzeugten und über eine Kippstufe geführten Signalen an die Eingänge zweier paralleler UND-Glieder gelegt wird, wobei deren Ausgänge an ein ODER-Glied gelegt sind, dessen Ausgangssignal dann zur Zündung der Ventile verwendet wird. Damit wird eine möglichst gleichmäßige Spannungsaufteilung bei einer Reihenschaltung von Ventilen angestrebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die auch beim Vorhandensein von R-C-Bedämpfungsschaltungen parallel zu den jeweils antiparallel liegenden Stromrichterventilen der beiden Stromrichterbrücken den stromlosen Zustand der Stromrichterventile stets richtig und zeitlich genau ermittelt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Durch das gezielte Einblenden bzw. Ausblenden der von der monostabilen Kippstufe gelieferten (vom Sammelimpuls der alle 60° anstehenden Zündimpulse abgeleiteten) Impulse wird auch bei lückendem Strom der durch die Bedämpfung hervorgerufene Fehler in der Meldung eines stromlosen Zustandes vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung für ein Ausführungsbeispiel erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 als Prinzipschaltbild die Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild zweier antiparallelgeschalteter Stromrichterbrücken, bei denen die Schaltung nach der Erfindung gemäß Fig. 1 eingesetzt werden soll, und

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von Strömen, Spannungen und Signalen in Zusammenhang mit den Schaltungen nach Fig. 1 und 2.

Gemäß Fig. 2 speist ein dreiphasiges Netz U, V, W zwei antiparallel ge­ schaltete Stromrichterbrücken. Die eine Stromrichterbrücke ist durch (als Thyristoren dargestellte) Stromrichterventile V1 bis V6 gebildet, während die ihr antiparallel geschaltete Stromrichterbrücke aus (zur bes­ seren Unterscheidung geschwärzt gezeigten, ebenfalls als Thyristoren dar­ gestellten) Stromrichterventilen V1′ bis V6′ besteht. Gleichspannungssei­ tig ist eine hier nicht gezeigte Last, zum Beispiel ein (Gleichspannungs-) Motor angeschlossen, von deren Bedürfnissen es abhängt, ob die einen Energiefluß vom Netz U, V, W zur Last bewirkende Vorwärtsstromrich­ terbrücke mit den Stromrichterventilen V1 bis V6 oder die einen Ener­ giefluß in umgekehrter Richtung erlaubende Rückwärtsstromrichterbrücke mit den Stromrichterventilen V1′ bis V6′ in Betrieb ist. Die netzperio­ disch einander um jeweils 60° zeitlich versetzten Zündzeitpunkte für die einzelnen Stromrichterventile sind den in Fig. 2 gezeigten Stromrichter­ ventilen jeweils zugeschrieben.

Die jeweils einander paarweise antiparallel geschalteten Stromrichterven­ tile V1 und V4′, V3 und V6′, V5 und V2′ der oberen Brückenhälf­ te 10 und V4 und V1′, V6 und V3′, V2 und V5′ der unteren Brückenhälf­ te 20 sind in üblicher Weise einzeln bedämpft durch ihnen parallel ge­ schaltete R-C-Glieder R11, C11 bis R13, C13 (obere Brückenhälfte) bzw. R21, C21 bis R23, C23 (untere Brückenhälfte).

In bekannter Weise ist zur Bestimmung des stromlosen Zustands der Stromrichterventile je Brückenhälfte ein Spannungserfassungsglied 7 bzw. 8 vorgesehen. Diese Spannungserfassungsglieder 7, 8 sind gleich aufge­ baut, so daß hier nur das Spannungserfassungsglied 7 genauer gezeigt und erläutert werden muß:

Der Anoden- Kathoden- Strecke jedes antiparallel geschalteten Stromrich­ terventilpaares liegt je Netzphase und Brückenhälfte ein ohmscher Wider­ stand in Reihe mit einem Optokoppler parallel. Die ohmschen Widerstän­ de sind mit R1 bis R3, die Optokoppler mit 71 bis 73 bezeichnet.

Im stromlosen Zustand eines antiparallelen Stromrichterventilpaares steht hier jeweils eine Spannung (mit U1 bis U3 bezeichnet) an, deren Vor­ handensein der jeweilige Optokoppler als Signal weitergibt. Diese den je­ weils stromlosen Zustand repräsentierenden Signale am Ausgang des Span­ nungserfassungsgliedes 7 sind mit SO1 bis SO3 für die drei Stromrich­ terventilpaare V1, V4′ bzw. V3, V6′ bzw. V5, V2′ der oberen Stromrich­ terbrückenhälfte 10 bezeichnet. Entsprechend liefert das Spannungser­ fassungsglied 8 für die Stromrichterventilpaare V4, V1′ bzw. V6, V3′ bzw. V2, V5′ der unteren Stormrichterbrückenhälfte 20 die Signale SU1, SU2, SU3.

Die Bedämpfung R11, C11 bis R13, C13 und R21, C21 bis R23, C23 der Stromrichterventile ist, wie zuvor erwähnt, unverzichtbar, da bei lücken­ dem Strom dafür gesorgt werden muß, daß eine gezielte gleichmäßige Spannungsaufteilung an den Stromrichterventilen der oberen und unteren Stromrichterbrückenhälften 10, 20 erfolgt. Die dargestellte Bedämpfung verhindert jedoch bei lückendem Strom ein schnelles Abklingen der Span­ nung an den Stromrichterventilen V1 bis V6, V1′ bis V6′. Obwohl ein Strom bereits fließt, zeigen dann die Spannungserfassungsglieder 7 bzw. 8 mit den Signalen SO1 bis SO3 bzw. SU1 bis SU3 noch einen stromlosen Zustand an. Für die kreisstromfreie Umschaltung der beiden in Fig. 2 gezeigten netzgeführten Stromrichterbrücken in Gegenparallelschaltung muß jedoch sichergestellt werden, daß entweder die Stromrichterventile V1 bis V6 der Vorwärtsstromrichterbrücke oder die Stromrichterven­ tile V1′ bis V6′ der Rückwärtsstromrichterbrücke wirklich stromlos sind.

Hier greift nun die Erfindung ein, so daß immer sicher verhindert wird, daß eine Umschaltung erfolgen kann, wenn ein Strom durch eines der Stromrichterventile V1 bis V6, V1′ bis V6′ fließt.

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild die Auswertung der von den Spannungser­ fassungsgliedern 7 bzw. 8 gelieferten Signale SO1 bis SO3 bzw. SU1 bis SU3 gemäß der Erfindung. Dabei bedeutet ein L-Pegel eines dieser Si­ gnale, daß ein Strom durch das zugeordnete antiparallele Stromrichter­ ventilpaar fließt.

Entsprechend Fig. 1 werden je Brückenhälfte 10 bzw. 20, die eine Span­ nung U1, U2, U3 an den dortigen Stromrichterventilen V1/V4′, V3/V6′, V5/V2′ bzw. V4/V1′, V6/V3′, V2/V5′ anzeigenden Signale SO1, SO2, SO3 bzw. SU1, SU2, SU3 einem NAND-Glied 1 zugeführt, dessen Ausgangssi­ gnal jeweils an den einen Eingang eines ersten UND-Gliedes 3 und eines zweiten UND-Gliedes 4 gelegt ist.

Zusätzlich wird das Summensignal S60° der netzperiodisch alle 60° auf­ tretenden, mit ihrer ersten Flanke eine Zündung der Stromrichterventile V1 bis V6 bzw. V1′ bis V6′ der jeweils stromführenden Stromrichter­ brücke einleitenden Zündimpulse zur Bestimmung der stromlosen Phase in den Stromrichterventilen herangezogen. Dieses Summensignal S60° wird auf den Eingang einer monostabilen Kippstufe 2 mit dynamischem Ein­ gang (Differenzierglied) gegeben, deren Ausgangssignal S′60° direkt an den zweiten Eingang des zweiten UND-Gliedes 4 und deren negiertes Ausgangssignal ′60° an einen weiteren Eingang des NAND-Gliedes 1 gelegt ist.

Die Ausgänge des ersten UND-Gliedes 3 und des zweiten UND-Gliedes 4 sind an die Eingänge eines gemeinsamen ODER-Gliedes 5 angeschlossen, dessen Ausgangssignal SO bzw. SU an den zweiten Eingang des ersten UND-Gliedes 3 zurückgeführt ist. Das Ausgangssignal SO bzw. SU entspricht dem zu erfassenden Stromfluß durch ein beliebiges Stromrichterventil V1 bis V6 bzw. V1′ bis V6′ der jeweiligen Stromrichterbrückenhälfte 10 bzw. 20.

Die Ausgangssignale SO bzw. SU oder die entsprechend invertierten Si­ gnale O bzw. U werden als Freigabesignale von einer nachgeschalteten (hier nicht gezeigten) Umschaltautomatik zur kreisstromfreien Umschal­ tung von der vorher stromführenden Stromrichterbrücke zur anderen Stromrichterbrücke weiter verarbeitet.

Das Summensignal S60° weist eine definierte Impulslänge von T = 600 µs auf. Das Ausgangssignal S′60° und das invertierte Ausgangssignal ′60° der monostabilen Kippstufe 2 werden auf eine Zeit unter T = 600 µs ver­ kürzt. Vorteilhaft ist eine Zeitdauer von T′ = 100 µs.

Am Ausgang des ODER-Gliedes 5 steht ein Signal SO bzw. SU mit einem H-Pegel an, wenn das differenzierte Signal S′60° mit H-Pegel ansteht und gleichzeitig die Ausgangssignale SO1 bis SO3, SU1 bis SU3 der Span­ nungserfassungsglieder 7 bzw. 8 einen L-Pegel besitzen und damit am Aus­ gang der NAND-Gliedes 1 ein Signal mit H-Pegel erscheint.

Wird für die (nicht gezeigte) Umschaltautomatik - wie vielfach üblich - ein Signal mit L-Pegel benötigt, so wird dieses hinter einem Invertierer 6, der dem ODER-Glied 5 nachgeschaltet ist, abgegriffen.

Fig. 3 soll in Diagrammen über der Zeit t das Ein- und Ausblenden der Signale ′60° und S′60° bei einem definierten Betriebszustand verdeutli­ chen:

Diagramm 3a zeigt den Spannungsverlauf U_V1 am Stromrichterventil V1 der oberen Brückenhälfte 10 bei einem Zündwinkel von α = 90°.

Es wird dabei zunächst angenommen, wie im Diagramm 3b dargestellt, daß der durch den Umkehrstromrichter fließende Laststrom I_V1nl nicht lückt und damit das Ausgangssignal SO1 des Spannungserfassungsgliedes 7 die im Diagramm 3c ausgeführte Form SO1nl besitzt. Bei nicht lückendem Be­ trieb ergibt sich durch die 120°-Stromflußdauer für das SO-Signal am Ausgang des ODER-Gliedes 5 dann ein dauernder H-Pegel, was aber hier nicht dargestellt ist, da dieser Fall unproblematisch ist.

Lückt dagegen der Laststrom (siehe Stromverlauf I_V1l im Diagramm 3d), so ergeben sich insbesondere durch die Dämpfungsbeschaltung unter­ schiedliche Spannungsverläufe an dem Stromrichterventil V1, die zu einer Verzögerung t_EIN des Ausgangssignals SO1 des Spannungserfassungsglie­ des 7 führen (siehe Diagramm 3e) und die immer dann auftreten, wenn die zweite Stromkuppe innerhalb eines Stromrichterventils zu fließen beginnt. Während der Zeit t_AUS sind die Spannungsnulldurchgänge erfaßt. Da die Verzögerung t_EIN von der Auslegung der R-C-Beschaltung abhängig ist, wird erstere gezielt mit dem Signal ′60° eingeblendet, da nach dem An­ legen des Zündimpulses an den Steueranschluß der Stromrichterventile stets ein Strom fließt (siehe Diagramm 3h). Diagramm 3f zeigt die Form des Summensignals S60° (Sammelzündimpulse), aus dem die einzelnen Zündimpulse für die Stromrichterventile üblicherweise mit den dazugehö­ rigen Folgeimpulsen abgeleitet werden.

Mit dem Signal S′60° (siehe Diagramm 3g) werden die Spannungsnull­ durchgänge immer dann ausgeblendet, wenn kein differenzierter Sammel­ impuls ′60° vom Ausgang der monostabilen Kippstufe 2 das notwendige Startsignal gibt. Für die Aus- und Einblendung muß sichergestellt sein, daß die Zeit T′ < t_EIN bzw. T′ < t_AUS ist.

In den Diagrammen 3i und 3j ist der Lastsummenstrom I_Gl mit dem zu­ gehörigen Auswertesignal SO am Ausgang des ODER-Gliedes 5 darge­ stellt. Das zeigt, wie die Stromflußdauer durch die Schaltung nach der Erfindung in abgestrebter Weise ohne Verzögerungen oder Unterbrechun­ gen als digitales Signal gebildet wird.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung an Stromrichterventilen eines als kreisstromfreie Antiparallelschaltung zweier netzgeführter Stromrichterbrücken betriebenen Umkehrstromrichters, bei der die Spannung an den jeweils antiparallelen Stromrichterventilen pro Netz­ phase und Brückenhälfte erfaßt und zusammen mit den Zündimpulsen für die Stromrichterventile über logische Schaltglieder ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß je Brückenhälfte (10 bzw. 20) die eine Spannung (U1, U2, U3) an den dortigen Stromrichterventilen (V1, V4′; V3, V6′, V5, V2′ bzw. V4, V1′; V6, V3′; V2, V5) anzeigenden Signale (SO1, SO2, SO3 bzw. SU1, SU2, SU3) einem NAND-Glied (1) zugeführt sind, dessen Ausgangssignal jeweils an den einen Eingang eines ersten UND-Gliedes (3) und eines zweiten UND-Gliedes (4) gelegt ist,
• - daß das Summensignal (S60°) sämtlicher netzperiodisch alle 60° auftretenden, mit ihrer ersten Flanke eine Zündung der Strom­ richterventile (V1 bis V6, V1′ bis V6′) der jeweils stromführen­ den Stromrichterbrücke einleitenden Zündimpulse einer monosta­ bilen Kippstufe (2) mit dynamischem Eingang (Differenzierglied) zugeführt sind, deren Ausgangssignal (S′60°) direkt an den zweiten Eingang des zweiten UND-Gliedes (4) und deren negiertes Aus­ gangssignal (′60°) an einen weiteren Eingang des NAND-Glie­ des (1) gelegt ist, und
• - daß die Ausgänge des ersten (3) und des zweiten UND-Gliedes (4) an die Eingänge eines gemeinsamen ODER-Gliedes (5) angeschlos­ sen sind, dessen dem zu erfassenden Stromfluß durch ein beliebi­ ges Stromrichterventil (V1 bis V6 bzw. V1′ bis V6′) der jeweili­ gen Brückenhälfte (10 bzw. 20) entsprechendes Ausgangssignal (SO bzw. SU) an den zweiten Eingang des ersten UND-Gliedes (3) zurückgeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (S′60°, ′60°) der monostabilen Kippstufe (2) auf eine Zeit verkürzt sind, die unter der Impulslänge der Zündimpulse für die Stromrichterventile (V1 bis V6, V1′ bis V6′) liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (S′60°, ′60°) auf eine Zeit von 100 µs verkürzt sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ODER-Gliedes (5) an den Eingang eines Inver­ tierers (6) gelegt ist, dessen Ausgang mit einer die Umschaltung des Betriebes von der stromführenden Stromrichterbrücke auf die ihr antiparallel geschalteten Stromrichterbrücke bewirkenden Umschalt­ stufe verbunden ist.