DE1763066A1

DE1763066A1 - Steuerschaltung fuer Stromrichter

Info

Publication number: DE1763066A1
Application number: DE19681763066
Authority: DE
Inventors: Hammond Royston Alfred; George Tilstone
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1967-03-31
Filing date: 1968-03-29
Publication date: 1971-08-19
Also published as: GB1177851A; CH473504A; US3525030A; SE332221B

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-1NG. GONTHERKOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, 29.3,1968

UNSER ZEICHEN» "Μ 324 -

TEE SlGI.ISH ELECfRIO OOMPAITY LIMITED. London. England Steuerschaltung für Stromrichter.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen Stromrichter und zwar insbesondere auf eine Schaltung zur !Feststellung vorbestimmter elektrischer Zustände, die in gesteuerten Vorrichtungen während des Betriebs eines derartigen Gleichrichters auftreten, und zur davon abhängigen Beeinflussung der Leitfähigkeit dieser Vorrichtungen*

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist eine Steuerschaltung für einen Mehrphasen-Stromrichter vorgesehen, die eine Abfüllvorrichtung zur getrennten Überwachung der an einer gesteuerten Einrichtung in jedem Phasenarm des Gleichrichters auftretenden Spannung, sowie ferner Schalteinrichtungen aufweist, um die Zündimpulse von allen Einrichtungen in diesem Gleichrichter abzuschalten und zwar infolge der Feststellung einer Spannung durch die Abfühlvorrichtungen, die an allen überwachten Einrichtungen gleichzeitig auftritt und ein vorgegebenes Niveau übersteigt* Die Abfühlvörrichtung kann Dioden, lMx»kee Brücken-lTetzwerke aufweisen, deren jedes mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Die netzwerke arbeiten als

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Schalter und zwar abhängig vom Vorhandensein oder ITichfVorhandensein der an den zugehörigen Einrichtungen auftretenden überwachten Spannungen, so daß die YJechselstromversorgung gleichgerichtet wird und als Steuerpotential der Schalteinrichtung abhängig vom Vorhandensein dieser Spannungen zugeführt wird. Alternativ kann die AbfÜhlvorrichtung eine elektw-optische Anordnung aufweisen. Die Schalteinrichtungen können ihrerseits ein Netzwerk aus logischen Elementen aufweisen, die nur dann eineAusgangsgröße erzeugen, wenn an sie von allen überwachten Quellen Steuerpotentiale angelegt werden, wobei aber diese Ausgangsgröße während normaler Perioden der Kommutierung zwischen gesteuerten Einrichtungen im Gleichgrlchter gesperrt werden kann. Diese "Sperr"-Schaltung kann zweckmässigerweise ein Gatter zur Auswahl von Impulsen im Augenblick der Kommutierung aufweisen, um einen monostabilen Multivibrator einzutasten, wobei der Ausgang des logischen Netzwerkes während der Erholperiode dieseB Multivibrators gesperrt ist.

Durch die auf diesem Weg erfolgende sichere feststellung des Auftretens einer Spannung an den gesteuerten Einrichtungen in allen Phasenarmen wird gewährleistet, daß durch diese kein Strom fließt und die ZÜndimpulse sicher abschaltbar sind} ohne eine derartige Fesfe Stellung könnte dagegen ein "follow through" (i'olgedurchgangs)-Fehlerzustand auftreten, wenn die Zündimpulse abgezogen werden, während der Gleichrichter umkehrt, da die natürliche Kommutierung unter den Einrichtungen dann verhindert ist. Bei normalem Brückenbetrieb leiten von sechs fhyristoren in jedem Augenblißk^z.wei undvorausgesetzt-das Zündimpulse angelegt sind - tritt natürliche Kommutierung von einem aum anderen auf.

Werden die gütidiaipulae während der Inversion abgeschaltet, so Is fe die natürliche Koinniu isation gesperrt; und die beiden leitenden ¹BHy-

109834/0491 _ΒΑΛ ·/·

ristoren leiten weiter von der Inversionsarbeitsweise direkt durch die Gleichrichtungsarbeitsweise und bewirken so den Folge-· durchgangsfehler, da die Ausgangs spannung der Brücke in iiira? Polarität dann entgegengesetzt zu derjenigen während der Inversion ist und kummulativ mit der Motorspannung den Fehlerstrom vergrößert,der äh nur durch den Widerstand des Motors und der Transformatorwicklungen begrenzt ist.

Die Erfindung ist für solche Systeme von besonderer Nützlichkeit, die kreuzgeschaltete antiparallele Gleichrichterbrücken aufweisen und beispielsweise zum Antrieb äi einqs Motors in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung dienen, da durch das Entfernen der Zündimpulse von ei—

nem zugehörigen der Gleichrichter kein zirkulierender Welligkeits- ^w strom (Brummstrom) zwischen den beiden Gleichrichterbrücken fließt und demgemäß keine Seriendrossel zur Begrenzung der Größe dieses zirkulierenden Stromes erforderlich ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung? in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung aus kreuzgeschalteten antiparallelen Gleichrichterbrücken, die zum Antrieb eines Gleichstrommotors angeschaltet sind;

Fig. 2 und 3 Schaltungseinzelheiten eines "Nullstrom"-Detektors, der der Anordnung nach Fig. 1 zugeordnet ist,

Fig. 4 schematisch eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 2, bei welcher die Überwachungsspannungsinformation vom Gleichrichter optisch übertragen wird.

109834/0497 BAD original

In Pig. 1 sind zwei kreuzgesohaltete Gleichrichterrücken 01 und 02 gezeigt, deren jede sechs gesteuerte Einrichtungen, beispielsweise Thyristoren 1 bis 6, aufweist, die einen Gleichstrommotor 7 aus einer Dreiphasenwechselstrpmversorgung EIB vorwärts bzw, rückwärts antreiben. Jedem Thyristor ist eine Strombegrenzerdrossel 8 in Serie geschaltet} ferner j liegt zwischen den drei Phasenleitern und einem gemeinsamen Gleichstromleiter der Gleichrichter ein "Nullstrom"-Detektor 9 ·

dann

Die Aufgabe dieses D&ektors besteht - wie oben erwähnt-/die jenigen Perioden festzustellen, in denen durch eine der Gleichriohterbrücken kein Stromfluß erfolgt und von der die Zündimpulse weggenommen werden müssen, denn diese Impulse können nur bei Nullstromabgezogen werden; wenn die Impulse andererseits während des invertierens abgeschaltet werden, so wird die natürliche Kommutierung unter den Thyristoren gehemmt und ein "Durchfolge"-Fehlerzustand kann auftreten.

Der Nullstromdetektor ist in den im folgenden zu beschreibenden Figuren 2 und 3 im einzelnen dargestellt.

Die drei Eingänge des Detektors - für jeden Phasenarm ist einer vorgesehen - weisen jeweils einen in Serie liegenden Spannungsabfallwiderstand 10 und eine symmetrische Zenerdiode BJD 1 auf; dit an dieser Diode entstehende Gleichspannung wird über zwei Brückenschaltungen 13»14 der Primärwicklung eines Trenntransformators T1 mit Mittelabgriff zugeführt. Gegertphasige Wechseispannungen werden an die Wechselstromklemmen der beiden Schaltungen 13, 14 angelegt, um die Brücken bei abwechselnden

./. 109834/0497

- .5 - ' ■■■■■.-

Haibperioden derart zu "Öffnen", daß bei Vorhandensein einer Gleichstromeingangsgröße Strom durch die oberen und unteren Hälften der Primärwicklung während aufeinenaderfoigender Halbperioden fließt.

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Jede an der Sekundärwicklung des Transformators TI entstehende Ausgangsgröße wird durch die Dioden D1, D2gleichgerichtet und über eine Glättungs-RG-SOhaltung an eine Zenerdiode ZD2 angelegt} fliese Diode hat die Aufgabe sicherzustellen, deß die Ausgangröße ein bestimmtes Schwellniveau übersteigen muß, um die nachfolgende logische NOR-Schaltung ±n K1, N2 oder N3 zu betätigen} auf diese Weise wird vermieden, daß diese logischen Schaltungen durch irgendwelche Brummspannungen umgeschaltet werden, die am [Transformator durch die Wirkung der Brückenaohaltungen entstehen»

Die- Ausgangsgrößen aller drei NOR-Sohaltungen K1, N2 und N3' werden zusammen mit der Ausgangsgröße einer Steuerschaltung 15 an eine weitere NÖR-Schaltung N4 angelegt] diese Steuerschaltung sperrt eine Ausgangsgröße dieser IiOR-Schaltung für Perioden, während ,welcher die Thyristoren in dem Gleichrichter 01, 02 zwischeneinander kommutieren, um so eine fehlerhafte Arbeitsweise des Systems während dieser Perioden infolge des Entstehens von StÖrspannüngsimpulsen zu verhindern.

Im einzelnen weist diese Steuerschaltung (vgl* dazu Fig.3) einen Diodensatz D5 zur Aufnahme von Impulsen auf, die derijeaigen

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zur Zündung der Thyristoren im Gleichrichter 01 entsprechen? die Steuerschaltung weist ferner einen Satz von Dioden D4 zum Empfang von Impulsen auf, die denjenigen zur Zündung der Thyristoren

Eine

im Gleichrichter 02 entsprechen./gemeinsame Anodenverbindung der

üblichen

Dioden D3 liegt am Kollektor eines
in Emitterschaltung
d i lih W

g
und in gleicher Weise liegt die gemeinsame Anodenverbindung

der Dioden D4 am Kollektor eines Transistors TR2j der Transistor TR1 ist während der Periode für die der Gleichrichter 01 nicht leitend ist, durch ein an seine Basisvon Klemme 17 angelegtes Signal im Betrieb gesperrt; der Transistor TR2 i&t während der Periode, während welcher der Gleichrichter 02 nicht leitend ist, durch ein an die Klemme 18 angelegtes Signal gesperrt. Während normalen Betriebs leitet in irgendeinem Zeitpunkt nur einer der Gleichrichter» so daß entweder von TR1 oder TR2 eine Ausgangsgröße erzeugt wird, die an einen zwei Transistoren TR3 und TR4 aufweisenden monostabilen Multivibrator 19 gelegt wird. Auf diese Weise wird der Tranaistor TR 3 Jedesmal dann gesperrt, wenn ein negativer Impuls von TR1 oder TR2 auftritt, so daß dem zugehörigen Eingang der HOR-Schaltung N4 ein positiver Impuls aufgeprägt wird, wodurch diese keine" Ausgangsgröße für die Periode dieses Impulses, d«h. die Brholperiode (KippSchwingungsdauer} des Multivibrators erzeugt, der zur Umfassung der erwähnten Kommutafetonsperiode auttgsisfefcx ausgebildet ist.

Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Detektors sei zunächst angenommerti daß dir Gleichrichter 01 in Betrieb ist, um den Motor 7

in Vorwärtsrichtung anzutreiben, und daß die Zündimpulse der Thyristoren in diesem Gleichrichter abgeschaltet werden sollen,

in

Diese Abschaltung darf an den Thyristoren nur/einem solchen Augenblick vorgenommen werden, wo diese nicht leitend sind, so daß die Entstehung einer charakteristischen Spannung an diesen, d.h. an der zugehörigen Zenerdiode ZDI, diesen Zustand anzeigt. Jeder Phasenarm dee Gleichrichters wird auf diese Weise überwacht und somit wird die maximale Verzögerung beim Abschalten der Impulse auf ein Drittel eines Zyklus beschränkt«

Beim Auftreten einer Spannung an allen Zenerdioden ZD1 werden die Dioden in den Brückennetzwerken 15»14 in Sperrichtung vorgespannt, so daß die an den Netzwerken seng anliegende Wechselspannung an der'Primärwicklung jedes Transformators T1 erscheint; die gleichgerichtete Spannung auf der Sekundärseite übersteigt das Schwellniveau der Zenerdioden ZD2 und demgemäß ändert sich das resultierende Signal an den entsprechenden Eingängen der NOR-Schaltungen N1 bis N3 von "Änlütiix "0" fauf "1", so daß sich die Ausgangsgrößen alle von "1"auf"0^M ändern.

Wenn der Gleichrichter G1 im Betrieb ist, so liegt - wie oben erwähnt - an der Klemme 18 ein Sperrsignal, um den Transistor TR2 in Sperriöhtung derart vorzuspannen, daß nur die über den Diodensatz D3, d.h. die mit dem Gleichrichter C1 verbundenen Dioden angelegten "Zünd"-Impulse auf den monostabilen Multivibrator 19 einwirken. Das Auftreten eines dieser Impulse bewirkt,

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daß der Transistor TR 3 nur für eine kurze Periode von beispielsweise zwei Millisekunden in Sperrichtung vorgespannt wird, so daß der entsprechende Eingang zur NOR-Schaltung N4 nur für diese kurze Periode auf ¹M" liegt. Während der anderen Zeit leitet der Transistor TR3 und dem Eingang dieser NOR-Schaltung wird eine ¹¹O" aufgeprägt} wenn somit alle anderen Eingänge der NOR-Schaltung auf "0" liegen, entsteht an ihr im Augenblick des Null-Stromes eine Ausgangsgröße zum Abziehen der Impulse in diesem Augenblick von allen Thyristoren im Gleichrichter und da keiner dieser leitend ist, besteht nunmehr keine Möglichkeit für das Auftreten eines "Folgedurchgangs" Fehlerzustands.

,¹N¹ -. ■ V.r. ■''

An dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können zahlreiche Abänderungen .vorgesehen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können Isolationsniveaus zwischen dem Gleichrichter selbst und der logischen Schaltung deren gegenseitige Trennung erforderlich machen; in diesem Falle wird die von den drei Phasenarmen der ffleichrichterbrücken abgefühlte Spannungsinformation örtlich zu dieser Schaltung übertragen. Zu diesem Zweck kann ein Lichtemitter (Sender) und ein Detektor statt der Brückennetzwerke, 15 und 14 und statt des Transformators T1 verwendet werden, wie dies beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, wo ein pn-Gallium-Arsenid Lichtemitter D5 parallel zu einer Zenetfiode ZD1 liegt, die jedem Phaeenarm zugeordnet ist, und wobei am Eingang der entsprechenden NOR-Schaltung en N1 bis N3 ein Verstärker liegt., der einen Silizium-Phototransistor TR5 aufweist» Das Licht kann über einen

Perspex (¥*rieniedchen)-Luftpfad übertragen werden; alternativ können/dxgß&äbi

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Führungen oder aogar faseroptische Iiiohtführungen verwendet werden, was von den erforderliohen Isolationsniveaus ab- hängt. Statt des Phototransistors kann auch eine Photodiode oder ein; lichtempfindlicher Phototransistor verwendet werden·

Zu der an einem Thyristor während eines nicht kontinuierlichen Stromflusses durch den Motor auftretenden inversen Spannungen sei auf die Fig. 5 bis 7 Bezug genommen· Wenn der !Thyristor 1 am Punkt P gezündet «fcxshc wird, d.h. für diese Vorriohtung 15Q, elektrische G-rade nach el 0 am Punkt seiner natürlichen !Commutation (H). Sodann ist zwischen dem Punkt P und einem Punkt Q die ( an diese Vorrichtung angelegte) rote Pisse weniger negativ als das Grleichstrompatential, wobei die Differenz von der Heaktanz des Motors 7 verwendet .wird, die auf diese Weise Bnergfe' während des gestrichelten Seile's Λ speichert, Wach dem

üfg»%ive

ist die rote Phase negativer als iai^leichstrompotenliiai

die in der Motorreaktanz gespeicherte Siiergie wird um den Stromfluß über den gestrichelten Teil B bis Pttnlit ^ aufrechtzuerhalten, wo Thyristor 3 gezündet wird; die Flächen t Teile A und B sind gleich·"

nun die Drehzahl des Motors abfallen sollte, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn seine Drehrichtung umgekeiirt werden soll, so würden folgende Bedingungen auftreten: eine klei-

Patentamrorüoheι

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4$

nere Energiemenge wird während des Leitens eines Thyristors gespeichert und reicht sodann nicht aus, tub ihn leitend zu halten, bis der darauffolgende gezündet wird. Somit müssen für einen kpntinuierliGheii Stroiafluß durch das Bnückennetz«· Werk des Gleichrichters zur gleichen, Zeit zwei thyristoren 1,5 oder 5 und 2,4 oder 6 leitend sein} wenn die Motordrehzahl ßinfet, wird der ^lei.@hrichterstroia diskontinuierlich. Darstellung der Αηα##η - Kathödenspsnnung für den fhy-

t unter diesen Ό|93%Ι^#«ε ist in Pig*. 6 dargestellt und zeigt, daß eine inverse Spannung an diesem j» während Inteirallen in de? 12(0° Periode auftritt, während welcher er normalerweise einen kontinuierlichen Stroa leiten würde« Wie pin ü iu« fig· 7 ^yliani?! tiitt eine derartige inverse Spannung an äieaer Yorrichtung bei kontinuierlichem Strcanfluß In tiesiif 3?#rio4# fttffet amf _# Bie glej^tn Betrachtungen wie für iayrlgtp? t gfIffü auch für die anderen fhyristpren der B$e an if η fliyriftci^t» auf tqpfteiiÄfm invfrsen Spannungen ffstgesi?fl.lt ^mA äie ZünäiKirulBe-iiffy^^n während dieser

abgfffff^i ta dann ein Hullatyom durch die r$fhtuafiP fließt,

Claims

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Patentansprüche: ·

1. Regelschaltung für einen statischen Mehrphasengleichrichter, ge Ic₁JB nnzeiehn et durch Abfühl einrichtung en

D5,TR5) zur getrennten Überwachung der

in jedem Phasenarm des Sieichrichters an einer geregelten Vorrichtung auftretenden Spannung und Schalteinrichtungen (1T1 bis N4f 15) um die Zünflimpulse von allen Vorrichtungen in diesem Gleichrichter dann abzuziehen, wenn durch die Abxfülil vorrichtungen eine Spannung an allen überwachten Vorrichtungen gleichzeitig festgestellt wird und diese ein vorgegebenes Niveau überschreitet.

2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichne t, daß die Abführvorrichtung Dioden-Brückennetzwerke (15,14) aufweist, deren Jedes mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, und wobei die Netzwerke als Schalter arbeiten., die abhängig vom Vorhandensein oder NichtVorhandensein der

überwachten an den zugehörigen Vorrichtungen auftretenden ad

derart betätigt werden, daß die Wechselstromversorgung gleichgerichtet wird und als Regelsignal der Schalteinrichtung abhängig vom Vorhandensein der genannten Spannung zugeführt wird·

5· Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k β η η ζ e ich η e t, daß die Abfühlvorrichtung einen Lichtsender (D5) aufweist, der durch die Überwachgungsspannung

en
an den zugehörigen Vorrichtung''aktirierbar ist, und wobei

■#

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eine lichtempfindliche Abfühleinriohtung (TR5) ajif das ausgesandte licht anspricht und ein Hegelsignal für die Schalteinrichtung erzeugt. .

4. Regelschaltung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Anzahl erster Gatter (Nt bis N3) zur Aufnahme eines entsprechenden der Regelsignale aufweist und ein zweites Gatter (N4) mit sämtlichen ersten Gattern verbunden ist und eine Ausgangsgröße zum Abziehen der Zündimpulse nur dann entwickeln kann, wenn alle Eingänge der ersten Gatter das gleiche Zeichen aufweisen.

5. Regelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die ersten und zweiten Gatter NOR-Gatter sind.

6. Begelschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrsohaltung (15) vorgesehen ist, welche den Ausgang des aweiten Gatters während normaler Kommutationsperioden EWisehen den geregelten Yorrichtungen ia Gleichrichter sperrt· :

7. Regelschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich« η e t» daß die Sperrsohaltung einen monostabilen Multivibrator (19) WQ& tin. eatttrnetzirtrk (17|18, D3,D4) zur Auswahl von iBpulitn la Augenblick der !»Mutation aufweist, ua den Multivibrator auszulesen, wobei 4·Γ At&»gaeg dt» «weiten Gatters wäiirsM der Erholperiode (Kif)f)eefewitt«uagedau*r)dee Multivibrators gesperrt 1st*

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8, Steuerschaltung nach einem der AnsprücheΊ bis 7, g: e k e ή η ze i c h η e t durch seine Verwendung in einem statischen Gleichrichter» der zwei Dreiphasenbrücken-Fetzwerke aus Thyristoren aufweist, die antiparallel geschaltet sind, und wobei drei Abfüllvorrichtungen gesondert an jede Phase der für die beiden Netzwerke gemeinsamen Versorgung und eine Grleiohstromausgangsklemme des Gleichrichters angeschaltet sind.

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