DE2806697A1

DE2806697A1 - Schutzeinrichtung fuer stromrichter

Info

Publication number: DE2806697A1
Application number: DE19782806697
Authority: DE
Inventors: Mitsuyuki Honbu; Yasuo Matsuda; Tadashi Okawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1978-09-07
Also published as: JPS53101626A; DE2806697C2; JPS5917620B2; US4188663A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Schutzeinrichtung für Stromrichter

Die Erfindung betrifft einen Stromquellen-Stromrichter, insbesondere einen Stromquellen-Stromrichter mit einer Schutzeinrichtung, die eine überspannung unterdrückt, die bei einem Netzausfall oder einer Starkstromstörung einer Wechselstrom-Leistungsquelle auftritt zur Versorgung des Stromquellen-Stromrichters mit Wechsel· s t rom-Le i s t ung.

Ein Stromquellen-Stromrichter, im folgenden kurz Stromrichter, besteht aus einem Gleichrichter zum Umformen von Wechselstrom in Gleichstrom, einem Wechselrichter zum Umformen des Ausgangsgleichstroms des Gleichrichters in Wechselstrom und einer Drossel in einem Gleichstromkreis zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter. Die Drossel wirkt als Stromquelle (vgl. z. B. US-PS 3 796 935, US-Patentanmeldung 716 205).

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Bei Stromquellen-Stromrichtern ist der Gleichstromkreis mit einer Drossel hoher Reaktanz bzw. hohen Blindwiderstandes versehen. Wenn folglich eine Störung, wie plötzliche Abtrennungen des Kreises,durch den der Gleichstrom fließt, auftreten, wird eine hohe Spannung erzeugt infolge der von der Drossel gespeicherten Energie. Diese hohe Spannung hat einen Durchbruch des Gleichrichters zur Folge. Wenn die Eingangs-Spannungsquelle des Gleichrichters ausgeschaltet oder abgetrennt worden ist, beendet der Gleichrichter seinen Betrieb und wirkt deshalb ähnlich einem plötzlichen Abtrennen des Kreises, durch den der Gleichstrom fließt. In diesem Fall tritt infolgedessen das gleiche Problem auf. Zur Lösung dieses Problems wird der Netzausfall oder die Starkstromstörung der Eingangs-Leistungsquelle erfaßt und werden beide Klemmen oder Anschlüsse der Drossel im wesentlichen kurzgeschlossen zum Zeitpunkt des Stromausfalls, um dadurch zu verhindern, daß die Hochspannung in der Drossel erzeugt wird. Wenn jedoch die Zeitdauer zum Erfassen des Stromausfalls der Wechselstromeingangs-Leistungsquelle lang wird, kann die Erzeugung der Hochspannung nicht befriedigend verhindert werden selbst bei dem genannten Schutzbetrieb im Zeitpunkt des Stromausfalls.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters vorzusehen, der den Stromausfall einer Wechsel-

stromeingangs-Leistungsquelle zu einem Gleichrichter schnell erfassen kann und den Stromquellen-Stromrichter zum Zeitpunkt des Netzausfalls schützen kann.

Die Aufgabe wird bei einer Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters, mit einem Gleichrichter, der

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Wechselstrom in Gleichstrom umformt und aus Thyristoren aufgebaut ist, mit einem Wechselrichter, der den Ausgangsgleichstrom des Gleichrichters in Wechselstrom umformt, mit einer Drossel zwischen dem Gleichrichter und dem Wechsel-

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rxchter,reiner Steuerschaltung zur Steuerung einer Ausgangsspannung des Gleichrichters und einer Ausgangsfrequenz des Wechselrichters erfindungsgemäß gelöst durch einen Rechteckwellengenerator, der eine Wechselspannung, die Eingangssignal des Gleichrichters ist, in Rechteckwellen umformt entsprechend den jeweiligen Polaritäten der entsprechenden Phasen, eine Addierschaltung, die das Rechteekwellen-Aüsgangssignal des Rechteckwellengenerators addiert, eine Entscheidungsschaltung, die ein Ausgangssignal abgibt, wenn ein Ausgangssignal der Addierschaltung niedriger wird als ein vorgegebener Wert und Thyristoren, die leitend gehalten sind abhängig vom Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung und einen Umlaufkreis bilden zum Freigeben von in der Drossel gespeicherter Energie.

Als die den Umlaufkreis bildenden Thyristoren kann zumindest ein Paar der Thyristoren des Gleichrichters verwendet werden, die leitfähig gehalten werden zur Durchführung eines paarweisen Betriebs im Bypass, oder ein zum Gleichrichter parallelgeschalteter Thyristor oder ein parallel direkt zwischen beiden Anschlüssen des Reaktors angeschlossener Thyristor. Das Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung kann einem Steuersignal der Steuerschaltung zum Steuern oder Regeln des Gleichrichters hinzuaddiert werden und dann zu den den Gleichrichter bildenden paarweise angeordneten Thyristoren übertragen werden. Als Rechteckwellengenerator können Rechteckwellengeneratorschaltungen verwendet werden, die Rechteckwellen zu Dreieckwellengeneratorschaltungen übertragen, die Bezugsphasen zum Zünden der

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den Gleichrichter bildenden Thyristoren erzeugen.

Um eine fehlerhafte Erfassung als Netzausfall einer kurzzeitigen Anomalie der Wechselspannung aufgrund irgendeiner Störung zu verhindern, ist eine Fehlbetrieb-Verhinderungsschaltung vorgesehen, die ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn das Ausgangssignal der Addierschaltung für eine vorgegebene Zeit ständig unter dem vorgegebenen Wert ist.

Weiter kann die Schutzeinrichtung des Stromquellen-Stromrichters so ausgebildet sein, daß das Fehlen einer Phase oder das Fehlen von zwei oder mehr Phasen im Dreiphasen-Wechseleingangssignal zum Gleichrichter jeweils und getrennt erfaßt werden durch eine erste Entscheidungsschaltung und eine zweite Entscheidungsschaltung zur Steuerung der Spannungssteuerschaltung des Gleichrichters durch ein Ausgangssignal der ersten Entscheidungsschaltung derart, daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters herabgesetzt wird,und um die Thyristoren durch ein Ausgangssignal der zweiten Entscheidungsschaltung leitend zu halten, wobei die Thyristoren den Umlaufkreis bilden zum Freigeben der in der Drossel gespeicherten Energie.

Durch die Erfindung ist somit eine Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters vorsehbar, die Einrichtungen aufweist zum schnellen Erfassen des Netzausfalls einer Wechselstromeingangs-Leistungsquelle unter gleichzeitigem Diskriminieren von momentanen Anomalien. Weiter ist durch die Erfindung eine Schutzeinrichtung vorsehbar, die die Erzeugung einer überspannung verhindern kann durch Einstellen der Zündphasen der Thyristoren eines Gleichrichters, wenn bei einer Dreiphasen-Wechselstromeingangs-Leistungscptelle eine Phase fehlt, und durch im wesentlichen

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Kurzschließen der beiden Anschlüsse einer Drossel in den anderen Fällen.

Die Erfindung gibt also einen Stromquellen-Stromrichter an, mit einem Gleichrichter zum Umformen von Wechselstrom in Gleichstrom, mit einem Wechselrichter zum Umformen des Gleichstrom-Ausgangssignals des Gleichrichters in Wechselstrom und mit einer zwischen Gleichrichter und Wechselrichter angeordneten Drossel, wobei der Stromrichter eine Netzausfall-Erfassungseinrichtung aufweist zum Erfassen des Netzausfalls des

Wechselstrom-Eingangssignals des Gleichrichters. Die Netzausfall-Erfassungseinrichtung besteht aus einem Rechteckwellengenerator, der Rechteckwellen erzeugt, wenn Spannungen entsprechender Polaritäten entsprechender Phasen des Wechselstrom-Eingangssignals vorhanden sind, einerAddierschaltung, die Ausgangssignale des Rechteckwellengenerators addiert, und einem Vergleicher, der das Ausgangssignal der Addierschaltung mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Addierschaltungs-Ausgangssignal unter dem vorgegebenen Wert ist. Beide Anschlüsse der Drossel des Stromquellen-Stromrichters werden im wesentlichen kurzgeschlossen durch das Ausgangssignal der Netzausfall-Erfassungseinrichtung, um das Auftreten einer überspannung zum Zeitpunkt des Netzausfalles am Wechselstromeingang des Gleichrichters zu verhindern.

Die E»findung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Pig. I ein Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

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Pig. 2 ein Signalverlaufs-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungsbeispiels gemäß Pig. 1,

Pig. 3 ein Signalverlaufs-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungsbeispiels gemäß Pig. I,

Fig. 4 ein Signalverlaufs-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs einer Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8 ein Signalverlaufs-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist ein Gleichrichter 12 mit einer Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsquelle 10 verbunden. Der Gleichrichter 12 besteht aus brückengeschalteten Thyristoren 14, 16, 18, 20, 22, 24 und formt Wechselstrom in Gleichstrom um.

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Das Gleichstrom-Ausgangssignal des Gleichrichters 12 wird zu einem Wechselrichter 26 übertragen, der Gleichstrom in Wechselstrom umformt. In einem Gleichstrom-Zwischenkreis zwischen dem Gleichrichter 12 und dem Wechselrichter 26 ist eine Drossel 28 eingesetzt. Die Drossel 28 besitzt hohe Induktivität als Ausstattung, damit Gleichstrom fließen kann und wirkt als Stromquelle. Das Wechselstrom-Ausgangssignal des Wechselrichters 26 wird einem Wechselstrommotor 30 zugeführt, der eine Last darstellt, zum Antrieb des Motors. Als Wechselstrommotor 30 wird beispielsweise ein Induktions- oder Asynchronmotor verwendet. Der Gleichrichter 12 und der Wechselrichter 26 werden abhängig von einem Ausgangssignal einer Geschwindigkeits- bzw. Drehzahl-Steueroder-Regelschaltung 32 gesteuert bzw. geregelt. Das Ausgangssignal der Drehzahl-Steuerschaltung 32 wird teilweise zu einem Steuer- oder Regelsystem übertragen für die Ausgangsspannung des Gleichrichters 12 und wird teilweise einem Steuer- bzw. Regelsystem zugeführt für die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 26. Eine Klemmenspannung des Wechselstrommotors 30 wird erfaßt durch einen ersten Spannungswandler 3¹J und wird einem ersten Addierer 40 über eine erste Gleichrichterschaltung 36 sowie einen Impulsformer zugeführt. Das Ausgangssignal der Drehzahl-Steuerschaltung 32 wird ebenfalls dem Addierer 40 zugeführt. Der Addierer 40 tfärgleicht die von der Drehzahl-Steuerschaltung 32 geführte Spannung und die Klemmenspannung des Wechselstrommotors 30 und führt ein Ausgangssignal einem automatischen Spannungsregler 42 (AVR) zu. Der AVR 42 erzeugt ein vorgegebenes Ausgangssignal abhängig von der Abweichung zwischen den beiden Spannungen. Der Eingangsstrom des Gleichrichters 12 wird durch einen Stromwandler 44 erfaßt, wobei ein Ausgangssignal davon einem zweiten Addierer 47 über eine zweite Gleichrichterschaltung 46 zugeführt wird. Der Addierer vergleicht ein Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung

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und das Ausgangssignal des AVR 42 und überträgt die Abweichung einem automatischen Stromregler 48 (ACR). Der ACR 48 erzeugt ein vorgegebenes Ausgangssignal abhängig von der Abweichung. Um die Phasen der Eingangsspannung des Gleichrichters 12 zu erfassen, ist ein zweiter Spannungswandler 50 vorgesehen sowie ein Rechteckwellengenerator 42 und ein Dreieckwellengenerator 54, der Dreieckwellen einer Phase erzeugt, die von den Ausgangssignalen des Rechteckwellengenerators 52 abhängt. Der Rechteckwellengenerator 52 besteht aus Rechteckwellengeneratorschaltungen 52A, 52B, 52C, 52D, 52E und 52F, die sechsphasige Rechteckwellen vorgegebener Größe während einer Periode erzeugen, während der Spannungen entsprechend der Polaritäten entsprechender Phasen vorhanden sind, wie das weiter unten ausgeführt wird. Der Dreieckwellengenerator 54 besteht aus Dreieckwellengeneratorschaltungen 54A, 54B, 54C, 54D, 54E und 54F, die sechsphasige Dreieckwellen mit Phasen erzeugen, die den Sechsphasen-Rechteckwellen entsprechen. Ein Ausgangssignal des Dreieckwellengenerator 54 und das Ausgangssignal des ACR 48 werden einem dritten Addierer 55 zugeführt,von dem die Abweichungen zwischen den Sechsphasen-Dreieckwellen des Dreieckwellengenerators 54 und das Ausgangssignal des ACR 48 einem ersten Vergleicher 56 zugeführt werden. Der Vergleicher 56 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn die Dreieekwelle größer geworden ist als das Ausgangssignal des ACR 48. Ein erster Impulsgenerator 58 erzeugt einen Ausgangsimpuls zum Zeitpunkt des Anstiegs des Ausgangssignals des Vergleichers 56, Ein Doppel-Impulsgenerator 60 erzeugt einen Impuls, der zum Beginn einer Periode zur Leitung jedes Thyristors des Gleichrichters 12 abgegeben ist, sowie einen Impuls, der gegenüber dem ersteren Impuls um 60° nacheilt. Der Doppel-Impulsgenerator 60 ist angeordnet, um den Gleichrichter stabil zu betreiben und muß nicht stets vorgesehen sein.

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Das Ausgangssignal des Doppel-Impulsgenerators 60 wird einem ersten Steuersignalverstärker 64 über einen vierten Addierer 62 zugeführt. Ein durch den Steuersignalverstärker 6¹I verstärktes Signal wird den Steueranschlüssen der jeweiligen Thyristoren 14 bis 24 des Gleichrichters 12 zugeführt und hält die Thyristoren 14 bis 24 leitend.

Das Ausgangssignal der Drehzahl-Steuerschaltung 32 wird den jeweiligen Thyristoren des Wechselrichters 26 über einen U/f-Wandler 66, einen Oszillator 68, einen Ringzähler 70 und einen zweiten Steuersignalverstärker 72 zugeführt und hält die entsprechenden Thyristoren des Wechselrichters 26 während einer vorgegebenen Periode leitend. Auf diese Weise erzeugt der Wechselrichter 26 das Wechselstrom-Ausgangssignal vorgegebener Frequenz, gesteuert von der Drehzahl-Steuerschaltung 32.

Eine Netzausfall-Erfassungsschaltung zum Erfassen des Netzausfalls der Wechselstromleistung des Gleichrichters 12 ist vorgesehen. Die Netzausfall-Erfassungseinrichtung besteht aus einer Addierschaltung 74, die die Sechsphasen-Ausgangssignale des Rechteckwellengenerators 52 addiert, einem fünften Addierer 76, dem ein Ausgangssignal der Addierschaltung 74 und ein vorgegebenes Ausgangssignal E^ zugeführt wird, einem zweiten Vergleicher 78, dem die Abweichung zwischen diesen beiden AusgangsSignalen vom Addierer 76 zugeführt wird und der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal der Addierschaltung 74 kleiner geworden ist als die vorgegebene Spannung E^, einem Sammler oder Speicher 80, der die Ausgangssignale des Vergleichers 78 sammelt, einem sechsten Addierer 82, dem ein Ausgangssignal des Speicher 80 und eine vorgegebene Spannung E₂ zugeführt wird, einem dritten Vergleicher 84, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des Speichers 80 größer geworden ist als die vorgegebene Spannung Ep

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und einem zweiten Impulsgenerator 86, der beim Anstieg des Ausgangssignals des Vergleichers 84 arbeitet und einen Impuls vorgegebener Breite abgibt. Das Ausgangssignal des Impulsgenerators 86 wird dem vierten Addierer 62 zugeführt, und wenn das Ausgangssignal des Impulsgenerators 86 vorhanden ist, wird ein Zündsignal dem vorgegebenen Thyristor des Gleichrichters 12 zugeführt.

Der Betrieb der so ausgebildeten Schutzeinrichtung wird anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Fig. 2A zeigt Ausgangsspannungs-Signalverläufe U_p, U_n, Vp, V_n, Wp und W_n des Spannungswandlers 50. Auf diese Weise werden die drei Phasen in die sechs Phasen umgeformt. In der Darstellung tritt ein Netzausfall zum Zeitpunkt t^ auf. Fig. 2B zeigt Ausgangssignale der jeweiligen Rechteckwellengenerators chaltungen 52A bis 52F des Rechteckwellengenerators 52. Die Rechteckwellengeneratorschaltungen 52A bis 52F geben Rechteckwellen vorgegebener Größe ab, wenn die Spannungen der jeweiligen in Fig. 2A gezeigten Phasen positiv sind. Fig. 2C zeigt Ausgangssignale der jeweiligen Dreieckwellengeneratorschaltungen 54A bis 54F des Dreieckwellengenerators 54 und ein Ausgangssignal des ACR 48. Der Dreieckwellengenerator 54 arbeitet so, daß die in Fig. 2B gezeigten Rechteckwellen zu den Zeiten deren übertragung integriert werden können, um die Dreieckwellen zu erzeugen, wobei die Integrationen rückgestellt werden zu Zeitpunkten des Verschwindens der Rechteckwellen. Fig. 2D zeigt Ausgangssignale des Vergleichers 56. Der Vergleicher 56 gibt Ausgangssignale ab, wenn die Dreieckwellen die Ausgangssignale des ACR 48 erreicht haben, wie in Fig. 2C dargestellt. Fig. 2E zeigt Ausgangssignale des Impulsgenerators 58. Der Impulsgenerator 58 wird durch die Anstiege der Ausgangssignale des Vergleichers 56 gemäß Fig. 2D betrieben und

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erzeugt Impulse mit vorgegebener Impulsbreite. Die Impulsbreite kann einen Wert besitzen, der ausreicht, die Thyristoren des Gleichrichters 12 zu zünden. Fig. 2F zeigt Ausgangssignale des Doppel-Impulsgenerators 60. Neben den Ausgangsimpulsen des Impulsgenerators 58 gemäß Pig. 2E werden Impulse, die um 60° gegenüber diesen Impulsen nacheilen, erzeugt, wie sich das aus der Figur ergibt.

Fig. 3 zeigt den Betrieb der Netzausfall-Erfassungseinrichtung. In Fig. 3A ist der Ausgangsspannungs-Signalverlauf des Spannungswandlers 50 und in Fig. 3B das Ausgangssignal des Rechteckwellengenerators 52 dargestellt, die analog zu den Signalverlaufen gemäß Fig. 2A und Fig. 2B sind. Fig. 3C zeigt das Ausgangssignal der Addierschaltung 74. Die Addierschaltung 74 addiert die Ausgangssignale der jeweiligen Rechteckwellengeneratorschaltungen 52A, 52B, 52C, 52D, 52E und 52F, wie in Fig. 3B dargestellt. Da sie stets die Ausgangssignale von drei Rechteekwellengeneratorschaltungen addiert, gibt sie in stetiger Form eine Ausgangsspannung E ab, die das Dreifache der Ausgangsspannung einer Rechteckwellengeneratorschaltung ist. Wenn jedoch der Netzausfall auftritt, sinkt die Ausgangsspannung der Addierschaltung 74 schrittweise auf (2/3) E, (1/3) E und 0 ab mit dem Verschwinden der Spannungen der jeweiligen Phasen. Fig. 3D zeigt ein Ausgangssignal des Vergleichers 78. Der Vergleicher 78 ist so aufgebaut, daß er arbeitet und das Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal der Addierschaltung 74 unter eine vorgegebene Spannung E., abgesunken ist. Vorzugsweise ist die vorgegebene Spannung E^ zu einem Wert gewählt, der größer als 2/3 der stetigen Spannung E ist, wobei dieser Wert(2/3) E einem Fall entspricht, bei dem eine Phase fehlt, und der kleiner ist als die stetige Spannung. Selbstverständlich kann die vorgegebene Spannung E₁ auch kleiner als(2/3)E sein, jedoch um den Netzausfall mit hoher Geschwindigkeit zu erfassen, ist der vor-

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genannte Wert vorzuziehen. Pig. 3E zeigt den Ausgangs-Signalverlauf des Sammlers oder Speichers 80. Der Sammler oder Speicher 80 speichert die Ausgangssignale des Vergleichers 78 und wird rückgesetzt, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 78 zu Null geworden ist. Fig. 3F zeigt ein Ausgangssignal des Vergleichers 84. Der Vergleicher 84 vergleicht das Ausgangssignal des Sammlers oder Speichers 8O und eine vorgegebene Spannung E₂ und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Spannung des Speichers 80 größer geworden ist als die Spannung E₂. Infolge dieses Aufbaus, bei dem der Speicher 80 und der Vergleicher 84 angeordnet sind und bei dem der Vergleicher 84 ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des Speichers 80 eine vorgegebene Spannung E₂ überschritten hat, selbst wenn irgendeine Störung bei der Wechselstrom-Leistungsquelle 10 auftritt und wenn das Ausgangssignal der Addierschaltung 74 kleiner wird als der vorgegebene Wert E^ für nur eine sehr kurze Zeit, wird der Speicher zurückgesetzt, um zu verhindern, daß der Vergleicher ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal der Addierschaltung 74 größer wird als die vorgegebene Spannung E₁, bevor das Ausgangssignal des Speichers 80 die vorgegebene Spannung E₂ erreicht. Auf diese WBise wird das Absinken der Spannung infolge einer sehr kurzzeitigen Störung nicht als Netzausfall erfaßt. Pig. 3Cf zeigt ein Ausgangssignal des Impulsgenerators 86. Das Ausgangssignal des Impulsgenerators 86 überträgt Steuerimpulse an die paarweise angeordneten Thyristoren des Gleichrichters 12, z. B. die Thyristoren 18 und 24 über den Addierer 62 und den Steuersignalverstärker 64. Obwohl Hier die paarweise angeordneten Thyristoren l8 und 24 genannt sind, kann jedes andere den Gleichrichter 12 bildende Thyristorpaar verwendet werden. In bestimmten Fällen können alle Thyristoren leitend gehalten werden. Fig. 3H zeigt die gleichen Ausgangssignale wie Fig. 2F, d. h. die Ausgangssignale des

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Doppel-Impulsgenerators 6O. Pig. 3J zeigt die Ausgangssignale des Steuersignalverstärkers 64, d. h. die Steuerimpulse der Thyristoren 14, 16, l8, 20, 22 und 24. Im Ruhezustand werden die Steuerimpulse, die den Ausgangssignalen des Doppel-Impulsgenerators 60 entsprechen, vom Steuerimpulsverstärker 64 vorgesehen. Andererseits werden, wenn die Netzausfall-Erfassungseinrichtung einen Netzausfall erfaßt hat und die Impulse des Impulsgenerators 46 gemäß Fig. 3G erzeugt sind, die Steuerimpulse zum Zünden der paarweise angeordneten Thyristoren 18 und 24 vom Steuersignalverstärker 64 vorgesehen. Auf diese Weise läuft Energie der Drossel 28,(infolge des durch die Drossel fließenden Stroms gespeichert ist, durch den Wechselrichter 26, den Wechselstrommotor 30, den Wechselrichter

um, und die Thyristoren 18 und 24 des Gleichrichters 12<f Auf diese Weise kann die in der Drossel 28 gespeicherte Energie selbst dann geleitet oder geführt werden, wenn der Gleichrichter 12 seinen Betrieb beendet und keine Hochspannung zwischen den Gleichstromklemmen des Gleichrichters 12 erzeugt wird. Obwohl bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Aufbau derart ist, daß das Signal zum Zünden der paarweise angeordneten Thyristoren 18 und 24 durch den Steuersignalverstärker 64 erzeugt wird, kann auch ein weiterer Sfeeuersignalverstärker zusätzlich zum Steuersignalverstärker 64 vorgesehen werden zum Zünden der Thyristoren 18 und 24 durch von beiden Steuersignalverstärkern abgegebene Signale.

Pig. 4 zeigt Betriebs-Signalverläufe im Fall einer Schaltungsanordnung, die in Fig. 1 durch Strichlinien dargestellt ist, die ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Das Ausführungsbeispiel gemäß den Strichlinien in Fig. 1 ist derart, daß das Ausgangssignal des dritten Vergleichers 84 dem Ausgangssignal des ersten Ver-

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gleichers 56 hinzuaddiert wird und daß der zweite Impulsgenerator 86 und der vierte Addierer 62 nicht vorgesehen sind. In Pig. 4 bedeuten die gleichen Symbole wie in Fig. äquivalente Signalverlaufe. Fig. 4E zeigt ein Ausgangssignal des Vergleichers 84 der Netzausfall-Erfassungseinrichtung bzw. -schaltung. Wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 84 vorhanden ist, wird ein Zündsignal zum Zünden der paarweise angeordneten Thyristoren des Gleichrichters 12, beispielsweise der Thyristoren 14, 20 und 16, 22 _f dem Ausgangssignal des Impulsgenerators 58 hinzugefügt.

Bei einer derartigen Ausbildung bilden wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel die Thyristoren des Gleichrichters 12 die Bypass-Paare beim Vorhandensein des Ausgangssignals vom Vergleicher 84, wodurch es möglich ist, die in der Drossel 28 gespeicherte Energie umzuwälzen und die Erzeugung einer Hochspannung zu verhindern.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des zweiten Impulsgenerators 86 der Netzausfall-Erfassungseinrichtung über einen dritten Steuersignalverstärker 87 geführt zur Erzeugung eines Steuersignals eines Thyristors 88, der parallel zum Gleichrichter 12 über die Gleichstromklemmen oder -Anschlüsse des Gleichrichters 12 geschaltet ist. Die Netzausfall-Erfassungseinrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel ist ähnlich der des Ausführuncsbeispiels gemäß Fig. 1. Die Netzausfall-Erfassungseinrichtung kann mit hoher Geschwindigkeit arbeiten. Bei einem Netzausfall bei der Gleichstrom-Leistungsquelle 10 erfaßt die Erfassungseinrichtung schnell den Netzausfall und macht den Thyristor 88 leitend. In der Drossel 28 gespeicherte Energie kann über einen Kreis umlaufen, der sich über den Wechselrichter 26, den Wechselstrommotor 30, den

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Wechselrichter 26 und den Thyristor 88 erstreckt, derart, daß keine Hochspannung über die Gleichstromkleimnen des Gleichrichters 12 erzeugt wird durch die in der Drossel 28 gespeicherte Energie.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Thyristor 90 über die beiden Klemmen der Drossel 28 geschaltet und wird das Ausgangssignal des Impulsgenerators 86 der Netzausfall-Erfassungseinrichtung über einen vierten Steuersignalverstärker 92 geführt zur Erzeugung eines Steuersignals für den Thyristor 90. Auf diese Wfeise wird in der Drossel 28 gespeicherte Energie durch die Drossel und den Thyristor 90 fließend umgewälzt,und Hochspannung wird nicht im Stromquellen-Stromrichter erzeugt durch die in der Drossel 28 gespeicherte Energie.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 7 besitzen gleiche Bauteile wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen. Das Aus gangs signal der Addierschaltung 7²J wird dem fünften Addierer 76 sowie einem siebten Addierer 9^ zugeführt. Es wird mit einer vorgegebenen Spannung E-, im Addierer 94 verglichen und ein Ausgangssignal des Addierers Sk wird einem vierten Vergleicher 96 zugeführt. Wenn die Ausgangsspannung der Addierschaltung 7k niedriger geworden ist als die vorgegebene Spannung E-,, wird ein Ausgangssignal vom Vergleicher 96 einem zweiten Sammler oder Speicher 98 zugeführt. Ein Ausgangssignal des Speichers 98 wird mit einer vorgegebenen Spannung E^ in einem achten Addierer 99 verglichen und ein fünfter Vergleicher 100 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn das Ausgangssignal des Speichers 98 die vorgegebene Spannung Eh überschritten hat. Der Grund zum Anordnen des Speichers 98,des Addierers 99 und des Vergleichers 100 ist der gleiche wie der zum Anordnen des ersten -

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Speichers 80, des sechsten Addierers 82 und des dritten Vergleichers 84 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und besteht darin, momentane Anomalien der Wechselstrom-Leistungsquelle 10, die irgendeiner Störung zuzuschreiben sind, zu vermeiden. Die von der Addiersehaltung 74 dem Addierer 76 zugeführte Spannung wird mit der vorgegebenen Spannung E₁ verglichen. Der Vergleicher 78 überträgt ein Ausgangssignal an den Impulsgenerator 86, wenn die Ausgangsspannung der Addiersehaltung 74 niedriger geworden ist als die vorgegebene Spannung E₁. Der Impulsgenerator erzeugt einen Impuls vorgegebener Impulsbreite und überträgt diesen zum Addierer 62.

Der Betrieb der so ausgebildeten Schutzeinrichtung wird anhand des Signalverlaufs-Diagramms gemäß Fig. 8 näher erläutert. Fig. 8A zeigt ein Ausgangssignal des Spannungswandlers 50. In der Darstellung ist zum ersten Zeitpunkt t* eine Phase ausgefallen und sind zum zweiten Zeitpunkt t~ zwei oder drei Phasen ausgefallen. Wenn eine Phase ausgefallen ist, beispielsweise wenn die R-Phase ausgefallen ist, werden die Phasen der S-Phase und der T-Phase geführt. Fig. 8B zeigt Ausgangssignale der jeweiligen Rechteckwellengeneratorschaltungen 52A bis 52F des Rechteckwellengenerators 52. Während des Fehlens einer Phase nach dem Zeitpunkt t^ geben die Reehteekwellengeneratorschaltungen 52C bis 52F der Phasen außer der fehlenden R-Phase Reehteckwellen ab. Fig. 8C zeigt ein Ausgangssignal der Addiersehaltung 74. Dieses Ausgangssignal wird zu einer Spannung entsprechend 2/3 der üblichen Spannung E, wenn die eine Phase zum Zeitpunkt t^ ausgefallen ist, und wird zu Null nach dem Zeitpunkt t2« Fig. 8D zeigt ein Aus gangs signal des Vergleichers 96. Die Spannung E-,, die dem Addierer 94 zugeführt wird, ist so gewählt, daß sie zwischen E und(2/3)E liegt. Folglich gibt der Vergleicher 96 das Ausgangssignal zu dem Zeitpunkt des Aussetzens der einen Phase ab, wenn die Ausgangsspannung der Addierschal-

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tung 7h kleiner als die Spannung E^ wird. Pig. 8E zeigt ein Ausgangssignal des Speichers 98. Pig. 8P zeigt ein Ausgangssignal des Vergleichers 100. Der Vergleicher gibt ein Ausgangssignal ab, wenn das Ausgangssignal des Speichers 98 größer geworden ist als die Spannung E^, die dem Addierer 99 zugeführt oder eingeprägt ist.

Fig. 8g zeigt ein Ausgangssignal des Vergleichers Die Spannung E₁, die dem Addierer 76 zugeführt ist, ist so bestimmt, daß sie einen Spannungswert zwischen (2/3)E und 0 besitzt. Deshalb erzeugt der Vergleicher 78 das Ausgangssignal zu der Zeit, zu der zwei oder drei Phasen ausfallen, wenn die Aus gangs spannung der Addierschaltung 7** kleiner wird als die Spannung E^. Fig. 8H zeigt ein Ausgangssignal des Impulsgenerators 86. Der Impulsgenerator gibt einen Impuls vorgegebener Impulsbreite ab, wenn das Ausgangssignal vom Vergleicher 78 zu ihm übertragen worden ist. Fig. 8J zeigt jeweils Ausgangssignale der Dreieckwellengeneratorschaltungen 5^A bis 5¹JF des Dreieckwellengenerators 54 · Während des Aussetzens oder Fehlens der R-Phase erzeugen lediglich die Dreieckwellengeneratorschaltungen 5^C bis 5¹IF Dreieckwellen. Während des Aussetzens von drei Phasen werden keine Dreieckwellen erzeugt. Fig. 8k zeigt ein Ausgangssignal des Vergleichers 56. Der Vergleicher 56 arbeitet bei Empfang eines Ausgangssignals vom Addierer 55, dem ein Ausgangssignal des ACR 48, das Ausgangssignal des Dreieckwellengenerators 54 und das Ausgangssignal des Vergleichers 100 zugeführt sind. Während des Fehlens einer Phase wird das Signal vom Vergleicher dem Addierer 55 zugeführt, derart, daß der mit der Dreieckwelle zu vergleichende Pegel zunimmt. Polglich verzögert sich der Zeitpunkt der Eßzeugung des Ausgangssignals vom Vergleicher 56 und nimmt der durch den Gleichrichter 12 gleichgerihhtete Gleichstrom ab, ä. h., der Gleichstrom schrumpft oder nimmt ab. Falls sich das Fehlen einer Phase

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fortsetzt, setzt sich auch der Betrieb zum Zusammenziehen oder Verringern des Gleichstroms fort.

Während im Fall des Ausfallens einer Phase der Betrieb zum Verringern des Stroms wie oben ausgeführt durchgeführt wird, wird im Fall des Ausfallens von zwei oder drei Phasen der Betrieb des Bypass-Paars bewirkt derart, daß das Ausgangssignal des Impulsgenerator 86 dem Addierer 62 zugeführt wird und daß Steuerimpulse,um die Thyristoren des Gleichrichters 12,beispielsweise die Thyristoren 18 und 24, leitend zu halten, den Thyristoren 18 und 24 zugeführt werden, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Auf diese Weise fließt in der Drossel 28 gespeicherte Energie durch den Umlaufkreis und keine Hochspannung kann durch die Energie der Drossel 28 erzeugt werden.

Obwohl dieses Ausführungsbeispiel so erläutert wurde, daß das Ausgangssignal des Impulsgenerators 86 dem Addierer 62 zugeführt wird, kann selbstverständlich der Aufbau auch so sein, daß das Ausgangs signal des· Impulsgenerators 86 dem Steuersignalverstärker 87 oder 92 zugeführt wird, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bzw. Fig. 6.

Wegen des erfindungsgemäßen Aufbaus ist es möglich, den Netzausfall der Wechselstrom-Eingangsspannung des Gleichrichters mit hoher Geschwindigkeit zu erfassen und den oder die Thyristoren des Umlaufkreises der Energie der Drossel zu zünden, wobei zuverlässig verhindert wird, daß eine Hochspannung in dem Stromquellen-Stromrichter erzeugt wird bei einem Netzausfall durch die in der Drossel gespeicherte oder gehaltene Energie.

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Claims

1. Schutzeinrichtung eines Stromquellen-Stromrichters, """■' mit einem Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umformt und aus Thyristoren gebildet ist,

mit einem Wechselrichter, der das Gleichstrom-Ausgangssignal des Gleichrichters in Wechselstrom umformt,

mit einer Drossel zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter,

mit einer Steuer- bzw. Regelschaltung zum Steuern bzw. Regeln der Ausgangsspannung des Gleichrichters und der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters,

gekennzeichnet durch

einen Rechteckwellengenerator (52), der eine ein Eingangssignal des Gleichrichters (12) darstellende Wechselspannung in Rechteckwellen umformt, die den jeweiligen Polaritäten der jeweiligen Phasen entsprechen,

eine Addierschaltung (7¹O* die die Rechteckwellenausgangssignale des Rechteckweliengenerators (52) addiert,

eine Entscheidungsschaltung, die ein Ausgangssignal abgibt, wenn ein Ausgangssignal der Addierschaltung (7*0 kleiner geworden ist als ein vorgegebener Wert, und

mindestens eih> Thyristor Cl¹* bis 24, 88, 90), der leitfähig gehalten ist abhängig vom Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung und der einen Umlaufkreis zum Freigeben der in der Drossel (28) gespeicherten Energie bildet.

68O-(l446O-H4877)-MeSl

ORIGINAL IiMSPECTED

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2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die den Umlaufkreis bildenden Thyristoren zumindest durch ein Paar der Thyristoren (14 bis 24) gebildet sind, die den Gleichrichter (12) bilden (Fig. 1).

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der den Umlaufkreis bildende Thyristor (88) parallel zum Gleichrichter (12) angeschlossen ist (Fig. 5).

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der den Umlaufkreis bildende Thyristor (90) parallel zur Drossel (28) und über deren Klemmen geschaltet ist (Fig. 6).

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung einem Steuersignal zum Steuern des Gleichrichters (12) hinzuaddiert wird und daß das sich ergebende Signal dem Paar der den Gleichrichter (12) bildenden Thyristoren (14 - 24) zugeführt wird.

6. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,

daß als Rechteckwellengenerator (52) ein Rechteckwellengenerator verwendet wird, der Rechteckwellen einem Dreieckwellengenerator (54) zuführt, der Bezugsphasen zum Zünden der den Gleichrichter (12) bildenden Thyristoren (14 bis 24) erzeugt.

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Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6* dadurch gekennzeichnet,

daß der Gleichrichter (12) Dreiphasen-Wechselstrom umformt,

daß der Rechteckwellengenerator die Dreiphasen-Wechselspannung am Eingang des Gleichrichters (12) in Sechsphasen-Rechteckwellen umformt,

daß ein Vergleicher (78) ein Ausgangssignal abgibt, wenn ein Ausgangssignal der Addierschaltung (7¹O kleiner geworden ist als ein vorgegebener Wert (E₁),

daß eine Fehlfunktions-Verhinderungsschaltung ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers (78) während einer vorgegebenen Zeit vorhanden ist, und

daß der mindestens eine Thyristor abhängig vom Ausgangssignal der Fehlfunktions-Verhinderungsschaltung leitend gehalten ist und den Umlaufkreis zum Freigeben der in der Drossel (28) gespeicherten Energie bildet.

Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Gleichrichter Dreiphasen-Wechselstrom umformt ,

daß der Rechteckwellengenerätor die Dreiphasen-Wechselspannung am Eingang des Gleichrichters (12) in Sechsphasen-Reehteekwellen umformt,

daß die Addierschaltung (7¹O die Sechsphasen-Rechteckwellen am Ausgang des Rechteckwellengenerators (52) addiert,

daß eine erste Entscheidungsschaltung entscheidet, ob ein Ausgangssignal der Addierschaltung (7¹O eine Spannung geworden ist, die dem Fehlen von zumindest einer Phase der Dreiphasen-Wechselspannung entspricht oder nicht, und ein Ausgangssignal abgibt zum Zeitpunkt des Fehlens

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oder Ausfallens mindestens einer Phase, wobei die Spannungs-Steuer- oder -Regelschaltung so ausgebildet ist, daß sie die Ausgangs-Gleichspannung des Gleichrichters (12) verringert, wenn das Ausgangssignal der ersten Entscheidungsschaltung zugeführt ist,

daß eine zweite Entscheidungsschaltung entscheidet, ob das Ausgangssignal der Addier schaltung (7²I) zu einer Spannung geworden ist, die dem Fehlen oder Ausfallen von zumindest zwei Phasen der Dreiphasen-Wechselspannung entspricht oder nicht, und die ein Ausgangssignal zum Zeitpunkt des Ausfallens oder Fehlens von zumindest zwei Phasen abgibt, und

daß der mindestens eine Thyristor (14 bis 24, 88, 90) leitend gehalten ist abhängig vom Ausgangssignal der zweiten EntscheidungsSchaltung und den Umlaufkreis zum Freigeben der in der Drossel (28) gespeicherten Energie bildet (Fig. 7).

9· Schutzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Entscheidungsschaltung das Ausgangssignal abgibt, wenn eine Zeitperiode, während der die dem Fehlen oder Ausfallen von zumindest einer Phase entsprechende Spannung andauert, einen vorgegebenen Wert überschritten hat.

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