DE3924258C2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Stromrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Eine Schaltungsanordnung zur Ansteuer- und Zündüberwachung für einzelne Leistungshalbleiter, die Teil eines netzgeführten, n-pulsigen Stromrichters sein können, ist durch die DE 35 31 171 A1 bekannt. Dabei wird für jeden Leistungshalbleiter das Signal, das die Funktionstüchtigkeit und die störungs­ freie Zündung wiedergibt, potentialfrei übertragen. Sind viele Leistungshalb­ leiter im Stromrichter vorhanden, bedeutet das einen erhöhten Aufwand für die das Potential trennenden Kreise. Darüber hinaus können Pulsmuster­ fehler bei der Impulssteuerung der Leistungshalbleiter und Phasenausfälle des Stromrichters nicht oder nicht immer vollständig erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der ein­ gangs genannten Art anzugeben, die eine umfassende und universelle Über­ wachung aller Stromrichterfunktionen bei geringem Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Alle wesentlichen Störungen des Stromrichters, also Störungen des Stellglieds (Dioden- oder Thyristorsatz), eines Stromrichterventils, des (üblichen) Zünd­ verstärkers oder des den Stromrichter steuernden Steuergenerators, können dadurch mit nur der einen, wenig aufwendigen Schaltungsanordnung erfaßt werden. Außerdem wird der Ausfall oder die Beeinträchtigung einer oder mehrerer Netzphasen sowie deren Phasenwinkel untereinander erkannt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Stromrichterüberwachung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Stromrichtersteuerungs- und -über­ wachungssystems unter Einsatz der Schaltungsanordnung ent­ sprechend Fig. 1,

Fig. 3 ein Impulsbild für eine sechspulsige Gleichrichterschaltung im störungsfreien Betrieb unter Erfassung des Ausgangs­ stromes des Gleichrichters,

Fig. 4 ein Impulsbild für eine sechspulsige Gleichrichterschaltung mit einem gestörten Ventil unter Erfassung des Ausgangs­ stromes des Gleichrichters,

Fig. 5 ein Impulsbild für eine sechspulsige Gleichrichterschaltung im störungsfreien Betrieb unter Erfassung der Ausgangs­ spannung des Gleichrichters und

Fig. 6 ein Impulsbild für eine sechspulsige Gleichrichterschaltung mit einem gestörten Ventil unter Erfassung der Ausgangs­ spannung des Gleichrichters.

Gemäß Fig. 1 ist ein Gleichrichter 1, der aus einem aus nicht gezeigten Ventilen (z. B. Thyristoren) aufgebauten Stromrichtersatz 2 und einem gleichspannungsseitigen Filter 3 besteht, an ein dreiphasiges Netz UVW angeschlossen. Der Gleichrichter 1 speist eine Last 4. Zur Überwachung der Funktion des Stromrichtersatzes 2 wird auf dessen Gleichspannungs­ seite ein dem gleichgerichteten Strom oder der Spannung proportionales Signal I oder U (z. B. über einen Wandler) abgenommen. Dieses Signal I oder U ist das Eingangssignal für die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. Diese Überwachungseinrichtung besteht aus einem Bandpaß A, einem Komparator B und einer phasenstarren Regelschleife (Phase Locked Loop-Schaltung - PLL) C. Die PLL-Schaltung C besteht aus einem als ein Exklusiv-ODER-Glied ausgeführten ersten Phasenkomparator D, einem zweiten Phasenkomparator E, einem Schleifenfilter F und einem spannungs­ gesteuerten Oszillator (VCO) G.

Die Überwachungsanordnung arbeitet wie folgt:

Aus dem an den Eingang der Schaltung angelegten Signal I oder U wird mittels des Bandpasses A der Wechselanteil ausgekoppelt und einem Kom­ parator B zugeführt, der hieraus ein Rechtecksignal mit der Frequenz n × Netzfrequenz bei einer n-pulsigen Stromrichtersatzschaltung erzeugt. Dieses Rechtecksignal wird dem Solleingang des ersten Phasenkomparators D und einem Eingang des zweiten Phasenkomparators E zugeführt. An die anderen Eingänge der Phasenkomparatoren D, E wird das Ausgangssignal des Oszillators G gelegt. Der erste Phasenkomparator D speist mit seinem Phasendifferenzsignal das Schleifenfilter F, von dessen Spannung der Os­ zillator G seine Ausgangsfrequenz ableitet. Hierdurch wird ein störungs­ unempfindliches Einrasten auf die Grundfrequenz des Wechselanteils erreicht. Der Oszillator G läuft mit der gleichen Frequenz, nicht aber mit der gleichen Phasenlage wie das Eingangssignal der Schaltung. Aus der auch im eingeschwungenen Zustand bleibenden Phasenabweichung erzeugt der zweite Phasenkomparator E ein Phasendifferenzsignal, welches nur die positiven Flanken von dem Eingangs- und vom Oszillatorsignal berücksichtigt. Somit ergeben sich beim intakten Stromrichter bei einer n-pulsigen Satz­ schaltung n Pulse in einer Netzperiode T.

Bei gestörtem Stromrichter oder Ausfall einer Netzphase kommen an den Solleingang der Phasenkomparatoren D, E entsprechend weniger Impulse, so daß auch aus dem zweiten Phasenkomparator E entsprechend weniger Phasendifferenzimpulse je Netzperiode T gelangen. Dieses Verhalten wird in einer Auswertlogik H erfaßt und zur Störungserkennung verarbeitet.

Die Auswertlogik H besteht im einfachsten Fall aus einem retriggerbaren Monoflop mit einer Laufzeit größer T/n.

Durch Auswertung der Ausgangssignale des zweiten Phasenkomparators E durch ein integriertes Mikroprozessor-Impulssteuer- und -überwachungsgerät K werden alle Abweichungen der Stromrichtersatzausgangssignale von dem im Steuergerät generierten Impulsmuster erkannt. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die zu Fig. 1 gezeigte Auswertlogik H in der zuvor genannten Weise im Impulssteuer- und Überwachungsgerät K enthalten ist. Das Impulssteuer- und -überwachungsgerät K erhält zur Synchronisierung Zündimpulse M Signale N aus dem speisenden Netz UVW.

In Fig. 3 ist über eine Netzperiode T in Fig. 3a die Welligkeit des Stromes im Ausgangskreis eines störungsfrei arbeitenden 6pulsigen Gleichrichters gezeigt, wie sie von einem dem Ausgangsstrom des Gleichrichters propor­ tionalen Signal durch den Bandpaß A (gemäß Fig. 1 oder Fig. 2) entnommen wird. In Fig. 3b ist das daraus abgeleitete, durch den Komparator B be­ reitgestellte Rechtecksignal n-facher, d. h. hier 6facher Netzfrequenz aufgetragen. In Fig. 3c ist der Verlauf des Ausgangssignals des spannungs­ gesteuerten Oszillators G, in Fig. 3d der Verlauf des Ausgangssignals des ersten Phasenkomparators D und in Fig. 3e der Verlauf des Ausgangs­ signals des zweiten Phasenkomparators E gezeigt.

Fig. 4 gibt die zu den Fig. 3a bis 3e beschriebenen Ausgangssignale für den Fall wieder, daß ein Ventil des Stromrichters gestört ist. Die Strom­ welligkeit in Fig. 4a ist zu der Zeit, zu der sonst dieses Ventil Sturm führt, nicht vorhanden. Dementsprechend ist das in Fig. 4b gezeigte Komparatorsignal zu dieser Zeit verlängert. Während das Ausgangssignal des Oszillators G gemäß Fig. 4c in unveränderter Weise weiterschwingt, wird die Frequenz der Ausgangssignale des ersten Komparators D gemäß Fig. 4d geringer. Aus der geringeren Anzahl der Impulse am Ausgang des zweiten Phasenkomparators gemäß Fig. 4e während der Netzperiode T gegenüber dem in Fig. 3e gezeigten störungsfreien Fall erkennt die nach­ geschaltete Auswertlogik H den Störungsfall.

In Fig. 5a ist der Verlauf der Spannungswelligkeit der Stromrichtersatz­ ausgangsspannung eines wiederum 6pulsigen Gleichrichters im unge­ störten Betrieb gezeigt. Die sich daraus ergebenden Ausgangssignale des Komparators (Fig. 5b), des Oszillators (Fig. 5c), des ersten Phasenkom­ parators (Fig. 5d) und des zweiten Phasenkomparators (Fig. 5e) während einer Netzperiode T entsprechen den in den Fig. 4b bis 4e gezeigten Verläufen.

In Fig. 6 ist der Fall einer Störung an einem Ventil eines 6pulsigen Gleich­ richters gezeigt, wenn die Spannungswelligkeit in der Ausgangsspannung des Gleichrichters für die Überwachungsschaltungsanordnung erfaßt wird. Die dann veränderte Spannungswelligkeit (Fig. 6a) führt zu einem ver­ längerten Rechtecksignal des Komparators während dieser Zeit (Fig. 6b). Während der spannungsgesteuerte Oszillator gleichförmig weiterschwingt (Fig. 6c) sind die Impulse des ersten Phasenkomparators (Fig. 6d) und des zweiten Phasenkomparators (Fig. 6e) in der Anzahl reduziert, woraus für die Auswertlogik oder für eine dementsprechende Vergleichsanordnung mit einem Impulsmuster für die Steuerung der Ventile des Gleichrichters eine Störung erkennbar ist.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung eines netzgeführten, n-pulsigen Stromrichters, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Ein Komparator (B) wird eingangsseitig mit Signalen beaufschlagt, die dem Wechselanteil der Spannung oder des Stromes im Gleich­ spannungskreis des Stromrichters entsprechen, so daß der Kom­ parator (B) im störungsfreien Fall Rechtecksignale der n-fachen Netzfrequenz abgibt.
• b) Der Komparator (B) ist ausgangsseitig sowohl an den Soll-Eingang eines ersten Phasenkomparators (D) mit Exklusiv-ODER-Gatter-Funktion als auch an den einen Eingang eines zweiten flanken-getriggerten Phasenkomparators (E) angeschlossen.
• c) Die beiden anderen Eingänge der beiden Phasenkomparatoren (D, E) sind an den Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators (G) ge­ legt, der als Teil einer phasenstarren Regelschleife (PLL) eingangs­ seitig über ein Schleifenfilter (F) an den Ausgang des ersten Phasen­ komparators (D) geschaltet ist.
• d) Dem zweiten Phasenkomparator (E) ist eine die Anzahl der Phasen­ differenzimpulse je Netzperiode erfassende, den Störfall signalisie­ rende Auswertlogik (H) nachgeschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (B) ein Bandpaßfilter (A) vorgeschaltet ist, dem dem Strom oder der Spannung im Gleichspannungskreis des Stromrich­ ters proportionale Signale zugeführt werden.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertlogik (H) Teil eines integrierten Impulssteuer- und Überwachungsgeräts (K) für den Stromrichter ist, das die Ausgangssignale des zweiten Phasenkomparators (E) mit den als Impulsmuster vorgege­ benen Steuersignalen für den Stromrichter vergleicht und Abweichungen als Störung registriert.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswertlogik ein retriggerbares Monoflop vorgesehen ist, das eine Laufzeit aufweist, die größer ist als der n-te Teil der Netzperiode.