DE60132418T2

DE60132418T2 - Verfahren und System zur Nullstrompegeldetektion in einem netzseitig-kommutierten Umrichter

Info

Publication number: DE60132418T2
Application number: DE60132418T
Authority: DE
Inventors: Luis Jose Schenectady Garces; Peter Claudius Niskayuna Sanza; Vinod Schenectady John
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP2002186260A; EP1204198A3; US6385066B1; DE60132418D1; EP1204198A2; CN1354555A; EP1204198B1; JP3927787B2; CN1298099C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen und Systeme, die dazu dienen, die Umwandlung von Leistung aus einer Wechselstromquelle in eine Last, gewöhnlich ein Gleichstrommotor, zu steuern und zu regeln. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen, die die Leitung eines steuerbaren Gleichrichters, z. B. eines Thyristors, steuern, zwischen der Spannungsquelle und dem Motor angeordnete Brücken sowie Verfahren zur Überwachung der Vorrichtungen, um Fehlfunktion zwischen Leitungen zu verhindern, die durch eine fehlerhafte Pulsabgabe der Gleichrichter in den Brücken hervorgerufen wird.
Motorsteuerungssysteme der oben beschriebenen Bauart enthalten gewöhnlich wenigstens eine Gleichrichterbrücke, die die Elektromotorwicklungen mit Wechselspannungsspeiseleitungen verbindet. Im Falle eines herkömmlichen Dreiphasen-Drehstrommotors ist jede Wechselstromphasenleitung im Allgemeinen über ein Paar verschaltete Thyristoren mit einem Elektromotor verbunden. D. h., in einem Dreiphasensystem sind sechs Thyristoren erforderlich, um Leistung von der Quelle auf die Last zu übertragen, und zwar jeder für eine Hälfte jeder Phase. Eine Thyristor, beispielsweise ein halbleitergesteuerter Gleichrichter (SCR = Silicon Controlled Rectifier), ist im Allgemeinen als eine durch ein Gateelement gesteuerte schaltbare Diode definiert. Jeder Thyristor weist eine verhältnismäßig hohe Sperrimpedanz gegenüber dem elektrischen Energiefluß auf, bis er durch eine an sein Gateelement angelegte Triggerspannung in Durchlassrichtung vorgespannt wird. Ein digitaler Steuerschaltkreis ermittelt gewöhnlich den geeigneten Zeitpunkt, um die Thyristoren während jedes Halbzyklus der Speiseleitungsspan nung zu triggern. Sobald ein Thyristor durch das Anlegen einer vorgegebenen Spannung an sein Gate getriggert ist, sinkt die Sperrimpedanz in Durchlassrichtung, so dass es dem Strom möglich ist, wie bei einer Diode durch den Thyristor zu fließen. Wenn der Thyristor durchgeschaltet ist, kann er solange nicht abgeschaltet werden, bis der durch ihn fließende Strom nahezu den Wert Null erreicht (d. h. bis ein Nulldurchgang erfolgt). Dies geschieht, wenn der Laststrom den Wert Null erreicht. Die auf den Elektromotor übertragene Leistung wird durch Änderung der Dauer der Durchschaltung der vielfältigen Thyristoren gesteuert. Dies geschieht durch Steuerung des Pulsabgabewinkels jedes Thyristors, d. h. des Punktes der Wechselstromwelle, bei dem der Thyristor in den Durchlasszustand übergeführt wird. Das Verfahren zum Umschalten von Thyristor zu Thyristor ist unter der Bezeichnung Kommutation bekannt.
In richtungsumkehrenden oder regenerativen Systemen, d. h. Systemen, die alternativ sowohl Energie von der Quelle aufnehmen als auch Energie an die Quelle übertragen, werden gewöhnlich antiparallel geschaltete Thyristorbrücken eingesetzt, die jeweils mehrere antiparallel geschaltete Thyristorpaare enthalten, bei denen jeweils Anode mit Kathode und Kathode mit Anode verbunden sind. In solchen Systemen ist es erforderlich, den Zeitpunkt genau zu bestimmen, in dem der Laststrom den Wert Null erreicht, um das Schalten von dem Durchlassbetrieb in den rückwärtsleitenden Modus zu steuern. Ohne genaue Bestimmung des Zeitpunkts, kann eine Fehlfunktion auftreten, die zwei Wechselstromleitungen in dem Schaltkreis effektiv kurzschließt, falls ein Thyristor in der einen Brücke durchgeschaltet ist, während ein beliebiger Thyristor in der entgegengesetzten Brücke ebenfalls durchgeschaltet ist. Diese Art einer Fehlfunktion kann je den der durchgesteuerten Thyristoren erheblich beschädigen oder zerstören. Außerdem kann eine ungenaue Messung des Laststromnulldurchgangs unerwünschte Diskontinuitäten während der Umkehrvorgänge der Stromrichtung hervorrufen, die zu Drehmomentpulsationen führen könnten.
Wie oben beschrieben, kann der Abschaltpunkt eines Thyristors durch Messen des Laststromnulldurchgangs ermittelt werden. Darüber hinaus sollte die Detektion des Stromnulldurchgangs wegen der möglichen schädlichen Wirkungen einer nicht eindeutigen Detektion eines Stromnulldurchgangs so rasch wie möglich erfolgen. Nach dem Stand der Technik wird diese Messung entweder durch Erfassen von mindestens zwei Leitungsströmen unter Verwendung von Wechselstromwandlern oder durch unmittelbares Messen des Laststroms unter Verwendung eines Gleichstromsensors durchgeführt, siehe beispielsweise die Mitsuhashi gehörende US-A-4 567 408 . Ungünstigerweise setzen viele Systeme, die derartige Leistungssteuervorrichtungen verwenden, außerordentlich große Strom/Moment-Bandbreiten ein, d. h. Stromstärken, die nach oben hin bis 1000 Ampere und nach unten hin bis zu 0,02 Ampere betragen. Da herkömmliche Sensoren gewöhnlich einen analogen Wert liefern, werden darüber hinaus im Allgemeinen bei der für die Eingabe des Messwerts in den digitalen Controller erforderlichen A/D-Konvertierung Fehler und Schaltverzögerungen eingeführt. Weiter begrenzt die Qualität herkömmlicher Stromsensoren aus Kostengründen häufig die Genauigkeit der Messung des Stromnulldurchgangs. Aufgrund der Breite dieses Stromstärkenbereichs, der vielfältigen Konvertierungsfehler und der Qualität des Sensors ist eine zu 100% genaue Bestimmung des Stromnulldurchgangs nur sehr schwer durchführbar. Vielmehr legen herkömmliche Controller gewöhnlich im Sinne einer Annäherung an den Strom nulldurchgang eine Stromnulldurchgangsbandbreite (d. h. einen Wertebereich) fest. Siehe beispielsweise die DE-A-3 836 274 und die US-A-4 894 762 .
Zusätzlich zu den oben festgestellten Problemen und Ungenauigkeiten kann die Größe der an der Last vorhandenen Induktivität ebenfalls sehr lange Abklingzeiten des Stroms zur Folge haben, wodurch mehr Zeit benötigt wird, um das tatsächliche Erreichen des Nullwerts des Laststroms zu ermitteln, und dadurch der Zeitpunkt verzögert wird, in dem die rückwärtsleitende Brücke initiiert werden kann. Sämtliche der oben beschriebenen Nachteile tragen zur Reduzierung der durch das System erreichbaren maximalen Bandbreite bei und erhöhen die Gefahr eines Kurzschlusses der beiden Brücken bei Ansätzen zur Umkehr der Stromrichtung, während die erste Brücke noch durchgeschaltet ist.
Die Miller erteilte US-A-5 115 387 offenbart ein Verfahren zum Erfassen der Thyristordurchschaltung mittels zusätzlicher Spannungsmesseinrichtungen anstelle von herkömmlichen Strommesseinrichtungen. Die zusätzlichen Spannungsmesseinrichtungen dienen dazu, zu ermitteln, ob die an einem Thyristor anliegende Durchschaltspannung eine vorgegebene Schwellwertspannung überschreitet. Falls dies zutrifft, wird angenommen, dass der Thyristor durchgeschaltet ist, und sämtlichen Thyristoren in der entgegengesetzten Brücke wird die Pulsabgabe verwehrt. Ähnlich offenbart die Kelley, Jr. et al. erteilte US-A-3 654 541 ein Verfahren zum Ermitteln der Durchschaltung eines Thyristors, wobei ein Spannungserfassungsmittel dazu eingerichtet ist, den Zeitpunkt zu erfassen, in dem der Betrag der momentan an dem Thyristor anliegenden Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, der höher als der Spannungsab fall an dem Thyristor im durchgesteuerten Zustand ist. In diesem Fall wird ein Signal erzeugt, das anzeigt, dass der Thyristor nicht durchgeschaltet ist.
Weitere Ansätze aus dem Stand der Technik zur Lösung dieses Problems beinhalten den Schritt des Einsetzens zusätzlicher Sensoren mit hohem Verstärkungsgrad in dem System, die allein zur Ermittlung des Laststromnulldurchgangs dienen. Andere Ansätze beinhalten ein Erfassen der an den vielfältigen Thyristoren in jeder Brücke anliegenden Spannung mittels eines Hochfrequenzstroms, um dadurch den Zeitpunkt genau zu ermitteln, in dem die Brücke nicht mehr leitend ist, indem das Erreichen des Nullwerts des hinzugefügten Stroms erfasst wird. Ungünstigerweise erfordert jeder der oben erwähnten Ansätze den Einbau zusätzlicher Hardware in das System, mit der Folge einer Steigerung der Kosten und der Komplexität des Systems.
Es besteht daher ein Bedarf auf dem Gebiet von Leistungsteuerungssystemen nach einem System und Verfahren zum genauen und raschen Messen des Stromnulldurchgangs der Last, um die Wahrscheinlichkeit von Kreuzbrückenfehlfunktionen zu verringern, ohne die Kosten oder Komplexität des Systems zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung löst die oben erwähnten Probleme und ermöglicht zusätzliche Vorteile, indem ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 5 zur Bestimmung von Stromnulldurchgangsereignissen in einem umkehrbaren Leistungswandler geschaffen ist, ohne die Komplexität und Kosten von Komponenten zu steigern. Ein digitaler Controller ermittelt selektiv die Leiterspannung für das zuletzt gepulste Thyristorpaar. Diese Leiterspannung wird als die Brückenrekonstruktionsspannung bezeichnet und mit der an der durchgesteuerten Brücke angelegten Ist-Brückenausgangsspannung verglichen. Die Differenz zwischen den beiden Spannungen wird als die Brückenfehlerspannung bezeichnet, und das Vorzeichen ihres Betrages kennzeichnet ein Laststromnulldurchgangsereignis. Ein Stromnulldurchgangsereignis findet jedesmal statt, wenn die Brückenfehlerspannung den Wert Null unterschreitet. Diese Indikation ist positiv und verzögerungsfrei und ermöglicht in sicherer Weise eine Leistungsflussumkehr, ohne die Gefahr von Leitungsfehlfunktionen aufgrund von Kreuzbrückenkurzschlüssen.
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen:
1 veranschaulicht in einem Blockdiagramm einen Laststrommessung verwendenden herkömmlichen Schutzschaltkreis nach dem Stand der Technik;
2 veranschaulicht in einem Blockdiagramm einen Leistungswandler, der das erfindungsgemäße Stromnulldurchgangserfassungssystem verwendet;
3 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Ermitteln eines Stromnulldurchgangsereignisses, gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 veranschaulicht in einem Logikschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen des V_{br_Recon}-Signals und Erzeugen eines in 4 identifizierten zugeordneten V_{brg_Error}-Signals; und
5 zeigt in einem exemplarischen Graph die Brückenfehlerspannung, aufgetragen gegen die Zeit, wobei zwei unterschiedliche Stromnulldurchgangsereignisse veranschaulicht sind.
Unter Bezugnahme auf die Figuren und insbesondere auf 1 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das ein Beispiel eines allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichneten Schutzsystems nach dem Stand der Technik veranschaulicht. Wie oben beschrieben, sind zwei Thyristorbrücken 102 und 104 in einer antiparallel geschalteten Beziehung vorgesehen, um den Energiefluss sowohl in Richtung der Last 106 als auch von dieser weg zu steuern. Die Gates der Thyristoren in den Brücken 102 und 104 werden durch Pulsabgabepulse getriggert, die durch Pulsabgabesteuerbefehle initiiert werden, die von zwei Pulsabgabegeneratoren 108 und 110 ausgegeben werden, die wiederum von einem Brückenumkehrlogikschaltkreis 112 Phasensteuerbefehle aufnehmen. Zwischen den Thyristorbrücken 102, 104 und die Last 106 ist ein Stromsensor 114 geschaltet, der dazu dient, Signale zu senden, die den zu einem Stromwandler 116 fließenden Laststrom kennzeichnen. Der Stromwandler leitet anschließend Signale durch einen Stromnulldurchgangsfensterdetektor 118, der ermittelt, ob der gemessene Ist-Strom innerhalb eines vorbestimmten Nullfensters liegt oder nicht. Der Stromnulldurchgangsfensterdetektor 118 ist wiederum mit einem Umkehrverzögerungsschaltkreis 120 verbunden, der an den Brückenumkehrlogikschaltkreis 112 ein UMKEHR-ERLAUBEN-Signal ausgibt, das den Last-Stromnulldurchgangsstatus kennzeichnet.
Im Betrieb wählt der Brückenumkehrlogikschaltkreis 112, ob der Phasensteuerbefehl die Brücke 102, die den Pulsabgabegenerator 110 zur Pulsabgabe bewegt, oder die Brücke B ansteuert, die den Pulsabgabegenerator 108 zur Pulsabgabe veranlasst. Falls eine Brückenumkehr durch den Brückenumkehrlogikschaltkreis 112 angefordert wird, wird die Umkehr verzögert, bis der Laststromwandler 116, der Stromnulldurchgangsfensterdetektor 118 und der Umkehrverzögerungsschaltkreis 120 kollektiv feststellen und anzeigen, dass der Laststrom innerhalb des Nullfensters liegt. Zu diesem Zeitpunkt wird das UMKEHR-ERLAUBEN-Signal durch den Umkehrverzögerungsschaltkreis 120 erzeugt und an den Brückenumkehrlogikschaltkreis 112 übermittelt, und die Brückenumkehr findet statt.
Wie oben dargelegt, ist ein wesentlicher Nachteil des Systems nach dem Stand der in 1 veranschaulichten Technik, dass der Stromsensor 114 ein verhältnismäßig unvollkommenes Bauelement ist. Im Falle von Hochleistungsantrieben kann der an die Last 106 gelieferte Spitzenstrom 1000 Ampere übersteigen, jedoch muss die Stromstärke, bevor eine Übertragung der Steuerung von einer Brücke zur anderen stattfinden kann, auf weniger als 0,1 Ampere abnehmen, um einen schädigenden Kurzschluss zu vermeiden. Falls die vorhandene Stromstärke diesen Wert überschreitet, kann es zu einer Fehlfunktion zwischen Leitungen kommen, bei der die Brückenthyristoren 102 und 104 möglicherweise beschädigt werden. Um zu erreichen, dass das System nach 1 wirkungsvoll arbeitet, sollte der Stromwandler 116, der das von dem Stromsensor 114 stammende Ausgangssignal verarbeitet, folglich seinen Nullpunkt in dem für einen optimalen Betrieb erforderlichen Auflösungsbereich von 10000:1 exakt einhalten. Darüber hinaus ist der Stromnulldurchgangsfensterdetektor 118 insofern von Nachteil, als er lediglich feststellt, ob der Ausgangsstrom des Stromwandlers 114 in nerhalb eines vorbestimmten Nullfensters liegt, d. h. ob der Ausgangsstrom des Stromwandlers 114 nahe bei Null liegt. Nach dem Stand der Technik ist die Detektionsbandbreite in dem Stromnulldurchgangsfensterdetektor 118 ausreichend breit bemessen, um ein Driften und sonstige Abweichungen des Stromsensors 114 und des Stromwandlers 116 zu berücksichtigen. Aufgrund dieser Toleranzen zeigt das Ausgangssignal des Stromnulldurchgangsfensterdetektors 118 lediglich an, das der Laststrom einen niedrigen Wert erreicht hat, jedoch nicht, dass ein Nullwert erreicht ist. Um die Unsicherheit der Erfassung zu reduzieren wird daher der Umkehrverzögerungsschaltkreis 118 basierend auf der Annahme einbezogen, dass der zu der Last 106 fließende Strom, nachdem der Bereich des Stromnulldurchgangsfensterdetektors 118 erreicht ist, weiter abnimmt und den Wert Null nach dem Ablauf einer gewissen Verzögerungszeitspanne tatsächlich erreicht. Ungünstigerweise verlängert diese Verzögerung die Gesamtzeit des Umkehrvorgangs und verringert den Wirkungsgrad des Systems. Darüber hinaus hängt die Sicherheit einer Verzögerungszeitspanne, wie oben dargelegt, zum Teil von den Schaltkreistoleranzen sowie von der Induktivität der Last 106 ab. Folglich ist häufig eine Justierung des Umkehrverzögerungsschaltkreises 118 vorgesehen, um einen andwendungsspezifischen Kompromiss der Verzögerungsdauer zu erreichen, der eine brauchbar ebenmäßige Übertragung der Steuerung zwischen den Brücken ermöglicht, ohne dass Sicherungen aufgrund von Brückenfehlfunktionen durchbrennen. Nichtsdestoweniger muss die Verzögerungszeit möglicherweise im Laufe der Alterung des Schaltkreises periodisch angepasst werden. Der Nullpunkt des Stromwandlers 116 muss aufgrund eines Offset-Drifts in dem Stromsensor 114 möglicherweise ebenfalls periodisch nachjustiert werden.
Um die Ungenauigkeiten und Ineffizienzen aus dem Stand der Technik zu beseitigen, schafft das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein neues Verfahren zum Bestimmen des Laststromnulldurchgangs, wobei lediglich Leiterspannungen (V_ab, V_ac, V_bc) am Eingang des Konverters, deren Messung bereits für die Leitungssynchronisierung erforderlich sind, die herkömmlich für die Spannungslinearisierung und – steuerung erforderliche Brückenausgangsspannung und der Zeitpunkt der Zellenpulsabgabe erfasst werden. In der weiter unten im Einzelnen dargelegten Weise erfasst der Controller einen Stromnulldurchgang im Wesentlichen verzögerungsfrei und schaltet die Richtung der Leistung ohne nachteilige Bedingungen einer Verzögerung oder einer schädigenden Fehlfunktion entsprechend um.
Da der bevorzugte Controller von Natur aus digital ist, besteht eine erforderliche Verzögerung zwischen der Zeit, in der die empfangenen Signale gemessen werden und dem tatsächlichen Zeitpunkt, in dem der spezielle Thyristor tatsächlich zur Pulsabgabe veranlasst wird. Vorzugsweise wird diese Verzögerung in dem Detektionsverfahren des Stromnulldurchgangs in Betracht gezogen und ist der Hauptfaktor, der die für eine vorgegebene Controllerabtastzeit erreichbare maximale Bandbreite beschränkt.
Mit Bezugnahme auf 2 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das eine Leistungskonvertierungsvorrichtung veranschaulicht, die ein Ausführungsbeispiel des Stromnulldurchgangserfassungssystems der vorliegenden Erfindung verwendet. Insbesondere sind zwischen eine (entweder einphasige oder mehrphasige) Wechselstromquelle und eine Last in der oben beschriebenen Weise durchschaltende und rückwärtsleitende Thyristorbrücken 202 und 204 geschaltet. Ein Brücken pulsabgabecontroller 206 und ein Überwachungscontroller 208 sind elektronisch mit dem System verbunden, um die Pulsabgabe der Brücken 202 und 204 zu überwachen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nimmt der Brückenpulsabgabecontroller 206 Signale von dem System entgegen, die die Brückenausgangsspannung, den Stromfenstermesswert und die zwischen den Leitungen vorhandenen Eingangsspannungen kennzeichnen. Darüber hinaus nimmt der Brückenpulsabgabecontroller auch Signale auf, die die Gate-Signale kennzeichnen, die an jedem Thyristor in den Brücken 202 und 204 anliegen. In der weiter unten im Einzelnen dargelegten Weise verwendet die Brückenpulsabgabesteuerung diese Signale, um Stromnulldurchgangsereignisse in dem System genau und rasch zu bestimmen, so dass eine sichere und effiziente Umkehr des Stromflusses von einer Brücke zur anderen ermöglicht ist.
Nun mit Bezugnahme auf 3 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen eines Laststromnulldurchgangs veranschaulicht. In Schritt 300 nimmt ein digitaler Controller, der dazu dient, die Umkehr der Richtung eines Leistungswandlers zu triggern, Signale entgegen, die die für jede Phase des Eingangssignals gemessene Leiterspannung kennzeichnen. Wie oben dargelegt, werden diese Leiterspannungssignale auf herkömmliche Weise von dem Controller aufgenommen, um die Leitungssynchronisierung zu erleichtern. In Schritt 302 verwendet der Controller die gemessenen Spannungen, um mit Blick auf die Phase des oben erzeugten PLL-Winkels und die Zeitsteuerung der Zellenpulsabgabe ein rekonstruiertes Brückeausgangsspannungssignal V_{br_Recon} zu erzeugen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel basiert die rekonstruierte Brückenspannung auf einer der drei in einem Dreiphasensystem vorhandenen Leiterspannungen (oder ihres inversen Wertes, falls der zweite Thyristor in dem Paar durchgeschaltet ist), die basierend auf dem Paar Thyristoren ausgewählt wird, die zu allerletzt durch den Controller zur Pulsabgabe veranlasst wurden. Das spezielle Verfahren zum Auswählen der zu verwendenden Leiterspannung ist im Einzelnen weiter unten dargelegt. In Schritt 304 nimmt der Controller ein Signal V_{brg_Fbk} auf, das die Ist-Brückenausgangsspannung kennzeichnet.
Wenn der Controller das V_{br_Recon}-Signal erzeugt und das V_{brg_Fbk}-Signal empfangen hat, subtrahiert der Controller in Schritt 306 das V_{brg_Fbk}-Signal von dem V_{br_Recon}-Signal. Anschließend erzeugt der Controller in Schritt 308 ein Brückenspannungsfehlersignal V_{brg_Error}, das gleich der Differenz der beiden Signale ist, die erforderlichenfalls invertiert sind. Was diesen Invertierungsschritt betrifft, sollte es klar sein, dass das Vorzeichen des V_{brg_Error}-Signals von der Richtung des Stromflusses durch das System abhängt. Während des Brückendurchschaltzustands ist das V_{brg_Error}-Signal vorwiegend positiv und während rückwärts leitenden Brückenzustands ist das V_{brg_Error}-Signal vorwiegend negativ. Die Wirkung dieses Vorzeichenwechsels wird weiter unten detaillierter beschrieben. In Schritt 310 ermittelt der Controller, ob das V_{brg_Error}-Signal einen positiven oder negativen Wert aufweist. Im Falle des Brückendurchschaltzustands ist das Fehlersignal V_{brg_Error} aufgrund von Zellenkommutationseffekten, die im Allgemeinen durch während der Zellenkommutation auftretende Kurzschlüsse oder Spannungseinbrüche kurzer Dauer hervorgerufen werden, die in dem rekonstruierten Brückenspannungssignal nicht vorhanden sind, die die Ist-Brückenausgangsspannung gewöhnlich geringer als die rekonstruierte Brückenspannung machen, im Allgemeinen entweder positiv oder Null, wenn ein Strom in der Last fließt. In ähnlicher Weise führen diese Zellenkommutationseffekte während eines rückwärts leitenden Brückenzustands im Allgemeinen zu einem negativen oder Null-V_{brg_Error}-Signal, wenn in der Last ein Strom fließt. In dem Augenblick, in dem der Laststrom Null wird, d. h. die Brücke nicht mehr durchgeschaltet ist, erscheint die Lastspannung (diese würde im Falle einer aktiven Last, beispielsweise eines Elektromotors, die induzierte rückwärts gerichtete elektromotorische Kraft oder BEMF sein) am Ausgang der Brücke, und nicht auf einer der Leiterspannungen, wie es der Fall wäre, wenn die Brücke durchgeschaltet wäre. Dementsprechend ändert sich das resultierende V_{brg_Error}-Signal unmittelbar, um einen Stromnulldurchgang anzuzeigen. Diese Änderung der Lastspannung ist im Wesentlichen verzögerungsfrei und die Detektion derselben ist lediglich durch die Abtastrate des Controllers beschränkt, so dass die bei herkömmlichen Schutzsystemen vorhandenen nachteiligen Verzögerungen vermieden werden. Ein Verfahren zum Vereinfachen der Programmierung oder der Hardware-Logik, die dem Controller zugeordnet ist, um Wechsel der Brückenrichtung zu berücksichtigen, beinhaltet den Schritt des Invertierens des V_{brg_Error}-Signals bei einer rückwärtsleitenden Brücke. Auf diese Weise ist das V_{brg_Error}-Signal beständig für von Null verschiedene Lastströme nicht negativ und wird unabhängig von der Leistungsflussrichtung während Stromnulldurchgangsereignissen negativ. Im Gegensatz zu Messsystemen nach dem Stand der Technik wird der Wert des V_{brg_Error}-Signals weder von der Größe der Induktivität in der Last noch von der rückwärts gerichteten elektromotorischen Kraft des Motors beeinflusst. Vielmehr ist die vorherrschende in dem V_{brg_Error}-Signal vorhandene Fehlerquelle ganz einfach auf einen Spannungsabfall an dem Thyristor zurückzuführen. Dementsprechend können diese fehlerhaften Abweichungen durch Messen der Amplitude der Spannungsabfälle während eines vorbereitenden Selbstabgleichs des System kompensiert werden.
Falls der Controller in Schritt 310, ermittelt, dass das V_{brg_Error}-Signal positiv ist, kehrt der Controller zu Schritt 300 zurück, wo ein weiterer Abtastschritt durchgeführt wird. Falls der Controller jedoch ermittelt, dass das V_{brg_Error}-Signal negativ ist, erzeugt der Controller in Schritt 312 ein Stromnulldurchgangsereignissignal, das anzeigt, dass der Laststrom einen Nulldurchgang erreicht hat, und dass eine sichere Pulsabgabe der gesperrten, die Richtung umkehrenden Thyristorbrücke möglich ist, so dass die Richtung des Leistungsflusses in dem System umgekehrt wird.
Es können auch zusätzliche Sicherungseinrichtungen verwendet werden, um zu gewährleisten, dass ein Stromnulldurchgang erreicht ist. Insbesondere kann der Controller in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung fordern, dass vor einem Triggern der Umkehr des Konverters eine beliebige oder sämtliche der folgenden Bedingungen erfüllt sind: 1) die Richtung des durch den Controller gesteuerten Stroms ist entgegengesetzt zu der Richtung des durch den Controller gemessenen Stroms (d. h., es wurde eine Konverterumkehr befohlen); 2) das Brückenspannungsfehlersignal V_{brg_Error} ist negativ und weist eine vorbestimmte minimale Amplitude auf; 3) der gemessene Laststrom liegt unterhalb eines Minimalwerts (diese Bedingung ähnelt der in dem Stand der Technik vorzufindenden Bedingung des Stromnulldurchgangsfensters); und 4) die Bedingungen 2 und 3 sind für mindestens zwei aufeinanderfolgende Abtastungen WAHR, so dass das System vor abwegigen oder fehlerhaften Signalen geschützt ist, die auf Rauschen, Interferenzen und dergleichen zurückzuführen sind.
Mit Bezugnahme auf 3 wird nun eine Logikschaltbild 300 erörtert, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen des V_{br_Recon}-Signals und Erzeugen eines zugeordneten V_{brg_Error}-Signals veranschaulicht. Es ist selbstverständlich, dass die in Diagramm 300 veranschaulichte Logik in einer nach dem Stand der Technik wohl bekannten Weise in der Controllerhardware und/oder der Controllersoftware verwendet werden kann. Wie oben beschrieben, ermittelt der Controller der vorliegenden Erfindung, welches der drei Leiterspannungssignale (V_ab, V_ac und V_bc) als das rekonstruierte Brückenspannungssignal V_{br_Recon} verwendet werden soll. In Übereinstimmung mit dieser Voraussetzung nimmt der Controller der vorliegenden Erfindung Rückführungssignale und deren inverse Werte (V_{b_Fbk}, V_{ac_Fbk}, V_{bc_Fbk}, –V_{ab_Fbk}, –V_{ac_Fbk}, und –V_{bc_Fbk}) auf, die die Leiterspannungen kennzeichnen, die an jedem Thyristorpaar in der Brücke anliegen. Es ist selbstverständlich, dass die inversen Regelungssignale die Leiterspannungen während der zweiten Hälfte der Phase repräsentieren.
Der Controller nimmt außerdem Gatesignale (Gt_Fwd_10_Old, Gt_Fwd_20_Old, Gt_Fwd_30_Old, Gt_Fwd_40_Old, Gt_Fwd_50_Old, Gt_Fwd_60_Old, Gt_Rev_10_Old, Gt_Rev_20_Old, Gt_Rev_30_Old, Gt_Rev_40_Old, Gt_Rev_50_Old und Gt_Rev_60_Old) auf, die das Gatesignal kennzeichnen, das zuletzt an den Gate-Elementen jedes der 12 Thyristoren angelegt war, die sowohl in der vorwärts durchgesteuerten Brücke als auch in der rückwärtsleitenden Brücke vorhanden sind. Sämtliche Gatesignale sind Logiksignale, die mittels eines High- oder Low-Gate-Signals anzeigen, ob ein Pulsab gabesteuerbefehl an dem speziellen Thyristor vorhanden ist bzw. nicht vorhanden ist. Es ist selbstverständlich, dass sämtliche Gatesignale von dem Controller verzögert werden, um die Gatesignale mit den gemessenen Leiterspannungen zu synchronisieren.
Bei der Durchführung der Ermittlung des V_{br_Recon}-Signals wendet der Controller die folgende Logik auf die Gatesignale jedes Thyristors an. Die Pulsabgabedetektionslogik für die vorwärts durchgesteuerte Brücke weist mehrere UND-Gatter 402, 404, 406, 408, 410 und 412 auf, wovon jedes ein Paar Eingänge aufweist, die mit einem Paar Gatesignalen verbunden sind, die einer jeweiligen Thyristorverbindung entsprechen: 1 und 2, 2 und 3, 3 und 4, 4 und 5, 5 und 6 sowie 6 und 1. Die Ausgänge der Gates 402–412 sind mit den Logikschaltern 414, 416, 418, 420, 422 bzw. 424 verbunden. Jedes UND-Gatter 402–412 gibt ein das Ergebnis der UND-Operation kennzeichnendes Logikzustand-Signal an seinen zugeordneten Logikschalter 414–424 aus. Eine High-Logikzustand-Signal (d. h. 1) wird durch ein spezielles UND-Gatter 402–412 lediglich dann erzeugt, falls an beiden Thyristoren in dem Paar ein High-Gate-Signal vorhanden ist. Andernfalls erzeugen die UND-Gatter 402–412 ein Low-Logikzustand-Signal (d. h. 0). Für jedes UND-Gatter 402–412, das ein Low-Logikzustand-Signal erzeugt, liefert der entsprechende Logikschalter 414–424 ein Signal von 0,0 V zurück. Falls ein UND-Gatter allerdings ein High-Logikzustand-Signal erzeugt, gibt der entsprechende Schalter das Leitungsspannungsrückführungssignal zurück, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist.
Für die rückwärtsleitende Brücke ist eine ähnliche Pulsabgabedetektionslogik vorgesehen, die eine Anzahl von UND-Gattern 426, 428, 430, 432, 434 und 436 sowie entsprechende Logikschalter 438, 440, 442, 444, 446 und 448 aufweist. In der oben in Zusammenhang mit der vorwärts durchgesteuerten Brücke dargelegten Weise empfangen die UND-Gatter Gate-Signale, die das Anliegen von High- oder Low-Gate-Signalen an den Gateelementen jedes Thyristorpaars kennzeichnen. Falls beide Thyristoren in einem Paar High-Gate-Signale aufweisen, wird an den entsprechenden Logikschalter ein High-Logikzustand ausgegeben, und der Schalter gibt das dem Paar zugeordnete Leitungsspannungsrückführungssignal zurück.
Einem Brg_Select-Logikschalter 450 werden die Leiterspannungsrückführungsausgangssignale sowohl von der durchgesteuerten als auch von der rückwärtsleitenden Brücke zugeführt. Da (mit Ausnahme während einer Fehlfunktionsbedingung) zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt lediglich eine Brücke und ein Paar Thyristoren in der Brücke durchgeschaltet sind, bewirkt der Brg_Select Schalter 450 die Auswahl des Leiterspannungsrückführungsausgangssignals, das den von Null verschiedenen Wert aufweist. Dieses Signal wird in diesem Fall als das oben beschriebene V_{br_Recon}-Signal durchgelassen. Anschließend wird ein V_{brg_Fbk}-Signal, das die Ist-Brückenausgangsspannung kennzeichnet, in dem Addierschaltkreis 452 von dem V_{br_Recon}-Signal subtrahiert. Das sich ergebende Signal wir als das V_{brg_Error}-Signal ausgegeben, das von dem Controller verwendet wird, um den Stromnulldurchgang, wie oben im Einzelnen erläutert, zu ermitteln. Wie oben beschrieben, da sich das Vorzeichen des natürlichen V_{brg_Error}-Signals auf ein Durchschalten hin durch die rückwärtsleitende Brücke umkehrt, ist es erforderlich, diese Umkehr zu berücksichtigen.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang des Addierschaltkreis 352 durch einen Signalinverter 354 invertiert. Auf eine Umkehr des Stromflusses hin, veranlasst der Controller, den Logikschalter 356 zwischen einem Zustand (0) einer vorwärts durchgesteuerten Brücke und einem Zustand (1) einer rückwärtsleitenden Brücke zu schalten, wodurch bewirkt wird, dass das invertierte Ausgangssignal des Addierschaltkreises 352 das V_{brg_Error}-Signal wird.
Mit Bezugnahme auf 5 veranschaulicht ein Graph 500, in dem ein V_{brg_Error} über der Zeit aufgetragen ist, zwei unterschiedliche Stromnulldurchgangsereignisse 502 und 504. Wie oben beschrieben, ist das V_{brg_Error}-Signal positiv, es sein denn der Laststrom ist gleich Null. Aufgrund der Tatsache, dass die Lastspannung am Ausgang der Brücke auftritt, und nicht an einer der Leiterspannungen, wie es der Fall wäre, wenn die Brücke durchgeschaltet wäre, steigt der Wert von V_{brg_Fbk} zu diesem Zeitpunkt. Die Steigerung des V_{brg_Fbk}-Signals gegenüber dem V_{br_Recon}-Signal bewirkt, dass das V_{brg_Error}-Signal negativ wird, so dass anzeigt ist, dass die Durchführung einer sicheren Umkehr der Richtung der Leistung möglich ist.
Durch das Schaffen eines genauen und zeiteffizienten Systems und Verfahrens zum Bestimmen von Stromnulldurchgangsereignissen in einem umkehrbaren Leistungswandler ohne eine erforderliche Steigerung der Komplexität und der Kosten von Komponenten ermöglicht die vorliegende Erfindung es, einen Leistungsfluss ohne das Risiko von Leitungsfehlfunktionen aufgrund von Kreuzbrückenkurzschlüssen gefahrlos umzukehren. In der oben dargelegten Weise wird durch das Verwenden einer ausgewählten der Leiterspannungen, um die Brückenausgangsspannung zu rekonstruieren, und Vergleichen dieser Spannung mit der Ist-Brückenausgangsspannung ein Fehlersignal erzeugt, das positiv und verzögerungsfrei Stromnulldurchgangsereignisse anzeigt, so dass die Probleme und Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden.
Es ist selbstverständlich, dass, obwohl das Stromnulldurchgangserfassungssystem der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit einer Stromrichtungsumkehr in Gleichstrombrücken, z. B. SCRs, beschrieben wurde, sich dasselbe Verfahren auch auf die Steuerung von SCR-Brücken in Zykluskonvertern anwenden lässt, bei denen mehrere die Richtung umkehrende Gleichstrombrücken eingesetzt werden, um Wechselspannungen für die Steuerung von Wechselstromlasten, beispielsweise Elektromotoren, Generatoren und dergleichen, zu erzeugen.
Aus Gründen der Vollständigkeit werden in den folgenden nummerierten Klauseln vielfältige Beispiele unterbreitet:

1. Verfahren zum Erfassen von Stromnulldurchgangsereignissen in einem Leistungswandler mit mindestens zwei Thyristorbrücken (202, 204), um eine Umkehr des Leistungsflusses zwischen einer Quelle und einer Last zu ermöglichen, mit den folgenden Schritten: Aufnehmen mehrerer Leiterspannungen, und zwar jeweils eines für jede Phase eines Eingangssignals (300); Erzeugen eines rekonstruierten Brückenspannungssignals anhand eines ausgewählten aus einer Anzahl von Leiterspannungssignalen (302); Aufnehmen eines Ist-Brückenspannungssignals, das eine gemessene Ist-Brückenspannung repräsentiert (304); Vergleichen des rekonstruierten Brückenspannungssignals mit dem Ist-Brückenspannungssignal (306); Erzeugen eines Brückenspannungsfehlersignals, das auf dem Vergleich basiert (308); Ermitteln des Vorzeichens des Brückenspannungsfehlersignals (310); und Erzeugen eines Stromnulldurchgangsereignissignals, falls das Vorzeichen des Brückenspannungsfehlersignals einem vorbestimmten Vorzeichen entspricht (312).
2. Verfahren nach Klausel 1, ferner mit dem Schritt, von einem Stromsensor ein Laststromsignal aufzunehmen, das im Wesentlichen den Wert des Laststroms in dem Wandler kennzeichnet.
3. Verfahren nach Klausel 2, ferner mit dem Schritt, ein Stromnulldurchgangsfenster-Signal zu erzeugen, wenn das Laststromsignal innerhalb eines vorbestimmten Stromfensters liegt.
4. Verfahren nach Klausel 3, wobei zu dem Verfahren ferner die Schritte gehören: Empfangen eines rückwärtsleitenden Brückenbefehls, um die Richtung des Leistungsflusses zwischen der Quelle und der Last umzukehren; und Umkehren der Richtung des Leistungsflusses lediglich bei Empfang des Stromnulldurchgangsereignissignals und des Stromnulldurchgangsfenstersignals.
5. Verfahren nach Klausel 3, wobei zu dem Verfahren ferner die Schritte gehören: Ermitteln einer Amplitude des Brückenspannungsfehlersignals; Vergleichen der ermittelten Amplitude mit einer vorgegebenen Amplitude; und Erzeugen eines Amplitude-reicht-aus-Signals, falls die ermittelte Amplitude gleich oder größer als die vorgegebene Amplitude ist.
6. Verfahren nach Klausel 5, wobei zu dem Verfahren ferner die Schritte gehören: Empfangen eines rückwärtsleitenden Brückenbefehls, um die Richtung des Leistungsflusses zwischen der Quelle und der Last umzukehren; und Umkehren der Richtung des Leistungsflusses lediglich bei Empfang des Stromnulldurchgangsereignissignals, des Stromnulldurchgangsfenstersignals und des Amplitude-reicht-aus-Signals.
7. Verfahren nach Klausel 5, ferner mit dem Schritt des Messens jedes der Leiterspannungssignale, des Ist-Brückenspannungssignals und des Laststromsignals mit einer vorbestimmten Abtastrate.
8. Verfahren nach Klausel 7, wobei zu dem Verfahren ferner die Schritte gehören: Empfangen eines rückwärtsleitenden Brückenbefehls, um die Richtung des Leistungsflusses zwischen der Quelle und der Last umzukehren; und Umkehren der Richtung des Leistungsflusses lediglich bei Empfang sowohl des Stromnulldurchgangsereignissignals, des Stromnulldurchgangsfenstersignals als auch des Amplitude-reicht-aus-Signals in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen.
9. Verfahren nach Klausel 1, wobei der Schritt des Erzeugens eines rekonstruierten Brückenspannungssignals anhand eines ausgewählten aus einer Anzahl von Leiterspannungssignalen (302) ferner die Schritte beinhaltet: Aufnehmen mehrerer Gate-Signale für jeden aus einer Anzahl von Thyristoren, die in den mindestens zwei Thyristorbrücken (202, 204) enthalten sind, wobei die Gate-Signale High-Gate-Signale und Low-Gate-Signale beinhalten, und wobei die Anzahl von Thyristoren in jeder der Thyristorbrücken an jeden benachbarten Thyristor gekoppelt sind, um mehrere Thyristorpaare zu bilden; Zuordnen spezieller Leiterspannungssignale zu jedem der Anzahl von Thyristorpaaren anhand der Phase des hindurch geleiteten Stroms; Ermitteln eines durchgesteuerten Thyristorpaars anhand der aufgenommenen Gate-Signale; und Kennzeichnen des speziellen Leiterspannungssignals, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist, als das rekonstruierte Brückenspannungssignal.
10. Verfahren nach Klausel 9, wobei zu dem Verfahren ferner die Schritte gehören: Aufnehmen der Gate-Signale in mehreren UND-Gattern (402–412, 426–436), wobei jedes aus der Anzahl von UND-Gattern einem speziellen Thyristorpaar zugeordnet ist; Ausgeben eines Logikzustand-Signals von jedem aus der Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) an eine Anzahl von zugeordneten Logikschaltern (414–424, 438–448); Aufnehmen der dem speziellen Thyristorpaar zugeordneten Leiterspannungssignale in die Anzahl von Logikschaltern (414–424, 438–448); Erzeugen eines High-Logikzustand-Signals anhand jedes der UND-Gatter (402–412, 426–436) nur dann, wenn von beiden Thyristoren in dem zugehörigen Thyristorpaar her ein High-Gate-Stromsignal empfangen wird, um so das durchgesteuerte Thyristorpaar zu kennzeichnen; und bei Empfang eines High-Logikzustand-Signals, Ausgeben eines Signals, das das spezielle Leiterspannungssignal kennzeichnet, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist, von dem zugeordneten Logikschalter (414–424, 438–448).
11. Leistungswandler zum Steuern des Leistungsflusses zwischen einer Quelle und einer Last, zu der mindestens zwei Thyristorbrücken (202, 204) und ein Controller (206) zum Umkehren des Leistungsflusses zwischen einer Quelle und einer Last gehören, wobei der Controller (206) folgendes aufweist: mehrere Eingangssignale, um mehrere Leiterspannungssignale aufzunehmen, und zwar jeweils eines für jede Phase eines Eingangssignals (300); Logikmittel (400), um ein rekonstruiertes Brückenspannungssignal zu erzeugen, das auf einem ausgewählten aus der Anzahl von Leiterspannungssignalen basiert; (302); einen Eingang, um ein Ist-Brückenspannungssignal aufzunehmen, das eine gemessene Ist-Brückenspannung kennzeichnet (304); Verarbeitungsmittel zum Vergleichen des rekonstruierten Brückenspannungssignals mit dem Ist-Brückenspannungssignal (306); Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines Brückenspannungsfehlersignals, basierend auf dem Vergleich (308); Verarbeitungsmittel zur Bestimmung des Vorzeichens des Brückenspannungsfehlersignals (310); und Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines Stromnulldurchgangsereignissignals, falls das Vorzeichen des Brückenspannungsfehlersignals zu einem vorbestimmten Vorzeichen passt (312).
12. Controller nach Klausel 11, ferner mit einem Eingang, um von einem Stromsensor ein Laststromsignal entgegen zu nehmen, wobei das Laststromsignal im Wesentlichen den Wert des Laststroms in dem Wandler kennzeichnet.
13. Controller nach Klausel 12, zu dem ferner Verarbeitungsmittel gehören, um ein Stromnulldurchgangsfenstersignal zu erzeugen, wenn das Laststromsignal innerhalb eines vorbestimmten Stromfensters liegt.
14. Controller nach Klausel 13, zu dem ferner gehören: ein Eingang zum Empfangen eines rückwärtsleitenden Brückenbefehls, um die Richtung des Leistungsflusses zwischen der Quelle und der Last umzukehren; und Verarbeitungsmittel zum Umkehren der Richtung des Leistungsflusses lediglich bei Empfang des Stromnulldurchgangsereignissignals und des Stromnulldurchgangsfenstersignals.
15. Controller nach Klausel 13, zu dem ferner gehören: Verarbeitungsmittel zur Bestimmung einer Amplitude des Brückenspannungsfehlersignals; Verarbeitungsmittel zum Vergleichen der ermittelten Amplitude mit einer vorgegebenen Amplitude; und Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines Amplitudereicht-aus-Signals, falls die ermittelte Amplitude gleich oder größer als die vorgegebene Amplitude ist.
16. Controller nach Klausel 15, zu dem ferner gehören: ein Eingang zum Empfangen eines rückwärtsleitenden Brückenbefehls, um die Richtung des Leistungsflusses zwischen der Quelle und der Last umzukehren; und Verarbeitungsmittel zum Umkehren der Richtung des Leistungsflusses lediglich bei Empfang des Stromnulldurchgangsereignissignals, des Stromnulldurchgangsfenstersignals und des Amplitude-reicht-aus-Signals.
17. Controller nach Klausel 15, zu dem ferner Verarbeitungsmittel zum Messen jedes der Leiterspannungssignale, des Ist-Brückenspannungssignals und des Laststromsignals mit einer vorbestimmten Abtastrate gehören.
18. Controller nach Klausel-17, zu dem ferner gehören: ein Eingang zum Empfangen eines rückwärtsleitenden Brückenbefehls, um die Richtung des Leistungsflusses zwischen der Quelle und der Last umzukehren; und Verarbeitungsmittel zum Umkehren der Richtung des Leistungsflusses lediglich sowohl bei Empfang jedes Stromnulldurchgangsereignissignals, des Stromnulldurchgangsfenstersignals als auch des Amplitude-reicht-aus-Signals in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen.
19. Controller nach Klausel 11, wobei das Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines rekonstruierten Brückenspannungssignals basierend auf einem ausgewählten aus der Anzahl von Leiterspannungssignalen (302) ferner enthält: Verarbeitungsmittel zum Empfangen mehrerer Gate-Signale für jeden aus einer Anzahl von Thyristoren, die in den mindestens zwei Thyristorbrücken enthalten sind, wobei die Anzahl von Gate-Signalen High-Gate-Signale und Low-Gate-Signale umfassen, und wobei die Anzahl von Thyristoren in jeder der Thyristorbrücken mit jedem benachbarten Thyristor verbunden sind, um eine Anzahl Thyristorpaare zu bilden; Verarbeitungsmittel zum Zuordnen spezieller Leiterspannungssignale zu jedem aus der Anzahl von Thyristorpaaren, basierend auf der Phase des hindurch geleiteten Stroms; Verarbeitungsmittel zum Ermitteln eines durchgesteuerten Thyristorpaars, basierend auf den aufgenommenen Gate-Signalen; und Verarbeitungsmittel zum Kennzeichnen des speziellen Leiterspannungssignals, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist, als das rekonstruierte Brückenspannungssignal.
20. Controller nach Klausel 19, zu dem ferner gehören: mehrere UND-Gatter (402–412, 426–436), um die Gate-Signale entgegen zu nehmen, wobei jedes aus der Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) einem speziellen Thyristorpaar zugeordnet ist; und mehrere zugeordnete Logikschalter (414–424, 438–448), um von jedem aus der Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) Logikzustand-Signale aufzunehmen, wobei die Anzahl von Logikschaltern (414–424, 438–448) die Leiterspannungssignale aufnehmen, die dem speziellen Thyristorpaar zugeordnet sind, wobei die Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) lediglich dann ein High-Logikzustand-Signal anhand jedes der UND-Gatter (402–412, 426–436) erzeugen, wenn ein High-Gate-Signal von beiden Thyristoren in dem zugehörigen Thyristorpaar her aufgenommen wird, um auf diese Weise das durchgesteuerte Thyristorpaar zu kennzeichnen, und wobei jeder aus der Anzahl von Logikschaltern (414–424, 438–448) bei Empfang eines High-Logikzustand-Signals ein Signal ausgibt, das das spezielle Leiterspannungssignal kennzeichnet, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist.

Claims

Verfahren zum Erfassen von Stromnulldurchgangsereignissen in einem Leistungswandler mit mindestens zwei Thyristorbrücken (202, 204), um eine Umkehr des Leistungsflusses zwischen einer Quelle und einer Last zu ermöglichen, mit den folgenden Schritten: Aufnehmen mehrerer Leiterspannungen, und zwar jeweils eines für jede Phase eines Eingangssignals (300); Erzeugen eines rekonstruierten Brückenspannungssignals anhand eines ausgewählten aus einer Anzahl von Leiterspannungssignalen (302); Aufnehmen eines Ist-Brückenspannungssignals, das eine gemessene Ist-Brückenspannung repräsentiert (304); Vergleichen des rekonstruierten Brückenspannungssignals mit dem Ist-Brückenspannungssignal (306); Erzeugen eines Brückenspannungsfehlersignals, das auf dem Vergleich basiert, (308); Ermitteln des Vorzeichens des Brückenspannungsfehlersignals (310); und Erzeugen eines Stromnulldurchgangsereignissignals, falls das Vorzeichen des Brückenspannungsfehlersignals einem vorbestimmten Vorzeichen entspricht (312), wobei der Schritt des Erzeugens eines rekonstruierten Brückenspan nungssignals anhand eines ausgewählten aus einer Anzahl von Leiterspannungssignalen (302) ferner die Schritte beinhaltet: Aufnehmen mehrerer Gate-Signale für jeden aus einer Anzahl von Thyristoren, die in den mindestens zwei Thyristorbrücken (202, 204) enthalten sind, wobei die Gate-Signale High-Gate-Signale und Low-Gate-Signale beinhalten, und wobei die Anzahl von Thyristoren in jeder der Thyristorbrücken an jeden benachbarten Thyristor gekoppelt sind, um mehrere Thyristorpaare zu bilden; Zuordnen spezieller Leiterspannungssignale zu jedem der Anzahl von Thyristorpaaren anhand der Phase des hindurch geleiteten Stroms; Ermitteln eines durchgesteuerten Thyristorpaars anhand der aufgenommenen Gate-Signale; und Kennzeichnen des speziellen Leiterspannungssignals, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist, als das rekonstruierte Brückenspannungssignal.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, ein Laststromsignal von einem Stromsensor aufzunehmen, der im Wesentlichen den Wert des Laststroms in dem Wandler kennzeichnet.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Schritt, ein Stromnulldurchgangsfenster-Signal zu erzeugen, wenn das Laststromsignal innerhalb eines vorbestimmten Stromfensters liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu dem Verfahren ferner die Schritte gehören: Aufnehmen der Gate-Signale in mehreren UND-Gattern (402–412, 426–436), wobei jedes aus der Anzahl von UND-Gattern einem speziellen Thyristorpaar zugeordnet ist; Ausgeben eines Logikzustand-Signals von jedem aus der Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) an eine Anzahl von zugeordneten Logikschaltern (414–424, 438–448); Aufnehmen der dem speziellen Thyristorpaar zugeordneten Leiterspannungssignale in die Anzahl von Logikschaltern (414–424, 438–448); Erzeugen eines High-Logikzustand-Signal anhand jedes der UND-Gatter (402–412, 426–436) nur dann, wenn von beiden Thyristoren in dem zugehörigen Thyristorpaar her ein High-Gate-Stromsignal empfangen wird, um so das durchgesteuerte Thyristorpaar zu kennzeichnen; und bei Empfang eines High-Logikzustand-Signals Ausgeben eines Signal, das das spezielle Leiterseitung-Spannungs-signal kennzeichnet, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist, von dem zugeordneten Logikschalter (414–424, 438–448).
Leistungswandler zum Steuern des Leistungsflusses zwischen einer Quelle und einer Last, zu der mindestens zwei Thyristorbrücken (202, 204) und ein Controller (206) zum Umkehren des Leistungsflusses zwischen einer Quelle und einer Last gehören, wobei der Controller (206) folgendes aufweist: mehrere Eingangssignale, um mehrere Leiterspannungssignale aufzunehmen, und zwar jeweils eines für jede Phase eines Eingangssignals (300); Logikmittel (400), um ein rekonstruiertes Brückenspannungssignal zu erzeugen; das auf einem ausgewählten aus der Anzahl von Leiterspannungssignalen basiert; (302); einen Eingang, um ein Ist-Brückenspannungssignal aufzunehmen, das eine gemessene Ist-Brückenspannung kennzeichnet (304); Verarbeitungsmittel zum Vergleichen des rekonstruierten Brückenspannungssignals mit dem Ist-Brückenspannungssignal (306); gekennzeichnet durch: Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines Brückenspannungsfehlersignals, basierend auf dem Vergleich (308); Verarbeitungsmittel zur Bestimmung des Vorzeichens des Brückenspannungsfehlersignals (310); und Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines Stromnulldurchgangsereignissignals, falls das Vorzeichen des Brückenspannungsfehlersignals zu einem vorbestimmten Vorzeichen passt (312), wobei das Verarbeitungsmittel zum Erzeugen eines rekonstruierten Brückenspannungssignals basierend auf einem ausgewählten aus der Anzahl von Leiterspannungssignalen (302) ferner enthält: Verarbeitungsmittel zum Empfangen mehrerer Gate-Signale für jeden aus einer Anzahl von Thyristoren, die in den mindestens zwei Thyristorbrücken enthalten sind, wobei die Anzahl von Gate-Signalen High-Gate-Signale und Low-Gate-Signale umfassen, und wobei die Anzahl von Thyristoren in jeder der Thyristorbrücken mit jedem benachbarten Thyristor verbunden sind, um eine Anzahl Thyristorpaare zu bilden; Verarbeitungsmittel zum Zuordnen spezieller Leiterspannungssignale zu jedem aus der Anzahl von Thyristorpaaren, basierend auf der Phase des hindurch geleiteten Stroms; Verarbeitungsmittel zum Ermitteln eines durchgesteuerten Thyristorpaars, basierend auf den aufgenommenen Gate-Signalen; und Verarbeitungsmittel zum Kennzeichnen des speziellen Leiterspannungssignals, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist, als das rekonstruierte Brückenspannungssignal.
Wandler nach Anspruch 5, ferner mit einem Eingang, um von einem Stromsensor ein Laststromsignal entgegen zu nehmen, wobei das Laststromsignal im Wesentlichen den Wert des Laststroms in dem Wandler kennzeichnet.
Wandler nach Anspruch 6, zu dem ferner Verarbeitungsmittel gehören, um ein Innerhalb-Nullstrom-Fenster-Signal zu erzeugen, wenn das Laststromsignal innerhalb eines vorbestimmten Stromfensters liegt.
Wandler nach Anspruch 5, zu dem ferner gehören: mehrere UND-Gatter (402–412, 426–436), um die Gate-Signale entgegen zu nehmen, wobei jedes aus der Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) einem speziellen Thyristorpaar zugeordnet ist; und mehrere zugeordnete Logikschalter (414–424, 438–448), um von jedem aus der Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) Logikzustand-Signale aufzunehmen, wobei die Anzahl von Logikschaltern (414–424, 438–448) die Leiterspannungssignale aufnehmen, die dem speziellen Thyristorpaar zugeordnet sind, wobei die Anzahl von UND-Gattern (402–412, 426–436) lediglich dann ein High-Logikzustand-Signal anhand jedes der UND-Gatter (402–412, 426–436) erzeugen, wenn ein High-Gate-Signal von beiden Thyristoren in dem zugehörigen Thyristorpaar her aufgenommen wird, um auf diese Weise das durchgesteuerte Thyristorpaar zu kennzeichnen, und wobei jeder aus der Anzahl von Logikschaltern (414–424, 438–448) bei Empfang eines High-Logikzustand-Signals ein Signal ausgibt, das das spezielle Leiterspannungssignal kennzeichnet, das dem durchgesteuerten Thyristorpaar zugeordnet ist.