DE4208541A1 - Spannungsueberwachungsschaltung fuer drehstrom-dreiphasennetze - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Spannungsüberwachungsschaltung für Drehstrom-Dreiphasennetze mit vorhandenem oder künstlich ge­ schaffenem Mittelpunkt, mit Überwachung der an einer Gleichrich­ terbrücke auftretenden Gleichspannung auf Unterschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes.

Einfachere Stromrichtergeräte zur Ankerspeisung geregelter Gleichstrommotoren besitzen eine Unterspannungsüberwachung, die bei absinkender Netzspannung unter Werte von etwa 70% der Nennanschlußspannung anspricht und die Regler sperrt. Geräte in vollgesteuerter Drehstrom-Brückenschaltung sind zu­ sätzlich mit einer Phasenausfallüberwachung ausgerüstet, die bei Ausfall einer Phase, z. B. bei Ansprechen einer vorgeschal­ teten Sicherung Regler- und Steuerimpulse sperrt und den Fehler über ein Relais meldet. Die Phasenausfallüberwachung dient so­ mit bei Verwendung von Strangsicherungen gleichzeitig als Si­ cherungsüberwachung. Im Vordergrund stehen dabei kurze Ansprech- und Totzeiten, um zuverlässig die Fehlfunktionen von z. B. netz­ geführten Stromrichtergeräten aufgrund eines Spannungseinbruches verhindern zu können. Bei lückendem Strom im Stromrichter bietet diese Überwachung einen wirkungsvollen Schutz gegen Fehlsynchro­ nisierung bei Netzausfall im Gleichrichter- und Wechselrichter­ betrieb, die kurzschlußähnliche Zustände hervorruft.

Bei den im Stand der Technik bekannten Schaltungen werden die Außenleiterspannungen mittels einer 6-pulsigen Gleichrichter­ brücke gleichgerichtet. Die dabei entstehende 6-pulsige Gleich­ spannung wird entweder auf Masse bezogen oder bezugspotential­ frei mittels eines Differenzverstärkers aufbereitet und von einem Schwellwertschalter ausgewertet. Wegen der bei Vollweg­ gleichrichtung entstehenden dichten Aufeinanderfolge der Span­ nungshalbwellen, die in allen anderen Hinsichten vorteilhaft ist und wegen der Tatsache, daß die verkettete Außenleiter­ spannung bei Ausfall einer Phase nicht auf den Wert Null son­ dern nur auf den Wert von ca. 58% einbricht, ist die Über­ wachung problematisch. Es muß nämlich wegen der noch zu tole­ rierenden Unterspanung von ca. 70% die Ansprechschwelle sehr niedrig festgelegt werden. Sie kommt dabei in die Nähe der Pha­ senspannungsgröße. Damit ist, wie später erläutert werden wird, ein zeitlich enger Ansprechbereich und ein weiter Totbereich, das ist der maximal mögliche zeitliche Abstand zwischen dem Auftreten des Fehlers und dessen Registrierung, verbunden.

Eine Schaltung, die diese Nachteile nicht aufweist, ist er­ findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Gleichstromausgang der Gleichrichterbrücke gegen den sekundä­ ren Sternpunkt auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem ersten Schwellwertschalter mit positivem Schwellwert zugeführt ist und daß die am negativen Gleichstromausgang der Gleich­ richterbrücke gegen den sekundären Sternpunkt auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem zweiten Schwellwertschalter mit negativem Schwellwert zugeführt ist und daß die Ausgänge der beiden Schwellwertschalter zusammengeschaltet und mit einer Impulssperrstufe verbunden sind.

Der Vorteil liegt darin, daß bei der von jeder Schwellwertstufe überwachten 3-pulsigen Spannung der zu registrierende fehler­ hafte Zustand wesentlich länger besteht als bei der herkömmli­ cherweise überwachten 6-pulsigen Schaltung. Hier werden Phasen­ spannungen überwacht, die im allgemeinen deutlicher, nämlich bis zu einem theoretischen Wert Null einbrechen als die her­ kömmlicherweise überwachten verketteten Außenleiterspannungen, die sich vektoriell aus zwei Phasenspannungen zusammensetzen. Der Totbereich, das ist der Zeitraum der maximal zwischen dem Auftreten des Fehlers und seiner Registrierung vergehen kann, ist demgemäß kürzer.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in die Anspeiseleitungen der Gleichrichterbrücke je ein Widerstand geschaltet ist, wobei diese Widerstände zusammen mit zwischen den beiden Gleichstromausgängen der Gleichrichter­ brücke und dem sekundären Sternpunkt in herkömmlicher Weise angeordneten Widerständen abwechselnd und zyklisch einen Span­ nungsteiler bilden. Dabei ist vorteilhaft, daß jede der Dioden der Gleichrichterbrücke nur mit einer Sperrspannung beansprucht wird, die der im Teilungspunkt der Spannungsteiler auftretenden Teilspannung entspricht.

Anhand von Zeichnungen soll nachfolgend die erfindungsgemäße Schaltung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsschema zur erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 2 und 3 Folgen von Spannungshalbwellen mit Spannungsein­ brüchen.

Fig. 1: Zur Stromversorgung der hier nicht näher beschriebenen Elektronikschaltung 1 dient beispielsweise ein Netztransforma­ tor 2. Seine sekundären Wicklungen 3, 4, 5 sind im Stern geschal­ tet, ein gemeinsamer Sternpunkt 6 ist herausgeführt. Von jeder der drei Sekundärwicklungen 3, 4, 5 führt eine Leitung zu einem der drei drehstromseitigen Anspeisepunkte 7, 8, 9 einer herkömm­ lichen, aus ungesteuerten Ventilen 10-15 bestehenden Drehstrom­ brückenschaltung 16. Jeder ihrer beiden Gleichspannungs-Ausgangs­ punkte 17, 18 ist einerseits über einen Belastungswiderstand 19, 20 an den Transformatorsternpunkt geschaltet, andererseits an den jeweils gleich bezeichneten Eingang eines Schwellwert­ schalters. Es ist also der positive Gleichspannungs-Ausgangs­ punkt 17 mit dem positiv bezeichneten nichtinvertierenden Ein­ gang eines als positiver Schwellwertschalter 21 geschalteten Operationsverstärkers und der negative Gleichspannungs-Ausgangs­ punkt 18 mit dem negativ bezeichneten invertierenden Eingang eines als negativer Schwellwertschalter 22 geschalteten Opera­ tionsverstärkers leitend verbunden. Die Referenz- oder Schwell­ enspannungen werden aus Spannungsteilern gewonnen und den je­ weils anderen Eingängen zugeführt. So wird die Referenzspannung für den Schwellwertschalter 21 mittels eines zwischen positive Speiseleitung und Mittelpunkt M geschalteten, aus den Wider­ ständen 23, 24 bestehenden Spannungsteilers gewonnen und dem invertierenden Eingang dieses Schwellwertschalters 21 zuge­ führt. In analoger Weise wird die Referenzspannung für den Schwellwertschalter 22 mittels eines zwischen negative Spei­ seleitung und Mittelpunkt M geschalteten, aus den Widerständen 25, 26 bestehenden Spannungsteilers gewonnen und dem nichtin­ vertierenden Eingang dieses Schwellwertschalters 22 zugeführt. Die Ausgänge der Schwellwertschalter 21, 22 sind zusammenge­ schaltet und mit einer Einrichtung zur Auslösung einer Impuls­ sperre etc., die hier nicht dargestellt ist, verbunden. In die von den Transformatorwicklungen 3, 4, 5 zu den zugeordneten Dreh­ strom-Anspeisepunkten 7, 8, 9 der Gleichrichterbrücke 16 führen­ den Leitungen sind Widerstände 27, 28, 29 geschaltet. Diese Wider­ stände bilden je nach Stromflußrichtung zyklisch Spannungstei­ ler und zwar bei positivem Strom mit dem Belastungswiderstand 19 und bei negativem Strom mit dem Belastungswiderstand 20. Da­ durch tritt an den Dioden 10-15 lediglich eine Sperrspannung in der Größe der Teilerspannung auf.

In Fig. 2 ist die am Ausgang eines Drehstrombrückengleichrich­ ters auftretende Reihe von Halbwellen der verketteten Spannun­ gen oder Außenleiterspannungen gezeigt. Wenn eine Phasenspan­ nung ausfällt, brechen alle mit ihr verketteten Spannungen auf den Betrag einer Phasenspannung ein, der bekanntlich in der Höhe von ca. 58% des Betrages der verketteten Spannungen liegt. Hier ist z. B. der Ausfall der Phase S dargestellt, der ein zyk­ lisches Einbrechen der Außenleiterspannungen RS und ST auf theoretisch etwa 58% ihres Betrages verursacht. Schraffiert ist das schmale Band für die Festlegung der Schwellenspannung zu erkennen, das zwischen der Toleranzgrenze für die Unter­ spannung und den Phasenspannungen, die beim hier angenommenen Ausfall der Phase S auftreten, verbleibt. Daraus ist zu ersehen, daß für diese Gegebenheiten der Ansprechbereich A sehr kurz und der Totbereich T sehr lang ist.

In Fig. 3 sind demgegenüber die Spannungsverhältnisse darge­ stellt, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Schaltung gegeben sind. Auch hier ist wieder der Ausfall der Phase S angenommen. Es ist deutlich zu erkennen, daß hier in vorteilhafter Weise ein wesentlich verlängerter Ansprechbereich A und ein wesent­ lich verkürzter Totbereich T erzielt werden kann. Die zeitli­ che Beziehung zwischen den beiden Folgen von Spannungshalb­ wellen wird durch die Zusammenschaltung der Ausgänge der Schwell­ wertschalter 21, 22 hergestellt.

Claims (2)

1. Spannungsüberwachungsschaltung für Drehstrom-Dreiphasennetze mit vorhandenem oder künstlich geschaffenem Mittelpunkt, mit Überwachung der an einer Gleichrichterbrücke auftretenden Gleichspannung auf Unterschreitung eines vorgebbaren Schwell­ wertes, dadurch gekennzeichnet, daß die am positiven Gleichstromausgang (17) der Gleichrichter­ brücke (16) gegen den sekundären Sternpunkt (6) auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem ersten Schwellwertschalter (21) mit positivem Schwellwert zugeführt ist und daß die am nega­ tiven Gleichstromausgang (18) der Gleichrichterbrücke (16) gegen den sekundären Sternpunkt (6) auftretende 3-pulsige Gleichspannung einem zweiten Schwellwertschalter (22) mit negativem Schwellwert zugeführt ist und daß die Ausgänge der beiden Schwellwertschalter (21, 22) zusammengeschaltet und mit einer Impulssperrstufe verbunden sind.

2. Spannungsüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Anspeiseleitungen der Gleichrichterbrücke (16) je ein Widerstand (27, 28, 29) geschal­ tet ist, wobei diese Widerstände zusammen mit zwischen den bei­ den Gleichstromausgängen (17, 18) der Gleichrichterbrücke (16) und dem sekundären Sternpunkt (6) in herkömmlicher Weise ange­ ordneten Widerständen (19, 20) abwechselnd und zyklisch einen Spannungsteiler bilden.