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Dokumentenidentifikation DE60001962T2 04.03.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001203434
Titel VERFAHREN UND APPARAT ZUM FESTSTELLEN EINES DEFEKTEN THYRISTORS
Anmelder York International Corp., York, Pa., US
Erfinder JADRIC, Ivan, York, US;
SCHNETZKA, R., Harold, York, US;
BEAVERSON, K., Gregory, York, US
Vertreter Tergau & Pohl, 60322 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 60001962
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 09.08.2000
EP-Aktenzeichen 009538851
WO-Anmeldetag 09.08.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/US00/21649
WO-Veröffentlichungsnummer 0001013487
WO-Veröffentlichungsdatum 22.02.2001
EP-Offenlegungsdatum 08.05.2002
EP date of grant 02.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.2004
IPC-Hauptklasse H02H 7/08

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ermittlung eines defekten Thyristors und insbesondere auf die Ermittlung eines defekten Thyristors in kontaktlosen Motoranlassern oder Motorsteuerungen im herabgesteuerten Betrieb.

Stand der Technik

Elektrische Motoren nutzen als Teil des Motorsteuergerätes häufig Thyristoren, die auch als Siliziumgleichrichter (SCRs) bekannt sind. Einen Thyristor kann man sich als eine schaltbare Diode mit drei Terminals vorstellen: mit einem Steuerelement, einer Anode und einer Kathode. Wenn eine Versorgungsspannung, die geringer ist als die Durchschlagspannung, auf die Anode und Kathode des Thyristors angelegt wird und kein „Auslöse"-Impulsstrom oder -Spannung (Trigger-Signal) auf das Steuerelement angelegt wird, ist der Thyristor „ausgeschaltet", d. h., es fließt kein Strom von der Anode zur Kathode. Wird ein Trigger-Signal an das Steuerelement angelegt, so fällt die Spannung zwischen Anode und Kathode im Vergleich zu der Versorgungsspannung auf einen sehr niedrigeren Wert ab und der Thyristor schaltet sich „ein", d. h., Strom fließt durch den Thyristor von der Anode zur Kathode. Einmal eingeschaltet, kann der Thyristor ungeachtet des Auslöse-Signals am Steuerelement eingeschaltet bleiben, vorausgesetzt der bereitgestellte Strom durch den Thyristor bleibt oberhalb eines Haltestromwerts. Um den Thyristor auszuschalten, muss der Anoden-Kathoden-Strom auf ein Niveau unterhalb des Haltestromwerts für die Vorrichtung reduziert werden.

Wie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, regeln kontaktlose Anlasser oder Steuerungen den Fluss des elektrischen Stroms von der Energieversorgung zum Motor, während dessen der Motor startet. Diese Anlasser haben Thyristorschalter, die den Strom, der dem Motor zugeführt wird, graduell erhöhen. Der Anlasser reguliert durch Betätigung der Thyristorschalter die Zeitspanne, in der der Thyristor Elektrizität leitet und Strom führt. Mit anderen Worten: Der Anlasser regelt, wann der Strom von der Energieversorgung dem Motor zugeführt wird. Durch Regelung des dem Motor während der Anlaufphase zugeführten Stroms wird der Motor behutsam auf volle Betriebsgeschwindigkeit gebracht.

Wird ein elektrischer Motor ohne einen solchen Anlasser gestartet, so kann der vom Motor bezogene Strom überhöht sein, für gewöhnlich sechsmal so hoch wie der Strom im Ruhezustand, d. h., der Strom erreicht sofort die volle Nenndrehzahl. Dieser beträchtliche Stromzufluss kann einen Spannungsabfall im Energieverteilungssystem zur Folge haben, der Lichter dimmen und flimmern lassen und in der Nähe befindliche Gerätschaften beeinträchtigen kann. Zudem kann das Motordrehmoment rapide ansteigen und oszillieren, was die mechanischen Komponenten des Motors oder alles, was an diesen angeschlossen ist, negativ beeinträchtigen kann.

Der Defekt eines Thyristors im Anlasser kann zudem eine schlechte Funktionalität des Motors zur Folge haben. Thyristordefekte haben grundsätzlich Zustände mit unausgeglichener Energieversorgung zur Folge, die zu großen Drehmomentschwankungen führen können, die vom Motor gesteuerte mechanische Kupplungen und Getriebe beschädigen können.

Aus diesem Grund ist es notwendig, einen defekten Thyristor während des Motorbetriebs ermitteln zu können.

Zusammenfassung der Erfindung

Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung ermitteln einen defekten gesperrten Thyristor in einer kontaktlosen Steuerung zur Stromversorgung eines Verbrauchers im herabgesteuerten Betrieb. Verfahren gemäß der Erfindung ermitteln eine Spannung über dem Thyristor und zeigen einen defekten gesperrten Thyristor an, sobald der Absolutwert der Spannung über dem Thyristor innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne unterhalb eines Grenzwerts bleibt. Vorrichtungen gemäß der Erfindung weisen einen Spannungsmesser-Schaltkreis auf, der einen elektrischen Widerstand, einen Kondensator und eine Leuchtdiode zur Ermittlung der Spannung über dem Thyristor aufweist, sowie einen Mikroprozessor, der mit dem Spannungsmesser-Schaltkreis verbunden ist, um einen defekten gesperrten Thyristor anzuzeigen, wenn der Absolutwert der Spannung über dem Thyristor innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne unterhalb eines Grenzwerts bleibt.

Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung ermitteln einen defekten durchgesteuerten Thyristor in einer kontaktlosen Steuerung im Nennspannungsbetrieb. Verfahren gemäß der Erfindung ermitteln eine Spannung über dem Thyristor und zeigen einen defekten durchgesteuerten Thyristor an, wenn der Absolutwert der Spannung über dem Thyristor einen Grenzwert übersteigt. Vorrichtungen gemäß der Erfindung weisen einen Spannungsmesser-Schaltkreis auf, der einen elektrischen Widerstand, einen Kondensator und eine Leuchtdiode zur Ermittlung der Spannung über dem Thyristor aufweist, sowie einen Mikroprozessor, der optisch mit dem Spannungsmesser-Schaltkreis verbunden ist, um einen defekten, durchgesteuerten Thyristor anzuzeigen, wenn der Absolutwert der Spannung über dem Thyristor einen Grenzwert übersteigt.

Die Zusammenfassung und die folgende ausführliche Beschreibung sollen den Anwendungsbereich der beanspruchten Erfindung nicht einschränken. Beide liefern vielmehr Beispiele und Erklärungen, die es anderen ermöglichen sollen, die Erfindung zu nutzen. Die dazugehörigen Zeichnungen, die ein Teil der ausführlichen Beschreibung sind, zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und erläutern, zusammen mit der Beschreibung, die Grundsätze der Erfindung.

Eine kurze Erläuterung der Zeichnungen

Die dazugehörigen Zeichnungen, die in die Beschreibung mitaufgenommen sind und die einen Teil dieser bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, der Erläuterung der Grundsätze der Erfindung. Darin zeigen:

1 gemäß der Erfindung ein schematisches Diagramm eines Schaltkreises, der aus einer Drei-Phasen-Wechselstromversorgung für einen Verbraucher mit einem kontaktlosen Anlasser oder mit einer kontaktlosen Steuerung besteht;

2 ein Kurvendiagramm, das die Spannung über dem Thyristorpaar 104, den Strom über dem Thyristorpaar 104 und die Ausgangsspannungen der Stromversorgung 112, die allesamt in 1 dargestellt sind, unter ordnungsgemäßen sowie unter fehlerhaften Betriebsbedingungen zeigt;

3 ein Blockdiagramm eines Computers und ein ausführlicheres Kreisdiagramm des mit einem ersten Fehlerdetektor 110 parallel geschalteten Thyristorpaares 104, wie in 1 gezeigt; und

4 gemäß der Erfindung ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln defekter Thyristoren in einem Thyristorpaar.

Die folgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung bezieht sich auf die dazugehörigen Zeichnungen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

1 zeigt, gemäß der Erfindung, ein schematisches Diagrammeiner Drei-Phasen-Wechselstromversorgung 112 für einen Verbraucher 102 mit einem kontaktlosen Anlasser oder einer kontaktlosen Steuerung 150 im herabgesteuerten Betrieb. Der Verbraucher 102 kann einen Drei-Phasen-Motor aufweisen, der verschiedene Bauteile eines Kühlsystems steuern kann. Das Kühlsystem kann einen Kompressor, einen Kondensator, einen Wärmetauscher und einen Verdampfer aufweisen. Wie oben erwähnt, verringert der Anlasser 150 in bekannter Weise während des Starts oder bei der Beschleunigung den Strom, mit dem der Verbraucher 102 versorgt wird.

Die Drei-Phasen-Wechselstromversorgung 112 versorgt den Verbraucher 102 über eine erste Versorgungsleitung 130, über eine zweite Versorgungsleitung 132 sowie über eine dritte Versorgungsleitung 136. Jede Leitung führt Wechselstrom, jedoch besitzt jede einen anderen Phasenwinkel. Die Leitung 130 umfasst ein erstes Thyristorpaar 104, das einen ersten Thyristor 142 und einen zweiten Thyristor 144 aufweist. Die Thyristoren 142 und 144 sind gegengekoppelt geschaltet, d. h., die Anode des Thyristors 142 ist mit der Kathode des Thyristors 144 verbunden und umgekehrt. Ähnlich der Leitung 130 umfasst die Leitung 132 ein zweites gegengekoppeltes Thyristorpaar 106; die Leitung 136 umfasst ein drittes gegengekoppeltes Thyristorpaar 108. Die Kontrollschaltung zur zeitlichen Koordination und Ansteuerung der Thyristorpaare 104, 106 und 108 ist hinreichend bekannt und daher nicht dargestellt.

Ein Widerstand 152 und ein Kondensator 154 sind parallel zu dem Thyristorpaar 104 in Reihe geschaltet. Der Widerstand 152 und der Kondensator 154 stellt ein erstes „Schaltungsnetzwerk" bereit zur Entstörung hoher Spannungsänderungen am Thyristorpaar 104. In ähnlicher Weise stellen ein Widerstand 156 und ein Kondensator 158 ein zweites Schaltungsnetzwerk für das Thyristorpaar 106 bereit. Ebenso stellen ein Widerstand 160 und ein Kondensator 164 ein drittes Schaltungsnetzwerk für das Thyristorpaar 108 bereit.

In Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind ein erster Fehlerdetektor 110 zu dem ersten Thyristorpaar 104, ein zweiter Fehlerdetektor 114 zu dem zweiten Thyristorpaar 106 und ein dritter Fehlerdetektor 116 zu dem dritten Thyristorpaar 108 parallel geschaltet. Jeder Detektor 110, 114 und 116 ermittelt gleichermaßen Fehler in den Thyristorpaaren 104, 106 oder 108.

3 zeigt ein ausführlicheres Kreisdiagramm des mit einem ersten Fehlerdetektor 110 parallel geschalteten Thyristorpaares 104, wie in 1 gezeigt. In Vorrichtungen gemäß der Erfindung weist der erste Fehlerdetektor 110 einen mit einem Kondensator 320 und einem Widerstand 314 in Reihe geschalteten bidirektionalen Fotokoppler 310 auf. Der bi-direktionale Fotokoppler 310 umfasst ein gegengekoppeltes Leuchtdioden(LED)-Paar 316, 318 sowie einen optisch empfindlichen bipolaren Flächentransistor (BJT) 308. Der Emitter des Transistors 308 ist mit dem Eingang des Mikroprozessors 326 verbunden. Ein Pull-Down-Widerstand 306 ist zwischen der Masse und dem Emitter des Transistors geschaltet. Der Kollektor des Transistors 308 ist mit einer separaten Energieversorgung B+ verbunden.

3. stellt zudem ein Datenverarbeitungssystem dar, das einen Computer 332 aufweist, der geeignet ist für die Verwendung von Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung. Der Computer 332 umfasst einen Mikroprozessor 326, einen Speicher 334 und eine zweite Speichervorrichtung 330. Der Speicher 334 und die zweite Speichervorrichtung 330 können Anwendungsprogramme, wie z. B. eine Anwendung 328, und Daten für die Ausführung sowie Nutzung des Mikroprozessors 326 hinterlegen.

Der Funktionalität des Fehlerdetektor-Schaltkreises 110 wird analysiert, wenn erstens der Strom Ia über dem Thyristorpaar 104 ungleich Null ist und zweitens, wenn er Null ist.

Im ersten Fall, wenn der Strom Ia ungleich Null ist, leitet entweder der Thyristor 142 oder der Thyristor 144 und die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 entspricht dem Abfall der Durchlassspannung an einem Thyristor, die Idealerweise Null ist. In diesem Fall reicht die Spannung Vad nicht aus, um den Strom durch den Detektor 110 fließen zu lassen und das LED-Paar 316, 318 erzeugt keinen Lichtstrahl 322. Folglich schaltet sich der optisch verbundene Transistor 308 nicht ein und der Transistor 308 meldet dem Mikroprozessor 326 einen L-Pegel. Der Strom Ia ist ungleich Null, sobald einer der Thyristoren 142, 144 durchgesteuert wird und korrekt leitet oder, sobald einer der Thyristoren 142, 144 gesperrt ist.

Im zweiten Fall, wenn der Strom Ia Null ist, leitet weder der Thyristor 142 noch der Thyristor 144 und die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 ist Idealerweise, anders als im ersten Fall, nicht notwendigerweise Null. Wenn der Verbraucher 102 ein Drei-Phasen-Motor ist, so ist die Spannung Vad über dem Thyristor 104 gleich der Differenz zwischen der am Punkt a anliegenden Spannung der Spannungsversorgung 112 und der gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMK) des Motors, vorausgesetzt der Motor dreht sich. Da die Eingangsspannungsversorgung 112 eine AC-Quelle bei Punkt a versorgt, ist der Absolutwert der Spannung Vad über dem Thyristor 104 zweimal pro Zyklus signifikant größer als Null.

Die ungleich-nullwertige Spannung Vad bewirkt, dass der Strom durch den ersten Fehlerdetektor 110 fließt, d. h. durch den Widerstand 314, durch den Kondensator 320 sowie durch die LED 316 oder LED 318. Fließt der Strom durch den Detektor 110, so leitet eine der beiden LEDs 316, 318 und erzeugt einen Lichtstrahl 322. Der Lichtstrahl 322 sättigt die Basis von Transistor 308, der leitet, und meldet dem Mikroprozessor 326 einen H-Pegel. Aufgrund der AC-Spannungsversorgung 112 gibt es in jedem Spannungszyklus zwei Pegelimpulse bei Punkt a.

Der Kondensator 320 hat eine hohe Impedanz gegenüber dem Widerstand 314, der den Strom durch das LED-Paar 316, 318, den Widerstand 314 sowie durch den Kondensator 320 begrenzt. So ermöglicht das Vorhandensein des Kondensators 320 eine niedrige Nennleistung des Widerstands 314 durch Vermeidung eines unerwünscht hohen Strommengenflusses durch den Fehlerdetektor 110.

Der zweite Fehlerdetektor-Schaltkreis 114 und der dritte Fehlerdetektor-Schaltkreis 116 funktionieren in ähnlicher Weise wie der erste Fehlerdetektor-Schaltkreis 110. Wie weiter unten beschrieben, analysiert der Mikroprozessor 326 die Logikimpulse der Fehlerdetektor-Schaltkreise 110, 114 und 116, um festzustellen, ob einer der Thyristoren 142–147 defekt ist.

Die Ermittlung von Defekten an durchgesteuerten Thyristoren bei gleichbleibender Motorgeschwindigkeit

Die Drei-Phasen-Spannungsversorgung 112 gibt sinusförmige Spannungen an die Leitungen 130, 132 und 136 aus, die in verschiedenen Phasenwinkeln positive und negative Halbwellen jeweils aufweisen. 2 zeigt ein Kurvendiagramm, das eine Spannung Vab zwischen den Leitungen 130 und 132 sowie eine Spannung Van zwischen der Leitung 130 und der Masse der Drei-Phasen-Spannungsversorgung 112 in 1 darstellt. Die Kurve 201 stellt eine Leiter-Leiter-Spannung Vab zwischen der Leitung 130 und 132 zwischen den Punkten a und b in 1 dar. Die Kurve 203 stellt eine Leiter-Nullleiter-Spannung Van zwischen Leitung 130 und Masse dar. Die Spannung an der Leitung 130 bei Punkt a leitet die Spannung an Leitung 132 bei Punkt b um 120° um, die wiederum die Spannung an Leitung 136 bei Punkt c um 120° umleitet (a-b-c-Rotation).

Wenn der Verbraucher 102 ein Motor ist, der mit gleichbleibender Geschwindigkeit läuft, so liefert der Anlasser 150 einen Nennstrom von der Spannungsversorgung 112 zum Motor. Sobald sich die Spannung Vab in einer positiven Halbwelle befindet, kann der Thyristor 144 frühestens 30° später angesteuert werden (a-b-c-Rotation) und die Verbraucherspannung Vde folgt der positiven Halbwelle der Spannung Vab. Befindet sich die Spannung Vab in einer negativen Halbwelle, so kann der Thyristor 142 frühestens 30° später angesteuert werden (a-b-c-Rotation) und die Verbraucherspannung Vde folgt der negativen Halbwelle der Spannung Vab. Die Thyristorpaare 106 und 108 funktionieren in ähnlicher Weise.

Bei gleichbleibender Geschwindigkeit während des ordnungsgemäßen Betriebs leitet zu jeder Zeit entweder der Thyristor 142 oder der Thyristor 144. Folglich bleibt die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 idealerweise Null. Würde jedoch einer der durchgesteuerten Thyristoren 142, 144 versagen, so wäre der Absolutwert der Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 innerhalb jedes Zyklus der Eingangsspannung Van zeitweise beträchtlich größer als Null, d. h., die Spannung Vad pulsiert. Die Impulse in der Spannung Vad erzeugen einen Logikimpuls, der dem Mikroprozessor 326 zugeführt wird. Der Mikroprozessor 326 ermittelt, gesteuert durch die Anwendung 328, einen oder mehrere Logikimpulse und signalisiert einen Defekt an einem durchgesteuerten Thyristor im Thyristorpaar 104.

Während des gleichmäßigen Motorbetriebs ermitteln Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung eine Spannung über dem Thyristor und zeigen einen Defekt an einem durchgesteuerten Thyristor an, wenn die Spannung über dem Thyristor nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne unterhalb eines Grenzwerts bleibt. Die vorgegebene Zeitspanne kann einen oder einen halben Zyklus der Spannung Van, oder einen beliebig anderer Wert, betragen.

Während des ordnungsgemäßen, gleichmäßigen Motorbetriebs fließt folglich kein Strom durch den Fehlerdetektor 110, da der Strom Ia niemals diskontinuierlich ist. Daher entsendet das LED-Paar 316, 318 keinen Lichtstrahl und der Mikroprozessor 326 empfängt keine Logikimpulse während des ordnungsgemäßen Betriebs.

Bei Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung ist es nicht notwendig, den exakten Wert der Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 zu kennen. Es ist nur wichtig, zu ermitteln, ob die Spannung Vad gleichmäßig gegen Null Volt geht oder ob sie auf einem Wert pulsiert, der größer ist als der Grenzwert.

Der Mikroprozessor 326 kann zur Ermittelung des Mittelwerts der Spannung, die von dem Fotokoppler 310 erzeugt wird, einen im Anwendungsprogramm 328 eingebauten digitalen Filter verwenden. Übersteigt der Mittelwert einen vorgegebenen Grenzwert, so wird ein Signal für einen durchgesteuerten Thyristor für das Thyristorpaar 104 angezeigt.

Die Fehlerdetektoren 114 und 116 funktionieren in ähnlicher Weise wie der Fehlerdetektor 110 beim Ermitteln von Fehlern in den Thyristorpaaren 106 und 108. In ähnlicher Weise ist zur Ermittlung von Fehlern an einem durchgesteuerten Thyristor während des gleichbleibenden Motorbetriebs der Mikroprozessor 326 mit den Fehlerdetektoren 114 und 116 verbunden.

Die Ermittlung eines Fehlers an einem gesperrten Thyristor bei der Motorbeschleunigung

Wenn jedoch der Verbraucher 102 ein Motor ist, der während des Starts beschleunigt, so werden die Thyristoren 142 und 144 auf verzögerte Weise gesteuert, um den zum Motor geleiteten Strom zu regulieren. In nochmaligem Bezug zu 2 stellen dort die Kurven 202 und 204 den Strom Ia durch eine Leitung 130 dar, während dessen das Thyristorpaar 104 in verzögerter Weise in einem Winkel α ausgelöst wird, um den zum Verbraucher 102 geleiteten Strom zu reduzieren unter der Annahme, dass der Verbraucher 102 hochohmig ist. Die Kurven 206 und 208 stellen die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 dar, während das Thyristorpaar 104 in verzögerter Weise in einem Winkel α gesteuert wird. Die Kurven 202 und 206 stellen den ordnungsgemäßen Betrieb dar und die Kurven 204 und 208 veranschaulichen den Betrieb bei einem Fehler an einem gesperrten Thyristor.

Befindet sich die Spannung Van in einer positiven Halbwelle und wird der Thyristor 144 innerhalb des Winkels α nicht gezündet, so bleibt der Strom Ia Null, wie dies durch die Menge 212 der Kurve 202 dargestellt ist. Wird der Thyristor 144 nach dem Winkel α gezündet, so leitet der Thyristor 144 und der Strom Ia nimmt zu, wie dies im Bereich 220 unterhalb der Kurve 202 dargestellt ist. Befindet sich Van in der negativen Halbwelle und der Thyristor 142 wird nicht innerhalb des Winkels α gezündet, so ist der Strom Ia Null, wie dies durch die Menge 214 der Kurve 202 dargestellt ist. Wird der Thyristor 142 im Winkel α gezündet, so leitet der Thyristor 142 und der Strom Ia nimmt ab, wie dies im Bereich 210 unterhalb der Kurve 202 dargestellt ist. Innerhalb des Zündwinkels ? ist die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 gleich der Spannung Van, da der Verbraucher 102 hochohmig ist. Handelt es sich bei dem Verbraucher 102 um einen Drei-Phasen-Motor, so wäre die Spannung Vad gleich der Spannung Van minus der gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMK) des Motors innerhalb des Zündwinkels α.

In 2 stellt die Kurve 204 den Strom Ia dar, wenn der Thyristor 142 gesperrt wird, während dessen das Thyristorpaar 104 in verzögerter Weise in einem Winkel α ausgelöst wird, um den Strom zu reduzieren, der zum Verbraucher 102 geleitet wird. Die Kurve 208 repräsentiert die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104, wenn der Thyristor 142 gesperrt wird, während dessen das Thyristorpaar 104 in verzögerter Weise in einem Winkel α ausgelöst wird, um den zum Verbraucher 102 geleiteten Strom zu reduzieren. Befindet sich Van in seiner positiven Halbwelle, so ist der Strom Ia ungleich Null und positiv, ungeachtet dessen, ob einer der Thyristoren 142, 144 ausgelöst wird oder nicht, wie dies im Bereich 216 unterhalb der Kurve 204 dargestellt ist. In ähnlicher Weise ist, wenn die Spannung Van sich in ihrer negativen Halbwelle befindet, der Strom Ia ungleich Null und negativ, ungeachtet dessen, ob einer der beiden Thyristoren 142, 144 ausgelöst wird oder nicht, wie dies im Bereich 218 unterhalb der Kurve 204 dargestellt ist. Die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 ist aufgrund des gesperrten Thyristors 144 die ganze Zeit über gleich Null, wie dies durch die Kurve 208 dargestellt ist.

Wie oben dargestellt, ist der Strom Ia während der Motorbeschleunigung diskontinuierlich, wenn das Thyristorpaar 104 ordnungsgemäß mit einem weiten Winkel ? funktioniert. Mit anderen Worten: Der Strom Ia beträgt, unmittelbar bevor er seine Polarität wechselt, für eine gewisse Zeitspanne Null. Es wird darauf hingewiesen, dass die Kurven 201–208 gültig sind, wenn der Verbraucher 102 hochohmig ist; zu Darstellungszwecken wurde hier ein hochohmiger Verbraucher 102 gewählt. Handelt es sich bei dem Verbraucher 102 um einen Motor, so wären die Kurven nicht die gleichen, sie wären jedoch ähnlich und dies würde an der Funktionsweise der Erfindung nichts ändern.

Aus diesem Grund sendet das LED-Paar 316, 318 einen Lichtimpuls 322 während der Motorbeschleunigung zweimal innerhalb jedes vollen Zyklus des Eingangsstroms der Spannungsversorgung 112. Daher sollte der Mikroprozessor 326 während der Motorbeschleunigung für jeden Zyklus der Spannungsversorgung 112 am Eingang der Leitung 130 zwei Logikimpulse empfangen, wenn die Thyristoren 142, 144 ordnungsgemäß funktionieren.

Handelt es sich bei dem Verbraucher 102 um einen Motor, so pulsiert die Spannung über dem Thyristorpaar 104 während der Motorbeschleunigung, d. h., sie bleibt Null, wenn das Thyristorpaar 104 leitet, und ungleich Null, wenn das Thyristorpaar 104 nicht leitet. Wird jedoch einer der Thyristoren 142, 144 gesperrt, so hört das Pulsieren auf und der Stromkreisausgang bleibt Idealerweise Null, wobei er einen gesperrten Thyristor der Thyristoren 142 oder 144 anzeigt.

Auf diese Weise ermitteln Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung die Spannung über dem Thyristorpaar 104. Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung zeigen einen gesperrten Thyristor an, wenn der Mikroprozessor 326 feststellt, dass die Spannung über dem Thyristorpaar für eine gewisse Zeitspanne während der Anlaufphase nicht pulsiert. Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung zeigen einen defekten gesperrten Thyristor an, wenn die Spannung über dem Thyristor die Zeitspanne der Anlaufphase hindurch unterhalb eines Grenzwerts bleibt. Die Zeitspanne kann einen oder einen halben Zyklus, oder einen beliebigen anderen Wert, betragen.

Die Impulsdauer ist eine Funktion des Verzögerungswinkels α. Der Mikroprozessor 326 bedient sich zur Ermittelung des Mittelwerts der Spannung, die von dem Fotokoppler 310 erzeugt wird, eines im Anwendungsprogramm 328 eingebauten digitalen Filters. Fällt der Mittelwert unter einen vorgegebenen Grenzwert, so wird ein Signal für einen gesperrten Thyristor für das Thyristorpaar 104 angezeigt.

Die Fehlerdetektoren 114 und 116 funktionieren in ähnlicher Weise wie der Fehlerdetektor 110 beim Ermitteln von Fehlern in den Thyristorenpaaren 106 und 108. In ähnlicher Weise ist der Mikroprozessor 326 mit den Fehlerdetektoren 114 und 116 verbunden, um Ausfälle an gesperrten Thyristoren während der Motorbeschleunigung zu erkennen.

Die Ermittlung von defekten gesperrten Thyristoren vor dem Motoranlauf Wenn der Verbraucher 102 ein Motor ist, so ist vor dem Motoranlauf der Motor ausgeschaltet, d. h., keiner der Thyristoren ist eingeschaltet. Der Motor verhält sich wie ein niedriger Widerstand zwischen jeder der drei Versorgungsleitungen 130, 132 und 136 des Anlassers 150. Die Impedanz des ersten Schaltungsnetzwerks ist wesentlich geringer als die Impedanz der Fehlerdetektoren 110, jedoch ist die Impedanz des ersten Schaltungsnetzwerks wesentlich höher als die Impedanz des Motors, wenn dieser angehalten wird. Somit ist, vor dem Motoranlass, die Spannung Vad über den Fehlerdetektoren 110 sinusförmig und gleich der Spannung Van, geteilt durch die Quadratwurzel von drei. Folglich leitet eines der LED-Paare 316, 318 und der Transistor 308 meldet einen H-Pegel.

Wird jedoch einer der Thyristoren 142, 144 gesperrt, so ist die Spannung Vad Idealerweise Null und der Transistor 308 gibt einen L-Pegel aus. Die Ermittlung von Thyristordefekten funktioniert bei den Thyristorenpaaren 106 und 108 in ähnlicher Weise.

Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung ermitteln eine Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104. Ist die Spannung Vad im Vergleich zur Spannung Van kontinuierlich niedrig, so wird ein gesperrter Thyristor angezeigt. In ähnlicher Weise ermitteln Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung auch die Spannung Vbe über dem Thyristorpaar 106 sowie die Spannung Vcf über dem Thyristorpaar 108, um festzustellen, ob die Thyristoren 145–148 vor dem Motoranlass gesperrt sind.

4 zeigt, gemäß dieser Erfindung, ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Ermittlung defekter Thyristoren im Thyristorpaar 104. In 3 hinterlegt der Speicher 334 die Anwendung 328, die zur Ausführung des Verfahrens 400 verwendet wird.

In einem ersten Schritt ermitteln die Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Erfindung, ob sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand befindet (Schritt 402). Befindet sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand, so ermitteln die Verfahren oder Vorrichtungen gemäß der Erfindung die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 (Schritt 404) und stellen fest, ob die Spannung Vad pulsiert (Schritt 406). Pulsiert die Spannung, so wird ein Fehler an einem durchgesteuerten Thyristor angezeigt (Schritt 408). Pulsiert die Spannung Vad nicht, so wird kein Fehler angezeigt (Schritt 410).

Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Erfindung stellen fest, ob der Motor beschleunigt (Schritt 412). Beschleunigt der Motor, so ermitteln die Verfahren oder Vorrichtungen gemäß der Erfindung die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 (Schritt 414) und stellen fest, ob die Spannung Vad pulsiert (Schritt 416). Pulsiert die Spannung Vad, so wird kein Fehler angezeigt (Schritt 418). Pulsiert die Spannung Vad nicht, so wird ein Fehler an einem gesperrten Thyristor angezeigt (Schritt 420).

Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Erfindung stellen fest, ob der Motor ausgeschaltet ist (Schritt 422). Ist der Motor ausgeschaltet, so ermitteln die Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung die Spannung Vad über dem Thyristorpaar 104 (Schritt 424) und ermitteln, ob sie ungleich Null ist oder gering gegenüber der Spannung Van (Schritt 426). Ist die Spannung ungleich Null, so wird kein Fehler festgestellt (Schritt 428). Ist die Spannung Vad Null, so wird ein Fehler an einem gesperrten Thyristor angezeigt (Schritt 430).

Vorrichtungen und Verfahren gemäß dieser Erfindung wenden die Schritte des Verfahrens 400 auf eine Spannung Vbe über dem Thyristorpaar 106 in der Versorgungsleitung 132 an sowie auf eine Spannung Vcf über dem Thyristorpaar 108.

Der Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, dass verschiedenartige Abwandlungen und Variationen an den vorangegangenen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne sich dabei aus dem Anwendungsbereich der Erfindung zu entfernen. Zum Beispiel wäre trotzdem, dass der Thyristor der am häufigsten verwendete geregelte Gleichrichter ist, jeder beliebige andere geregelte Gleichrichter auch ausreichend. Zudem ist es möglich, dass der Verbraucher ein anderer als ein Motor sein kann; Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung funktionieren mit jeder Art von Verbraucher.

Die Beschreibung der Erfindung schränkt die Erfindung nicht ein. Vielmehr liefert sie Beispiele und Erklärungen, die es jemandem mit durchschnittlichem technischen Verständnis ermöglichen soll, die Erfindung auf unterschiedliche Weise zu nutzen. Die folgenden Ansprüche definieren den zutreffende Anwendungsbereich der Erfindung.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Bestimmung eines defekten gesperrten Thyristors in einer kontaktlosen Steuerung zur Stromversorgung eines Verbrauchers im herabgesteuerten Betrieb, umfassend:

    – einen Spannungsmesser zur Ermittlung der Spannung am Thyristor und

    – Mittel zur Ausgabe eines defekten gesperrten Thyristors, wenn der absolute Wert der Spannung am Thyristor innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs unterhalb eines Grenzwerts bleibt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Spannungsmesser einen Widerstand, einen Kondensator und eine Leuchtdiode zur Ermittlung der Spannung am Thyristor umfasst und die Mittel zur Ausgabe des defekten gesperrten Thyristors einen optisch an den Spannungsmesser gekoppelten Mikroprozessor aufweisen.
  3. Verfahren zur Bestimmung eines defekten gesperrten Thyristors in einer kontaktlosen Steuerung zur Stromversorgung eines Verbrauchers im herabgesteuerten Betrieb, wobei eine Spannung am Thyristor ermittelt wird und ein defekter gesperrter Thyristor ausgegeben wird, wenn der absolute Wert der Spannung am Thyristor innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs unterhalb eines Grenzwerts bleibt.
  4. Vorrichtung zur Bestimmung eines defekten durchgesteuerten Thyristors in einer kontaktlosen Steuerung zur Stromversorgung eines Verbrauchers im Nennspannungs-Betrieb, umfassend:

    einen Spannungsmesser zur Ermittlung der Spannung am Thyristor, und

    Mittel zur Ausgabe eines defekten durchgesteuerten Thyristors, wenn der absolute Wert der Spannung am Thyristor einen Grenzwert für die Durchlassspannung übersteigt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Spannungsmesser einen Widerstand, einen Kondensator und eine Leuchtdiode zur Ermittlung der Spannung am Thyristor umfasst, und die Mittel zur Ausgabe des defekten durchgesteuerten Thyristors einen optisch an den Spannungsmesser gekoppelten Mikroprozessor aufweisen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, umfassend eine inverse Leuchtdiode, die parallel mit umgekehrter Polarität zur Leuchtdiode geschaltet ist.
  7. Verfahren zur Bestimmung eines defekten durchgesteuerten Thyristors in einer kontaktlosen Steuerung zur Stromversorgung eines Verbrauchers im Nennspannungs-Betrieb, wobei eine Spannung am Thyristor ermittelt und ein defekter durchgesteuerter Thyristor ausgegeben wird, wenn der absolute Wert der Spannung am Thyristor einen Grenzwert für die Durchlassspannung übersteigt.
  8. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der vorgegebene Zeitbereich einem Versorgungsspannungs-Zyklus der Steuerung entspricht.
  9. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verbraucher ein Motor ist. schieds realisiert wird.
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