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Schutzeinrichtung für Halbleiterventile mit p-n-Übergang
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ventile elektrischstromquelle, so werden diese Schaltelemente des Gerätes bzw. der Anlage ebenso alsbald von der Übernahme der Kurzschlusslektung entlastet und brauchen somit nur für eine relativ kurzzeitige Beanspruchung bei diesen ausserbetrieblichen Zuständen bemessen zu werden.
Die Ursachen, welche zu einer Störung führen, die eine unzulässige Überlastung eines der Ventile oder mehrerer Ventile herbeiführen kann, sind verschiedener Art. Sie können in zwei Gruppen unterteilt werden, u. zw. die sogenannten inneren Fehler und die sogenannten äusseren Fehler. Unter inneren Fehlern sollen dabei solche Fehler verstanden werden, die an den Halbleiterventilen selbst auftreten, also insbesondere dazu führen, dass das Halbleiterventil sein Sperrvermögen in der Sperrichtung verliert und somit dann für andere Halbleiterventile der Anlage bzw. des Gerätes in der bereits angeführten Weise einen Kurzschlussweg bilden kann.
Unter äusseren Fehlern sollen solche in der Anlage bzw. dem Gerät verstanden werden, die auf der speisenden Seite der Hafbleiterventilanordnung oder der von den Halb- leiterventibn gespeisten Seite auftreten können.
Der Fehler kann erfindungsgemäss für die Überbrückung der Halbleiterventile bzw. das Inwirkungsetzen des Stromreduktors in verschiedenerweise erfasst werden. So kann das Inwirkungsetzen der Schutzeinrichtung erfolgen in Abhängigkeit vom Auftreten eines Überstromes in einer der Zuleitungen zu der Halbleiterventilanordnung. Naturgemäss wird es dabei notwendig sein, in jeder der Zuleitungen der Halbleiterventilanordnungen von der Speisestromquelle eine entsprechende Überwachungseinrichtung vorzusehen. Diese Überwachungseinrichtung bewirkt dann im Falle des Auftretens eines solchen unerwünschten Überstromes bzw. des für das bzw. die Halbleiterventile unzulässigen Überstromes die selbsttätige Überbrückung bzw. das Inwirkungsetzen des Stromreduktors. Unter Stromreduktor Ist dabei z.
B. eine Einrichtung verstanden vom Charakter eines Schaltorgans, dessen ruhende Schaltkontakte bereits betriebsmässig durch einen Widerstand überbrückt sind, so dass beim Öffnen der Kontakte der Strom von dem Schaltorgan auf diesen Widerstand kommutiert, wonach dann anschliessend der Widerstandswert dieses Widerstandes derart gesteigert wird, dass die Herabsetzung des über die Halbleiterventile fliessenden Stromes mindestens bis auf den für diese zulässigen Wert oder auch einen noch kleineren Wert, gegebenenfalls praktisch bis zum Wert Null erfolgt.
Ein solcher Stromreduktor kann dabei beispielsweise in der Weise aufgebaut sein, dass dem Schalterkontakt eine Sicherung parallel geschaltet ist, welche derart bemessen ist, dass bei der Übernahme der Stromführung vom Schalterkontakt durch die Sicherung an den Schalterkontakten nur eine unbedeutende Spannung entstehen kann, die beim Öffnen des Schalterkontaktes nicht zu einer unerwünschten Beanspruchung der Schaltstrecke führt. Die Sicherung muss dabei
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der Zeit t bezeichnet, derart bemessen sein, dass das Schaltorgan des Schalters eine Stellung erreicht hat, in welcher eine Zündung eines Lichtbogens zwischen den Schalterkontakten nicht stattfinden kann, bevor der Schmelzleiter seine Schmelztemperatur erreicht hat und die Zerstörung des Schmelzleiters der Sicherung einsetzt.
Das Auftreten eines Überstromes in der Anlage, der zu einem Schaden für eines oder mehrere der Halbleiterventile führen kann, wie z. B. der Kurzschluss in einem Halbleiterventil, kann auch von der Entstehung eines unbetriebsmässigen, unzulässig hohen Stromes in der Sperrichtung eines der Ventile begleitet sein. Erfindungsgemäss kann daher das Gerät bzw. die Anlage auch derart gestaltet werden hinsichtlich der Schutzeinrichtungen der Halbleiterventile, dass das Inwirkungsetzen der Einrichtung für die Überbrückung dieser Ventile bzw. des Stromreduktors in Abhängigkeit von dem Auftreten eines solchen Stromes in Sperrichtung über eines der Ventile erfolgt.
Dieser unzulässig hohe Strom in Sperrichtung stellt in der Anlage gewissermassen einen Rückstrom dar, und es kann daher sinngemäss eine entsprechende Rückstromschutzeinrichtung benutzt werden, die zufolge ihrer Eigenart bereits bei relativ geringen unzulässigen Strömen anspricht unmittelbar nach dem Richtungswechsel des Stromes, so dass auf diese Weise eine sehr wirksame Überwachung der Anlage bzw. des Gerätes und ein entsprechend wirksamer Schutz der Halbleiterventilanordnung an dem Gerät bzw. in der Anlage erreicht wird.
Eine weitere Möglichkeit, Störungen in der Anlage zu erfassen, die zur Überlastung anderer Ventile führen können, besteht in der Überwachung der Sperrspannung an den Halbleiterventilen. Kommt eines der Halbleiterventile zu Schaden, so dass an ihm ein Kurzschluss entsteht, so bricht die Sperrspannung an dem Ventil zusammen. Diese Erscheinung kann offensichtlich ebenfalls für die Zwecke der Erfindung in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden. Eine solche Überwachung der Sperrspannung an den einzelnen Ventilen kann sich insbesondere auch in Verbindung mit den andern Schutzeinrichtungen dann als zweckmässig erweisen, wenn je Ventilanordnung in einer Leitung mehrere Halbleiterventile in Reihenschaltung benutzt werden.
Eine solche Reihenschaltung kann entweder benutzt sein, weil das aus Gründen der Spannung erforderlich ist, welche maximal von der Ventilanordnung übernommen werden muss. Sie kann
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auch eine aus Sicherheitsgründen gewählte Reihenschaltung mehrerer Halbleiterelemente sein, von denen an sich jedes für sich in der Lage wäre, die auftretende maximale Spannung zu übernehmen.
Auf diese Weise wird beim Ausfall eines der Halbleiterelemente trotzdem über das andere der Halb- leiterventilelemente der Betrieb der Anlage bzw. des Gerätes weiterhin aufrechterhalten bis zu einem
Zeitpunkt, wo es aus betrieblichen Gründen möglich ist, einen entsprechenden Austausch des schadhaft gewordenen Halbleiterventiles vorzunehmen. Es wird in diesem Falle also erfindungsgemäss jedem der
Halbleiterventile ein entsprechendes Überwachungsorgan parallel geschaltet, welches beim Ausfall des Halbleiterventiles mindestens als ein Anzeigeorgan für den Ausfall des Halbleiterventiles wirkt.
Ge- gebenenfalls kann die Anordnung derart getroffen werden, dass im Falle eines Ausfalles beider in Reihe geschalteter Halbleiterventile dann zwangsläufig die entsprechende Schutzeinrichtung für die Halbleiter- ventile in Wirkung gesetzt wird. welche im Sinne des grundsätzlichen Wesens der bereits früher ge- schilderten Erfindung die Einrichtungen für die Überbrückung der Halbleiterventile bzw. den Strom- reduktor in Wirkung setzt.
Die Einschaltung der Organe, die abhängig von dem Auftreten eines Überstromes die erfindung- gemässe Schutzeinrichtung in Wirkung setzen, kann vorzugsweise auf der speisenden Seite der Halbleiter- ventile erfolgen. Hiezu können entsprechende Nebenwiderstände in den Zuleitungen vorgesehen sein, an denen dann ein entsprechender Spannungswert beim Auftreten eines Überstromes abgegriffen werden kann.
Statt dessen kann in jeder Zuleitung auch ein Stromwandler benutzt werden, der das Auslöseorgan für das
Inwirkungsetzen der Überbrückungseinrichtungen der Halbleiterventile und der eventuellen zusätzlichen
Schalteinrichtung auf der Primärseite bzw. der speisenden Seite der Ventile und gegebenenfalls der von den Ventilen gespeisten Seite für die Abschaltung der Anlage oder das Auslöseorgan für das Inwirkung- setzen des Stromreduktors zum Ansprechen bringt.
Es kann jedoch auch eine Überwachungseinrichtung auf Überstrom auf der Gleichstromseite der Halb- leiterventile benutzt werden, gegebenenfalls in der für alle Ventile gemeinsamen Zuleitung zum Verbraucher. Durch eine solche Einschaltung der Überstromüberwachungseinrichtung werden dann alle Überstromerscheinungen erfasst, die für die Ventile schädlich sein können und auf eine Überlastung zurückzuführen sind, die durch die Verbraucher hervorgerufen wird. Es ist zu übersehen, dass es unter diesen Gesichtspunkten zweckmässig sein kann, eine Überstromüberwachungseinrichtung entweder in den über die Ventile führenden Leitungen vor oder nach diesen und ausserdem in der gemeinsamen Zuleitung zum Verbraucher vorzusehen.
Sinngemäss kann im Rahmen der Erfindung auch eine Schaltungsanordnung gewählt werden, bei welcher ausser den Rückstromüberwachungseinrichtungen, welche jeweils in den Leitungen über die Ventile liegen, gleichzeitig noch eine Überstromüberwachungseinrichtung in der gemeinsamen Leitung zum Verbraucher vorgesehen ist. Ausser einer Überstromüberwachungseinrichtung kann in der gemeinsamen Gleichstromleitung auch zusätzlich eine Rückstromüberwachungseinrichtung liegen.
Es ist im vorstehenden darauf hingewiesen worden, dass Rückstromschutzeinrichtungen jeweils in Reihe mit dem einzelnen Ventil angeordnet sind. Sinngemässes gilt bei jeder beliebigen Schaltung, in welcher die Halbleiterventile angeordnet sind. Liegt also beispielsweise eine Gleichstrombrückenschaltung vor, so liegt in jedem der Brückenzweig in Reihe mit dem Halbleiterventil eine entsprechende Rückstromschutzeinrichtung.
Als Einrichtung zur Überwachung des Überstromes als auch eines auftretenden Rückstromes können vorzugsweise Sättigungswandler benutzt werden, die eine entsprechende Vormagnetisierung haben. Bei dem Sättigungswandler, der als Überwachungseinrichtung auf Überstrom benutzt wird, wird die Vormagnetisierung derart gewählt, dass der Normalstrom den Wandlerkern aus seiner Sättigung bis nahe an den Sättigungsknick der Magnetisierungskennlinie heranführen kann, jedoch noch nicht bis auf den abfallenden Ast der Kennlinie. Tritt jedoch ein Überstrom auf, so wird durch diesen die Kennlinie des Wandlers bis in den abfallenden Teil hinein durchlaufen, so dass dann in der Sekundärwicklung eine entsprechende Spannung induziert wird, die für die Speisung des Auslösers wirksam gemacht werden kann.
Wird ein Sättigungswandler für Rückstromüberwachungszwecke benutzt, so ist die Vormagnetisierung des Eisenkernes derart gewählt, dass der normale Sperrstrom, der an einer Ventilanordnung auftritt, über die Rückstromschutzeinrichtung fliesst, ohne den Kern des Wandlers aus seiner Sättigung herausführen zu können. Tritt jedoch ein Rückstrom auf, so wird die Vormagnetisierung überwunden, und es wird durch das Auftreten des Rückstromes der abfallende Teil der Magnetisierungskennlinie durchlaufen, so dass sinngemäss in der Sekundärwicklung wieder eine entsprechende Spannung induziert wird, die für die Betätigung der Auslöseeinrichtung benutzt wird, durch deren Ansprechen der Stromreduktor bzw. die Überbrückung- einrichtung der Halbleiterventile in Wirkung gesetzt wird.
Entsprechende Ausführungsbeispiele für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 speist die Sekundärseite 2 eines Transformators 1 über eine Halbleiterventilanordnung 3 einen Verbraucher 4. Die Halbleiterventilanordnung besteht aus den drei Halb ! eiterventilen 3a - 3c mit p-n-Übergang, welche vorzugsweise auf der Basis von Germanium oder Silizium als Halbleiter hergestellt sind. Mit 5 ist ein Kurzschliesser bezeichnet. Dieser überbrückt bei Erregung seiner Auslöseeinrichtung 6 die Wechselstromzuführungsleitungen zu den Halbleiterventilen durch das Schliessen seiner Kontakte 7.
In den einzelnen Zuleitungen zu den Halbleiterventilen ist jeweils eine der Überstromüberwachungseinrichtungen 8a-8c angeordnet und bzw. oder je eine Rückstrom- überwachungseinrichtung 9a - 9c. Ausserdem ist in der Gleichstromspeiseleitung des Verbrauchers 4 ge- gebenenfalls noch eine Überstromüberwachungseinrichtung 10 und bzw. oder eine Rückstromüberwachungseinrichtung 11 angeordnet. Jede der Überwachungseinrichtungen ist gemäss einer Wirkungslinie, die gestrichelt wiedergegeben ist, mit der Auslöseeinrichtung 6 des Kurzschliessers 5 elektrisch verbunden.
Wie in der vorausgehenden Beschreibung geschildert worden ist, brauchen nicht alle diese Überwachungselemente vorgesehen zu sein, sondern es kann gegebenenfalls nur mit einer Überstromüberwachungseinrichtung oder einer Rückstromüberwachungseinrichtung in den Zuleitungen zu den Halbleiterventilen gearbeitet werden, und ebenso kann gegebenenfalls in der Speiseleitung des Verbrauchers nur mit einer der gezeigten Überwachungseinrichtungen gearbeitet werden. Die Überwachungseinrichtungen 8 bzw. 9 haben die Eigenart, dass sie in der bereits früher in der Schilderung der Erfindung angegebenen Weise die Anlage bzw. das Gerät sowohl auf innere Fehler, die an den Halbleiterventilen entstehen, als auch zugleich auf äussere Fehler überwachen, die in den den Halbleiterventilen in Richtung auf den Verbraucher 4 nachgeschalteten Teilen entstehen können.
Bei einer derartigen Anordnung kann beispielsweise der Fall auftreten, dass eines der Gleichrichterelemente, z. B. 3a, seine Sperrfähigkeit verliert. Dann arbeiten die beiden andern Gleichrichterventile 3b und 3c auf einen durch das Element 3a gebildeten Kurzschluss.
Sie würden also dadurch überlastet werden. Es werden deshalb in dem Ausführungsbeispiel beim Auftreten eines solchen Überstromes in den Leitungen über die Ventile 3b und 3c die Überwachungseinrichtungen auf Überstrom 8b und 8c wirksam und bringen also abhängig vom Strom in den Zuleitungen zu denHalb- leiterventilen die Auslöseeinrichtung 6 zum Ansprechen, wodurch der Kurzschliesser 5 in Wirkung gesetzt wird und seine Kontakte 7 schliesst. Wie zu übersehen ist, tritt in Verbindung mit dem Kurzschluss an dem Halbleiterelement 3a auch einRückstrom über dieses auf, so dass die Rückstromüberwachungseinrichtung 9a ebenfalls zum Ansprechen kommt und auf die Auslöseeinrichtung 6 des Kurzschliessers wirkt und diesen somit ihrerseits zum Ansprechen bringen würde.
Durch das Ansprechen des Kurzschliessers 7 wird die Stromzufuhr vom Transformator 1 zu den Ventilen 6 abgeschnitten, so dass die noch gesunden Halbleiterventile 3b und 3c nunmehr geschützt sind. Zweckmässig wird man abhängig von dem Auftreten eines un- zulässigen Überstromes für die Halbleiterventile, das zu einem Ansprechen des Kurzschliessers führt, auch die primärseitige Abschaltung der Speisung der Anlage an ihrem Schalter 12 vorbereiten bzw. in Wirkung setzen. Das kann zweckmässig erfindungsgemäss in der Weise erfolgen, dass beim Ansprechen des Auslösers 6, z.
B. über einen Hilfskontakt 6a desselben, ein Stromkreis für die Auslösespule 13 des Schalters 12 geschlossen wird oder in einer sinngemässen andern Ausführung der Stromkreis einer entsprechenden Spule 13'unterbrochen wird, welche den Schalter 12 in der Einschaltstellung hält.
Die Überstromüberwachungseinrichtungen 8a-8c können auch derart in ihrem Ansprechwert bemessen bzw. eingestellt sein, dass sie bereits bei einem Überstrom ansprechen, der zwar wesentlich oberhalb der Normalbelastung der Anlage liegt, jedoch noch nicht in der Grössenordnung eines Kurzschlussstromes liegt. Wie bereits geschildert, kann es auch zweckmässig sein, auf den Auslöser des Kurzschliessers zusätzlich zu wirken, wenn ein Rückstrom auftritt, da der Richtungswechsel, der als Ansprechkriterium dient, bereits bei sehr kleinem Rückstrom messbar ist.
Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung, welches in seinem grundsätzlichen Aufbau mit demjenigen nach Fig. 1 übereinstimmt, weshalb auch für die in dieser Einrichtung in gleicher Weise wie in Fig. l vorhandenen Teile der Einfachheit halber unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden sind. Während nach Fig. 1 ein Kurzschliesser benutzt worden ist, welcher durch seine Kontakte die speisende Seite der Halbleiterventile überbrückt, ist nach Fig. 2 eine Schutzeinrichtung benutzt, durch welche mittels je einer Kontaktbrücke 14a - 14c je eines der Halbleiterventile 3a - 3c für sich überbrückt wird, sobald die Auslöseeinrichtung 6 entweder abhängig von einem auftretenden Überstrom oder einem Rückstrom, wie es an Hand der Fig. 1 erläutert worden ist, zum Ansprechen gebracht wird.
Der Einfachheit halber ist in der Fig. 2 jeder der Schaltkontakte 14a - 14c nur über eine doppelt angedeutete Wirkungslinie mit der Auslöseeinrichtung 6 verbunden.
Die Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung einer Anordnung nach den Fig. 1 bzw. 2, deren Wesen darin besteht, dass beim Ansprechen des Kurzschliessers nicht nur eine Überbrückung der Leitungen auf der die
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Die Fig. 7 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung nach Fig. 6. Sie unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 6 dadurch, dass erfindungsgemäss der einzelnen Sekundärwicklung dieses Sättigungswandlers noch ein Ventil parallel geschaltet ist, um zu verhüten, dass der Spannungswert an der Sekundärwicklung einen unerwünscht hohen Wert annehmen kann. Die Ventile 23a - 23c wirken somit als Amplituden- begrenzer für die an den Sekundärwicklungen entstehenden Spannungen.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 - 7 sind die als Überstromüberwachungseinrichtungen benutzten Sättigungswandler auf der speisenden Seite der Halbleiterventilanordnung angeordnet. In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, nach welchem eine Überstromüberwachungseinrichtung auf der
Gleichstromseite angeordnet ist. Soweit die Fig. 8 wieder die gleichartigen Teile wie die vorausgehenden
Figuren enthält, sind für diese Teile wieder die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Die Figur zeigt eine Überstromüberwachungseinrichtung in Form des Sättigungswandlers 24, der in Abhängigkeit von einem in der Speiseleitung des Verbrauchers auftretenden Überstrom den Auslöser 6 zum Ansprechen bringt, der von der Sekundärwicklung 26 gespeist wird.
Die Vormagnetisierungswicklung dieses Wandlers ist mit 27a bezeichnet. Es ist ausserdem in der Speiseleitung von der Wicklung 26 noch ein Ventil 28 vorgesehen, auf dessen Zweckbestimmung noch eingegangen werden wird. Weiterhin ist in dem Gleichstromkreis der Anlage noch ein Rückstromüberwachungsorgan 29 angeordnet mit dem Eisenkern 30, der
Vormagnetisierungswicklung 31, der Sekundärwicklung 32 und dem mit dieser in Reihe geschalteten Ventil 33. Sobald beim Auftreten eines Rückstromes ein entsprechender Stromimpuls in der Sekundär-. wicklung 32 zufolge einer induzierten Spannung entsteht, erfolgt eine entsprechende Speisung der Auslöseeinrichtung 6, womit der nicht besonders eingetragene Kurzschliesser der Einrichtung in Wirkung gesetzt wird. Nunmehr kann auch erläutert werden, welche Zweckbestimmung die beiden Ventile 28 und 33 haben.
Sie sollen jeweils eine Sperre bilden, dass ein von der Sekundärwicklung der Überstrom- oder der Rückstromüberwachungseinrichtung gelieferter Stromimpuls seinen Weg nicht über die Sekundärwicklung der andern Überwachungseinrichtung nehmen kann.
Bei den bisher in den Figuren der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen wurde jeweils entweder abhängig von einer Überstromüberwachungseinrichtung oder einer Rückstromüberwachungseinrichtung oder beiden Arten von Überwachungseinrichtungen ein Kurzschliesser zur Überbrückung der Halbleiterventile auf der speisenden Seite der Anordnung und bzw. oder an jedem der einzelnen Ventile selbst benutzt. Es wurde aber bereits in der allgemeinen Schilderung des Wesens der Erfindung auch auf eine solche Verwirklichung derselben hingewiesen, nach welcher mit dem Auftreten eines Überstromes, der zu einem Schaden für die Halbleiterventile bzw. die noch nicht schadhaft gewordenen Halbleiterventile führen könnte, eine Stromreduktoranordnung in Wirkung gesetzt werden kann.
Ein entsprechendes' Ausführungsbeispiel hiefür veranschaulicht die Schaltung nach Fig. 9 der Zeichnung, welche nur eine vereinfachte Darstellung zeigt. Die Gleichrichterbrückenschaltung aus den Halbleiterventilen 3a - 3f ist in diesem Falle vom Netz RST gespeist, und die Gleichstromleistung wird an den Verbraucher 4 abgegeben. Hiebei kann der Gleichstrom über einen Stromreduktor 34 geführt werden, wie er z. B. im Prinzip bereits beschrieben ist in der Zeitschrift"Scientia Electrica"Band II, Heft 2,1956, auf den Seiten 72 - 74.
Der Stromreduktor besteht hienach dann, wie bereits weiter oben geschildert worden ist, grundsätzlich aus einem Schaltorgan 35 und einer dieser Trennstelle parallel geschalteten Sicherung 36. Sobald beim Auftreten eines unzulässigen Überstromes eines der Überwachungsorgane 8a - 8c entsprechend der gestrichelt eingetragenen Wirkungslinie auf die Auslöseeinrichtung 37 des Schaltorganes 35 wirkt, wird dieses ge- öffnet, und der bisher von dem Schaltorgan geführte Strom kommutiert auf die Sicherung. Diese ist derart bemessen, dass, bevor die Sicherung beim Anwachsen ihres Widerstandes unter Herabsetzung des Stromes die Schmelztemperatur ihres Leiters erreicht, das Schaltorgan bereits eine Schaltstellung erreicht hat, bei welcher keine Zündung eines Lichtbogens an den Trennstellen des Schaltorgans 35 auftreten kann.
Die Betätigung der Auslöseeinrichtung einer solchen Anordnung kann beispielsweise über eine geeignete Kondensatorbatterie erfolgen, die betriebsmässig in geladenem Zustand gehalten wird und für das Inwirkungsetzen des Stromreduktors auf dessen Steuereinrichtung geschaltet wird. Eine solche Kondensatoranordnung kann gegebenenfalls auch in Verbindung mit den Auslöseeinrichtungen benutzt werden, durch welche der Kurzschliesser betätigt wird, wie er an Hand der andern Ausführungsbeispiele seinem Wesen und seiner Funktion nach erläutert worden ist.
In dem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung des Stromreduktors, der selbstverständlich auch in einer geeigneten andern Weise aufgebaut sein kann für die Zwecke der Erfindung, als es an Hand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 9 und der angeführten Veröffentlichung beschrieben worden ist, auf der Gleichstromseite der Schaltungsanordnung gezeigt. Ein solcher Reduktor kann sinngemäss auch auf der speisenden Seite der Halbleiterventilanordnung, vorzugsweise auf der Primärseite des Transformators, zur
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Anwendung gelangen. Eine solche beispielsweise Schaltung veranschaulicht die Fig. 10 der Zeichnung. Der Stromreduktor trägt in diesem Falle die Bezeichnung 47. Er weist sinngemäss je ein Teilglied in jeder der Zuleitungen zur Primärwicklung des Transformators 1 auf.
Seine Betätigung erfolgt wieder beispielsweise abhängig von den Überströmen, welche in den Zuleitungen zum Transformator 1 auftreten, wie
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- 8clinie mit den Auslöseeinrichtungen 48a - 48c der Stromreduktorelemente 47a-47c aus je einem der
Schaltorgane 47a" bzw. 47c" und je einer der Sicherungen 47a'- 47c'verbunden sind.
Wie bereits angeführt, kann der Kurzschliesser und bzw. oder der Stromreduktor auch abhängig von der Sperrspannung an einem Halbleiterventil allein oder zusätzlich zur Auslösung durch einen Überstrom oder einen Rückstrom betätigt werden.
Die Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, nach welchem die Betätigung des Auslösers für den Kurz- schliesser abhängig von dem Wegfall der Sperrspannung an den einzelnen Halbleiterventilen oder dem
Absinken der Sperrspannung an einem der Halbleiterventile erfolgt, was sinngemäss einem Schadhaft- werden dieses Halbleiterventils entspricht, wodurch in gleichartiger Weise wie es bei den vorausgehenden
Ausführungsbeispielen geschildert worden ist, wieder eine unzulässige Überlastung der andern Halbleiter- ventile der Schaltung herbeigeführt werden könnte. Soweit in dieser Schaltung nach Fig. 11 wieder die gleichen Teile vorhanden sind wie in den vorausgehenden Figuren, sind der Einfachheit halber für diese
Teile wieder unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden.
In Abweichung von diesen früheren Ausführungsbeispielen sind im Falle dieses Beispiels jeweils je Ventilanordnung zwei Halbleiter- ventile in jeder Leitung in Peihe geschaltet. Diese Ventile sind in den einzelnen Paaren mit 38,39, 40 und 41 sowie 42 und 43 bezeichnet. An die Enden jeder Halbleiteranordnung sowie die Verbindungs- leitungen je zweier der in Reihe geschalteten Ventile ist je ein Differentialrelais mit polarisierte Anker angeschlossen. Diese Differentialrelais sind mit 44,45 und 46 bezeichnet. Solange an den beiden in
Reihe geschalteten Ventilen die gleiche Sperrspannung herrscht, werden die beiden Wicklungen jedes
Differentialrelais mit dem gleichen mittleren Strom gespeist, so dass der Anker des Relais in seiner
Mittenlage bzw. Ruhestellung verbleibt.
Bricht die Spannung durch das Schadhaftwerden eines Halbleiter- ventiles an dessen Anschlussklemmen zusammen, so überwiegt der Strom in einer der Wicklungen des Differentialrelais, so dass das polarisierte Schaltorgan, z. B. 44a, nach der einen oder der andern Seite zum Ausschlag kommt und mit einem der ruhenden Kontakte, z. B. 44b oder 44c, in Kontakt kommt. Hiedurch wird der Stromkreis für den Auslöser 6 des Kurzschliessers 5 geschlossen, so dass durch dessen Schaltkontakte 7 jede der in Reihe geschalteten Halbleiter-Ventilpaaranordnungen an ihren Enden überbrückt wird.
Eine erfindungsgemässe Schutzeinrichtung ist nicht nur dann anwendbar, wenn es sich um Flächengleichrichterventile mit p-n-Übergang handelt, die einer Gleichrichterschaltung angehören, sondern auch dann, wenn Halbleiterventile in Form von Transistoren in einer entsprechenden Wechselrichterschaltung zur Anwendung gelangen, die also bei Speisung aus einer Gleichstromquelle eine erwünschte Wechselstromleistung liefert.
Kurzschliesser sind an sich bereits bekanntgeworden in ihrer Anwendung bei Gleichrichter- oder Umformeranlagen, die mit bewegten Schaltkontakten arbeiten, um vorzubeugen, dass diese Kontakte durch eine Schaltung elektrischer Leistung mit Lichtbogenbildung beansprucht werden können, denn wegen der von den Schaltdrosseln erzeugten Stromstufe arbeiten die Schaltkontakte des Kontaktumformers beim Auftreten und Schliessen der Schaltstrecke bis auf den geringen Magnetisierungsstrom der Schaltdrossel bei einwandfreiem Betrieb praktisch stromlos.
Hiebei haben diese Kurzschliesser die Aufgabe, in Störungsfällen, bei denen die von den Schaltdrosseln hervorgerufenen Stromstufen nicht die richtige Lage zu den Schaltzeitpunkten der beweglichen Kontakte der mechanisch gesteuerten elektrischen Kontakte haben, die Zuleitungen zu den einzelnen Kontaktstellen bzw. den mechanisch betätigten Schaltkontakten der einzelnen Ventile oder die ruhenden Gegenkontakte an jedem der einzelnen Kontaktventile zu überbrücken.
Beim Gegenstand der Erfindung handelt es sich nicht um Ventile mit mechanisch gesteuerten elektrischen Kontakten, welche je eine Leitung aufzutrennen und zu schliessen haben, sondern um ruhende Ventile auf der Basis eines Halbleiters, wie z. B. Germanium oder Silizium als Flächengleichrichter mit p-n-Übergang, bei denen also kein Synchronismus zwischen einer Schalterbewegung und einem Stromverlauf einzuhalten und zu überwachen ist.
Es ist nur Vorsorge zu treffen, dass nicht durch einen unzulässig hohen Belastungsstrom und die dabei an den Flächengleichrichterelementen anfallende elektrische Verlustwärme eine zu starke Erwärmung auftritt, die zu dem Ausfall des Ventiles durch seine Überbeanspruchung führt, so dass dadurch dieses Ventil einen Kurzschluss in der Anlage bildet, durch welchen
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weitere der in der Anlage vorhandenen Gleichrichterelemente zu Schaden kommen könnten und aus- fallen.
Die Anwendung der Erfindung ist auch dann von Bedeutung, wenn je Ventilanordnung mehrere Halbleiterventile parallel geschaltet sind. Auf die Anwendung der Erfindung in Verbindung mit der Reihenschaltung der Ventile war bereits hingewiesen worden. Hieraus ergibt sich, dass die Anwendung der Erfindung auch dann von Bedeutung sein kann, wenn eine Gruppenschaltung sowohl aus in Reihe geschalteten als auch parallel geschalteten Halbleiterventilen vorliegt.
Anstatt einen Stromreduktor der geschilderten Art zu benutzen, bei welchem einem Schaltorgan bzw. dessen ruhenden Gegenkontakten eine Sicherung parallel geschaltet ist, können auch beispielsweise in den Zuführungsleitungen zu der Ventilanordnung Widerstände liegen, deren elektrischer Widerstandswert im störungsfreien Betrieb Null oder vernachlässigbar klein ist und im Falle des Auftretens einer Störung entsprechend erhöht wird. Beispielsweise kann man für diese Zwecke Widerstände mit positiven Temperaturkoeffizienten verwenden, die im störungsfreien Betrieb durch einen Schalter überbrückt sind und mit Eintreten der Störung dann nach Öffnen des Schalters elektrisch gespeist werden, so dass sie, wie bereits geschildert, in Funktion treten.
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1. Schutzeinrichtung für Halbleiterventile mit p-n-Übergang, auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Störung, die zu einer unzulässigen Überlastung eines Halbleiter ventiles führen kann, abhängig von dem Auftreten einer elektrischen Grösse an einem der Halbleiterelemente mit einem vom normalen Betriebszustand abweichenden Wert, das bzw. die Halbleiterventile elektrisch überbrückt werden oder auf der Speiseseite und bzw. oder der gespeisten Seite der Anlage bzw. des Gerätes ein Stromreduktor zum Ansprechen gebracht wird, durch welchen der Strom über die Ventile eine entsprechende Begrenzung bzw. Herabsetzung auf einen für sie unschädlichen Wert erfährt.