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Kontaktlose Gittersperre für Stromrichter
Bei Störungen in Stromrichteranlagen (Kurzschlüssen, Rückzündungen) werden für gewöhnlich durch ein Schnellrelais alle Gitter auf negatives Potential gebracht und damit eine NeuzUndung der Anoden verhindert. Hiedurch wird ein weiterer Anstieg des Gleichstromes unmöglich gemacht. Da das Schnellrelais aber immerhin noch eine Eigenzeit von einigen Millisekunden hat, kann es vorkommen, dass bei einer sehr grossen Stromanstiegsgeschwindigkeit der Strom schon recht beträchtliche Werte erreicht hat, ehe das Relais das Zünden weiterer Anoden verhindert.
Zur Vermeidung der hiemit verbundenen Nachteile schlägt die Erfindung einen andern Weg zur Abschaltung des Gleichstromes im Störungsfall ein. Es ist nämlich grundsätzlich auch möglich, den Stromrichter über seine Gitter dadurch zu blockieren, dass die Zündimpulse plötzlich in die höchste Wechselrichteraussteuerung verschoben werden. Eine Stromübernahme durch die so gezündeten Anoden ist dann nicht mehr möglich. Genauso besteht die Möglichkeit, die Sperrung des Stromrichters durch Wegnahme der Zündimpulse im Steuersatz durchzuführen. Im Gitterkreis des Stromrichters wird dabei, im Gegensatz zur Sperrung über das Schnellrelais, nichts geändert.
Die erstere Möglichkeit (die Verschiebung der Zünd- impulse an die Wechselrichter-Trittgrenze) kann gegenüber der gänzlichen Unterdrückung der Impulse gewisse Vorteile haben (kein Kippen möglich). Das Entscheidende hiebei ist die Schnelligkeit, mit der die Zündimpulswegnahme bzw. -verschiebung durchgeftihrt werden kann.
Demzufolge bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Gittersteuerung von Stromrichtergefässen, bei der von einer über eine, gegebenenfalls elektrisch gesteuerte Diode an den Steuersatz angekoppelten Gittersperre im Störungsfalle (Kurzschluss, Rückzündung) die betriebsmässige Gittersteuerung unwirksam gemacht wird. Erfindungsgemäss umfasst diese Gittersperre eine auf die Störgrösse ansprechende elektronische Kippschaltung (bistabiler Multivibrator), welche mit dem Eingangskreis des Gittersteuersatzes gekoppelt ist. Der Ausgang der Kippschaltung kann auch im Steuerkreis eines mit dem Gittersteuersatz verbundenen Transistors liegen. Die gesamte Gittersperre arbeitet kontaktlos und praktisch trägheitslos.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, aus dem weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung hervorgehen. Der gestrichelt umrandete Teil stellt die eigentliche Gittersperre dar, die in der Hauptsache aus der bistabilen Kippschaltung mit den zwei Transistoren T, und T,, bei- spielsweise p-n-p-Transistoren, besteht. Störungen in der Stromrichteranlage werden über Stromwandler W auf der Primärseite des Stromrichtertransformators erfasst.
Es genügen zwei Wandler in V-Schaltung, die über Gleichrichter in Drehstrombrückenschaltung auf eine ohmsche Bürde RB arbeiten ;
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gerweise handelt es sich auch hiebet um einen Transistorsteuersatz. da die magnetischen Steuersätze infolge ihrer Trägheit eine plötzliche Zühdimpulsverschiebung nicht zulassen, und da Röhrenschaltungen bei gewissen Anwendungen, z. B. im Walzwerksbetrieb, zu anfällig sind.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende :
In der an sich bekannten Kippschaltung ist normalerweise der Transistor T, durchlässig. Die Widerstände 1\. R4 und 1) sind so aufeinander abgestimmt, dass das Potential der Basis negativ gegen das Potential des Emitters ist, so dass ein Emitter-Basis-Strom fliesst, wodurch das Potential der Basis auf nahezu U,
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steigt. Auch der Kollektor des Transistors T, hat also praktisch das Potential U, Die Spannung U2 ist so hoch gewählt, dass alle Werte der alternierenden Steuerspannung USt am Eingang des Gittersteuersatzes kleiner sind als die Spannung Ut weshalb ist über die Diode D keine Einwirkung der Gittersperre auf den Gittersteuersatz möglich.
Überschreitet bei einer Störung des Stromrichters die Eingangsspannung der Gittersperre am Punkte E
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Folge hat. Dadurch steigt das Potential der Basis des Transistors T. über das Potential des Emitters, und der Transistor Ti sperrt. Nun erfolgt durch die Spannung-U, eine negative Einspeisung über den Widerstand R und die Diode D auf den Eingang des Gittersteuersatzes, wodurch die gewünschte Zündimpulsverschiebung oder-wegnahme eintritt. Gleichzeitig wird über die Widerstände Ri und R, die Basis des Transistors Ta auf negatives Potential gelegt, wodurch die Kippschaltung auch dann noch in diesem zweiten stabilen Schaltzustand erhalten wird, wenn die Störung, die zur Auslösung der Gittersperre führte, beendet ist.
Der Einspeisewiderstand RE der Steuerspannung USt für den Gittersteuersatz kann unter gewissen Umständen, wenn der Eingangskreis des Gittersteuersatzes in an sich bekannter Weise so beschaffen ist, dass der Eingangsstrom immer die gleiche Richtung hat, eine Diode sein. Die Widerstände R, und Ra'die an der Spannung U, ( > U) liegen, dienen zur Abfuhr der Restströme der Transistoren Ti und T,.
Der Transistor T,, der ebenfalls beispielsweise ein p-n-p-Transistor sein kann und hier in Kaskade angekoppelt ist, der aber auch in anderer Weise an die Kippschaltung angekoppelt sein kann, schaltet beim Kippen der Gittersperre das Hilfsrelais H, über dessen Kontakte Kommandos für Meldung und Überwachung abgeleitet werden können. Dieser dritte Transistor T, für das Hilfsrelais H ist zweckmässig, weil die Induktivität der Relaisspule im Hauptkreis der Kippschaltung eine Verzögerung des Kippvorganges zur Folge hätte. DieDiode D. dient zum Schutz des Transistors T, gegen induktive Überspannungen beim Abschalten der Relaisspule.
Zum Wiederanfahren des Stromrichters erfolgt die Rückholung der Gittersperre durch eine entgegengesetzte Einspeisung, die die Kippschaltung wieder in ihre Ausgangslage bringt. Dies kann unmittelbar durch eine kurzzeitige, positive Einspeisung an der Basis des Transistors T über den Widerstand R. ge-
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durch erfolgt in umgekehrter Reihenfolge wieder ein Schliessen des Transistors T, also ein Rückkippen in die stabile Ausgangslage der Gittersperre.
Sind lange Leitungen zur Rückholtaste erforderlich, so erscheint die im Ausführungsbeispiel gezeigte Anordnung zweckmässiger, bei der die Rückschaltung durch Anlegen der normalen Netzspannung an den Transformator Tr erfolgt, wodurch eine positive Einspeisung über die Diode D4 und den Widerstand R herbeigeführt wird.
Die Diode D im Eingang der Gittersperre verhindert, dass beim Abschalten des Stromrichters durch die Gittersperre induktive Einstreuungen in die Eingangsleitungen, die infolge der starken zeitlichen Änderung des Gleichstromes möglich sind, ein Rückkippen der Gittersperre bewirken. Die Empfindlichkeit der Gittersperre kann leicht am Widerstand RB eingestellt werden, z. B. so, dass die Gittersperre bei doppeltem Nennstrom in den Zuleitungen des Stromrichtertransformators anspricht.
In manchen Fällen kann die Trägheitslosigkeit der elektrischen Gittersperre stören, z. B. wenn ein Ansprechen bei kurzdauernden, unwesentlichen Stromspitzen erfolgt. Das lässt sich durch den Anschluss eines Kondensators C verhindern, der über den Widerstand R, aufgeladen wird und hiedurch eine kurze Verzögerung des Ansprechvorganges der Gittersperre bewirkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Gittersteuerung von Stromrichtergefässen, bei der von einer über eine, gegebenenfalls elektrisch gesteuerte Diode an den Steuersatz angekoppelten Gittersperre im Störungsfalle (Kurzschluss, RUckzündung) die betriebsmässige Gittersteuerung unwirksam gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Gittersperre eine auf die Störgrösse ansprechende. elektronische Kippschaltung umfasst, welche mit dem Eingangskreis des Gittersteuersatzes gekoppelt ist.