Verfahren und Einrichtung zum Schutz eines Ventil-Frequenzumformers
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz eines Ventil-Frequenzumformers und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bekanntlich entstehen bei Frequenzumformern im Falle einer Unterbrechung bzw. eines Kurzschlusses in der Belastung je nach Schaltungsart der Kommutierungskondensatoren Überspannungen, die einen elektrischen Durchschlag der einzelnen Elemente der Schaltung bzw. einen Ausfall der Ventile (insbesondere der Thyristoren) verursachen können.
Es ist eine Frequenzumformerschutzart bekannt, bei welcher die Schaltung des Wechselrichters durch Überspannungsableiter, die man parallel zu den Ventilen bzw. den Wicklungen des Ausgangstransformators legt, geschützt wird.
Jedoch ist diese Schutzart nur für Hochspannungsfrequenzumformer anwendbar und kann nicht für Niederspannungen, die für Thyristorumformer kennzeichnend sind, benutzt werden, da es zurzeit keine ausreichend zuverlässige und leistungsstarke Ableiter gibt.
In einigen Fällen benutzt man zum Schutz der Frequenzumformer zusätzliche steuerbare Ventile, die man in die verschiedenen Baugruppen der Schaltung einfügt. Diese Schutzart ist ausreichend zuverlässig, jedoch wird hierbei die Gesamtzahl der verwendeten Ventile erhöht, wodurch der Umformer kompliziert wird.
Bekannt ist auch eine Oberspannungsschutzart, bei welcher die Zuführung der Steuerimpulse zu den Ventilen unterbrochen und die Speisung der Ventile abgeschaltet wird (siehe, z. B., UdSSR-Patent Nr. 143 117, Klasse 21d2, 12/03).
Die erwähnte Methode sichert keinen zuverlässigen Schutz der Ventile bei schnell ansteigender Oberspan- nung, da während der zum Abschalten der Speisespannung, beispielsweise durch Sperrung des Speisegleichrichters, erforderlichen Zeitspanne die Ventile des Wechselrichters beschädigt werden können.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Mängel zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsschutz für Ventilfrequenzumformer zu schaffen, der eine ausreichende Wirkungsgeschwindigkeit aufweist und zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass beim Auftreten einer Überspannung an den Umformerventilen auf die sich zu diesem Zeitpunkt in nichtleitendem Zustand befindlichen Ventilgruppen Steuerimpulse gegeben werden, wodurch die erwähnten Ventilgruppen geöffnet werden und die resultierende Spannung am Ausgang des Umformers absinkt.
Die Einrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens mit einem Messtransformator, dessen Primärwicklung mittelbar oder unmittelbar an die Ventile des Frequenzumformers geführt ist, und mit mit der Sekundärwicklung verbundenen Elementen, die beim Auftreten einer Überspannung am Umformer ansprechen und Signale zum Abschalten seiner Speisespannung liefern, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente über Schaltelemente mit der Steuervorrichtung des Umformers verbunden sind und dieser Steuerimpulse zum Öffnen der sich beim Auftreten der Überspannung in nichtleitendem Zustand befindlichen Ventilgruppen zuführen.
Als Schaltelemente werden vorzugsweise Trenndioden benutzt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist nachstehend das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise und ein Ausführungsbeispiel der Schutzeinrichtung mit Bezug auf das Prinzipschaltbild eingehend beschrieben.
Der Überspannungsschutz des Frequenzumformers besteht in folgendem:
Erscheint am Ausgang des Umformers eine Spannung, die den zulässigen Wert übersteigt, so werden auf die Ventile, die zu diesem Zeitpunkt sich in nichtleitendem Zustand befinden, Steuerimpulse gegeben.
Gleichzeitig wird ein Abschaltsignal für die Umformerspeisespannung gegeben. Das Speisespannungsabschaltsignal kann auch nach der Aufhebung der Überspannung am Umformer gegeben werden. Die auf die nichtleitenden Ventile gegebenen Steuerimpulse tragen dazu bei, dass die Spannung am Ausgang des Umformers unabhängig davon, wie schnell die Speisespannung abgeschaltet wird, sofort zu sinken und nach dem Nulldurchgang wieder mit umgekehrtem Vorzeichen anzusteigen beginnt.
Nimmt die Spannung wieder einen gefährlichen Wert an, so gibt man ein Signal zum Öffnen der anderen nichtleitenden Ventilgruppe und so fort, bis die über spannung aufgehoben bzw. die Speisespannung abgeschaltet ist.
In einigen Fällen kann die erwähnte Frequenzumformerschutzart ein Umkippen des Wechselrichters hervorrufen, jedoch ist dies nicht gefährlich, da der Kurzschlusszustand für die Ventile weniger gefährlich als eine Überspannung ist und sich ausreichend schnell durch Abschalten der Speisespannung beseitigen lässt.
Die beschriebene Frequenzumformerschutzart kann mit Hilfe der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Einrichtung realisiert werden.
Die Einrichtung enthält einen autonomen Wechselrichter mit Steuerventilgruppen 1 und 2, einen Aus gangstransformator 3, einen Kommutierungskondensa- tor 4, eine Belastung 5 und eine Drossel 6. Die Steue rung des Wechselrichters erfolgt durch ein System, bestehend aus Impulstransformatoren 7 und 8, Ausgangsverstärkern 9 und 10 und einem Steuergenerator 11.
An den Ausgangstransformator 3 ist der Messtransformator 12 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung über Dioden 13 und 14 mit empfindlichen Elementen 15 und 16 verbunden ist. Die Ausgänge der Elemente 15 und 16 sind mit einem logischen ODER-Element 17 und über Trenndioden 18, 19, 20 und 21 mit dem Steuersystem des Wechselrichters, d. h. mit den Eingängen der Verstärker 9 und 10, verbunden.
Die Einrichtung arbeitet wie folgt.
In normalem Betriebszustand werden die Ventilgruppen 1 und 2 abwechselnd durch die von den Verstärkern 9 und 10 und den Transformatoren 7 und 8 erzeugen Impulse geöffnet. Am Ausgang des Transformators 3 entsteht eine Wechselspannung, deren Frequenz durch die Frequenz des Steuergenerators 11 bestimmt wird.
Übersteigt der Momentanwert der Wechselspannung (hunter Berücksichtigung des Transformationsverhältnisses des Messtransformators 12) die Ansprechschwelle der empfindlichen Elemente 15 und 16 nicht, so erscheint an deren Ausgang kein Signal. Falls jedoch bei plötzlicher änderung der Belastung in einer der Halbperioden der Momentanwert der Ausgangsspannung den zulässigen Wert überstiegen hat, so spricht eins der beiden empfindlichen Elemente 15 und 16 an, worauf dieses über die Diode 18 bzw. 20 ein Steuersignal auf den Eingang des Verstärkers 9 bzw. 10 gibt.
Infolgedessen wird auf die dem ansprechenden der empfindlichen Elemente 15 oder 16 zugeordnete Ventilgruppe 1 oder 2, die sich zu diesem Zeitpunkt in nichtleitendem Zustand befindet, ein Öffnungsimpuls gegeben, und zwar vor dem Eintreffen des entsprechenden Signals vom Steuergenerator. Gleichzeitig wird über das ODER Element 17 ein Signal zum Abschalten der Wechselrichterspeisung, beispielsweise zum Sperren des steuerbaren Gleichrichters (nicht gezeigt) des Frequenzumformers gegeben.
PATENTANSPRÜCHE
I. Verfahren zum Schutz eines Ventil-Frequenzumformers, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten einer Überspannung an den Umformerventilen auf die sich zu diesem Zeitpunkt in nichtleitendem Zustand befindlichen Ventilgruppen Steuerimpulse gegeben werden, wodurch die erwähnten Ventilgruppen geöffnet werden und die resultierende Spannung am Ausgang des Umformers absinkt.
II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, mit einem Messtransformator (12), dessen Primärwicklung mittelbar oder unmittelbar an die Ventile des Frequenzumformers geführt ist, und mit miL der Sekundärwicklung verbundenen Elementen (15, 16), die beim Auftreten einer Uberspan- nung am Umformer ansprechen und Signale zum Abschalten seiner Speisespannung liefern, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (15, 16) über Schaltelemente (18, 20), mit der Steuervorrichtung (9, 10) des Umformers verbunden sind und dieser Steuerimpulse zum öffnen der sich beim Auftreten der Überspannung in nichtleitendem Zustand befindlichen Ventilgruppen zuführen.