DE1115830B - Einrichtung zum Schutz von Halbleiter-Leistungsventile enthaltenden Stromrichteranlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

INTERNATIONALE KL.

H02j; d

W26519Vmb/21d³

ANMELDETAG: 8. OKTOB ER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 26. OKTOBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Schutz von Halbleiterventile bzw. Halbleiterdioden enthaltenden Stromrichteranlagen. In solchen Anlagen werden gewöhnlich die einzelnen Halbleiterventile, mögen sie in Parallelschaltung einer Einwegschaltung oder einer Einwegventilanordnung oder einer anderen der geläufigen Gleichrichterschaltungen, wie einer Sternpunkt- oder einer Gleichrichterbrückenschaltung in deren Phasenleitung bzw. deren Brückenzweigen, angehören, in Reihe mit je einer Abschmelzsicherung geschaltet. Fällt in einer solchen Parallelschaltung insbesondere auch durch einen Schaden oder Kurzschluß an der zugehörigen in Reihe liegenden Ventilanordnung eine der Abschmelzsicherungen aus, so wird dadurch die in Reihe mit ihr liegende Halbleiterventilanordnung bzw. -diode aus dem Speisekreis abgeschaltet, und die Parallelschaltung kann gegebenenfalls weiterhin in Betrieb bleiben, bis eine vorbestimmte Höchstzahl der parallel den Verbraucher speisenden Halbleiterventile auf diese Weise absgeschaltet worden ist, wonach dann ein Schutz der Anlage oder eine Warnung an den Bedienenden erforderlich erscheint, damit Schäden für die verbleibende Einheit der parallelen Gruppen nicht eintreten können.

Um bei einer Gleichrichteranlage solcher Art eine Überwachung mit Hilfe einer einzigen Anzeigevorrichtung erreichen zu können, ist bereits vorgeschlagen worden, die Sicherungen zwischen den einzelnen Gleichrichtern und der zugehörigen Sammelschiene einzuschalten und die Verbindungsleitungen zwischen den Gleichrichtereinheiten und den Sicherungen je über Hilfsventil gleicher Durchlaßrichtung und eine gemeinsame, eine Überwachungseinrichtung enthaltende Alarmleitung mit der Gleichstromsammeischiene zu verbinden.

Nach der Erfindung kann eine Schutzeinrichtung dieser Art mit einem Anzeige- oder Auslösekreis, der abhängig von dem Durchschmelzen der Schmelzsicherung zum Ansprechen gebracht wird, dadurch vereinfacht werden, daß in dem Anzeige- bzw. Auslösekreis an Stelle eines Gleichrichters ein Ohmscher Widerstand vorgesehen wird.

Mit besonderem Vorteil wird bei Anlagen mit mehreren Ventileinheiten, bei denen jeder Ventileinheit eine eigene Überstromsicherung vorgeschaltet ist und jeder Ventileinheit ein besonderer Zweig eines über eine gemeinsame Anzeige- oder Auslöseeinrichtung führenden Stromkreises zugeordnet ist, in jedem Zweig auch ein eigener Ohmscher Widerstand angeordnet, über den der dem Halbleiterelement zugewendete Pol der Sicherung mit den geEinrichtung zum Schutz von Halbleiter-Leistungsventile enthaltenden Stromrichteranlagen

Zusatz zum Patent 1 054 167

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 10. Oktober 1958 (Nr. 766 534)

August P. Colaiaco, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

meinsamen Teilen des Anzeigekreises verbunden wird.

Auf diese Weise wird eine einfache Möglichkeit gegeben, je nach Bedarf bei dem Durchschmelzen auch nur einer Schmelzsicherung oder einer vorbestimmten Anzahl von Schmelzsicherungen eine Anzeige zu erreichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, bei denen zum Teil noch zusätzliche Einzelmerkmale verkörpert sind.

In der vereinfachten Darstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 speist eine Wechselstromquelle 10 eine Last 20 über eine Mehrzahl von Gleichrichterzweigen 30, welche in einer Gleichrichteranordnung 35 parallel geschaltet sind. Jeder der parallelen Gleichrichterzweige enthält einen in Reihe mit seiner speziellen Einzelsicherung 32 geschalteten Halbleitergleichrichter 31. Es ist eine gemeinsame Alarmsignalschiene 34 vorgesehen, an welche eine Mehrzahl von Strombegrenzungswiderständen 33 durch eine ihrer Zuleitungen angeschlossen sind.

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Jeder der Strombegrenzungswiderstände 33 ist mit seiner anderen Zuleitung zwischen je einer der erwähnten Leistungsgleichrichtereinheiten 31 und ihrer entsprechenden Sicherung 32 angeschlossen.

Ein Schaltungsmittel, welches auf den Strom anspricht, welcher in der gemeinsamen Alarmsignalschiene 34 fließt, ist allgemein mit dem Bezugszeichen 60 versehen. Das Schaltungsmittel 60 enthält eine erste Relaisanordnung 40 und eine zweite Relaisanordnung 50. Die Relaisanordnung 40 umfaßt eine Relaiswicklung 41 und einen Strombegrenzungswiderstand 44, welche in Reihe zwischen der Alarmsignalschiene 34 und derjenigen Seite der Gleichrichterreihe 35 geschaltet sind, an welche die Sicherungen 32 angeschlossen sind. Das Relais 40 hat einen Anker 42, der von der erwähnten Relaiswicklung 41 elektromagnetisch gesteuert wird, und Kontakte 43, welche in dem Lastspeisekreis liegen, in welchem die Last 20 gespeist wird.

Das Relais 50 umfaßt eine Relaiswicklung 51, einen Anker 52, normalerweise geschlossene Ruhekontakte 54 und normalerweise offene Kontakte 53. Die normalerweise geschlossenen Ruhekontakte 54 und die Relaiswicklung 51 sind zwischen der gemeinsamen Alarmsignalschiene 34 und derjenigen Seite der Gleichrichterreihe 35 in Reihe eingeschaltet, an welche die Sicherungen 32 angeschlossen sind. Die Relais 40 und 50 können Relais mit Verriegelungsklinken sein. Wenn die Relais 40 und 50 einmal aus ihren normalen Stellungen heraus betätigt sind, so verbleiben sie in der betätigten Stellung sogar, obwohl kein Strom weiterhin durch sie hindurchfließt. Das Relais 40 kann auch mit Kontakten 45 versehen sein. Die Kontakte 45 sind normalerweise offen und betätigen, wenn sie geschlossen werden, eine Anzeigealarmeinrichtung. Diese Anzeigealarmeinrichtung kann nach dem Ausführungsbeispiel die Anzeigelampe 71 oder der Summer 61 sein. Beide sind an eine durch ihre Pole @ und θ angedeutete Spannungsquelle angeschlossen und können durch das Schließen der Kontakte 45 betätigt bzw. gespeist werden.

Die Kontakte 53 bewirken das Schließen eines Stromkreises, um eine Spannung an eine Anzeigelampe 70 und einen Summer 62 zu liefern. Entweder der Alarmsummer 62 oder die Anzeigelampe 70 können fortgelassen werden und statt dessen andere zusätzliche hörbare oder sichtbare Alarmmittel, welche einen Diodenausfall kennzeichnen, derart eingeschaltet werden, daß sie durch die Kontakte 53 betätigt werden.

Es wird nunmehr die Arbeitsweise des Apparats nach Fig. 1 beschrieben. Wenn einer der Halbleitergleichrichter 31 ausfällt oder einen Kurzschluß erfährt, so wird seine entsprechende Strombegrenzungssicherung 32 abschmelzen und auf diese Weise den Fehler klarstellen. Die Spannung von der Spannungsquelle 10 wird nämlich nunmehr an den entsprechenden der Strombegrenzungswiderstände 33 angelegt und verursacht auf diese Weise einen Stromfluß in der Alarmsammeischiene 34. Der Stromfluß in der Alarmsammeischiene 34 wird auch einen Stromfluß in der Relaiswicklung 51 des Relais 50 verursachen und veranlaßt es, den Anker 52 zu betätigen, welcher die Kontakte 53 schließen und die Kontakte 54 öffnen wird. Das Schließen der Kontakte 53 wird wegen des Fehlers eine der Alarmeinrichtungen, wie den Summer 62 oder die Anzeigelampe 70, je nachdem wie gewünscht, betätigen. Wenn das Relais 50 ein solches der Verriegelungsklinkentype ist, so können die Ruhekontakte 54 für das Herausnehmen der Relaiswicklung 51 aus dem Leistungsstromkreis benutzt werden, nachdem das Relais 50 das Schließen der Kontakte 53 ausgeführt hat. Auf diese Weise fließt kein Strom mehr über die Wicklung 51. Es entsteht kein weiterer Leistungsverlust und auch keine Gefahr der Beschädigung des Relais 50 mehr.

Das Relais 40 wird auch von dem Strom gespeist, welcher in der gemeinsamen Alarmschiene 34 fließt. Jedoch kann das Relais 40 bei dem Stromniveau, welches in der Alarmsammeischiene 34 nach dem Ausfall nur einer Diode 31 vorhanden ist, durch irgendeines mehrerer verschiedener Mittel an seiner Betätigung verhindert werden. Die in Fig. 1 gezeigte Methode besteht darin, einen Strombegrenzungswiderstand 44 in Reihe mit der Relaiswicklung 41 des Relais 40 zu schalten. Der Strombegrenzungswiderstand 44 hat einen Wert, der so gewählt ist, daß, bis eine vorbestimmte Anzahl von Gleichrichterdioden 31 ausgefallen ist und ihre entsprechenden Widerstände 33 parallel zueinander angeordnet sind, der Strombegrenzungswiderstand 44 den Strom über die Relaiswicklung 41 begrenzen wird, um die Betätigung des Relais zu verhindern, bis die erwähnte vorbestimmte Zahl von Dioden ausgefallen ist. Bei experimentellen Untersuchungen wurden die Werte der Widerstände 33 mit etwa 500 Ohm bemessen.

Nachdem die vorbestimmte Anzahl von Dioden ausgefallen ist, wird ein genügend großer Strom in der Alarmschiene 34 vorhanden sein, um das Relais 40 zu betätigen, so daß die Kontakte 43 geöffnet werden, welche die Leistungsspeisung von der Spannungsquelle 10 zur Last 20 unterbrechen. Wie im vorausgehenden erwähnt, kann das Relais 40 auch mit einem Paar von Kontakten 45 versehen sein, welche normalerweise geöffnet sind. Bei der Betätigung des Relais 40 werden die Alarmmittel, die in Fig. 1 als eine Anzeigelampe 71 und ein Summer 61 gezeigt sind, betätigt. Das Relais 40 kann auch ein solches der Verriegelungsklinkentype sein, so daß eine Anfangsbetätigung ausreichend ist, um die Kontakte 43 und 45 in ihrer Stellung zu halten, sogar obgleich keine Leistung oder kein Strom der Relaiswicklung 41 zugeführt werden und dieses Relais abgeschaltet ist. Wenn die Relais 40 und 50 solche der Verriegelungstype sind, können sie entweder solche der durch Handbetätigung oder der automatisch rückstellbaren Type sein.

In Fig. 2 ist eine Gleichrichterbrückenschaltung gezeigt, welche von einem dreiphasigen Wechselstromnetz über einen Schalter 183 geeigneter Type gespeist wird. Der Unterbrechungsschalter 183 ist so dargestellt, daß er eine Auslösespule 182 für die Herbeiführung der Öffnung des Schalters besitzt und für den Übergang in seine geschlossene Stellung entweder von Hand oder durch irgendwelche geeigneten Mittel betätigt werden kann. Das in Fig. 2 gezeigte Gleichrichtersystem ist an das dreiphasige Netz 101 mittels eines Transformators 100 angeschlossen, um die Spannung auf einen geeigneten Wert herabzusetzen, damit die gewünschte Gleichstromausgangsspannung an die Gleichstromsammeischienen 102 abgegeben wird. Eine primäre Transformatorwicklung 105 in Dreieckschaltung ist an das dreiphasige Netz 101 angeschlossen. Eine sekundäre Transformatorwicklung 1.10 in Dreieckschaltung ist an die drei-

phasige Gleichrichterbrückenschaltung 120 angeschlossen. Eine Mehrzahl von Zweigen 130 ist zwischen der einen Gleichstromsammelschiene 102 und der dreiphasigen Speisung von der Sekundärwicklung 110 angeschlossen. Eine Mehrzahl von Zweigen

190 ist angeschlossen zwischen der anderen Gleichstromsammelschiene 102 und den Speiseleitungsanschlüssen von der Sekundärwicklung 110.

Jeder der Zweige 130 enthält einen Leistungsgleichrichter 131, der in Reihe mit je einer der Schutzsicherungen 132 geschaltet ist. Je ein Strombegrenzungswiderstand 133 ist zwischen je einem der Leistungsgleichrichter 131 sowie seiner zugehörigen speziellen Sicherung 132 und einer gemeinsamen Alarmsammeischiene 200 eingeschaltet. Die gemeinsame Alarmsignalschiene 200 ist über eine Relaiswicklung 142 eines Relais 140 an die obere Gleichstromsammelschiene 102 angeschlossen, welche die entsprechenden Sicherungen 132 verbindet.

Jeder der Zweige 190 enthält je einen speziellen Leistungsgleichrichter 191, der in Reihe mit einer speziellen Schutzsicherung 192 geschaltet ist. Je ein Strombegrenzungswiderstand 193 ist zwischen der Verbindungsleitung je eines der Gleichrichter 191 sowie seiner Einzelsicherung 192 und einer gemeinsamen Alarmsammeischiene 201 eingeschaltet. Die gemeinsame Alarmsammeischiene 201 ist über eine Wicklung 143 des Relais 140 an die Gleichstromsammelschiene 102 angeschlossen, welche die entsprechenden Einzelsicherungen 192 verbindet.

Das Relais 140 hat einen Anker 141, mit welchem Kontakte 144, 145 und 146 verbunden sind. Die Kontakte 144,145 und 146 sind normalerweise offen. Wenn die Kontakte 144 geschlossen werden, betätigen sie die Auslösespule 182 des Schalters 183, der die dreiphasige Wechselstromspeisung vom Netz über die Leitungen 101 unterbricht. Wenn die Kontakte 145 geschlossen sind, so wird eine Anzeigelampe 170 gespeist. Wenn die Kontakte 146 geschlossen sind, wird ein Summer 160 gespeist. Der Grundgedanke der Erfindung kann in die Praxis umgesetzt werden, indem einzelne Speisemittel für den Schalter 183 oder die Anzeigelampe 170 oder den Summer 160 oder irgendein anderes erwünschtes Alarm- und Warnungssystem vorgesehen werden.

Wenn in dem Gleichrichtersystem 120 ein Gleichrichter 131 oder 191 in einer der Mehrzahl von Zweigen 130 und 190 ausfällt, so schmilzt die entsprechende zugeordnete Einzelsicherung 132 oder 192 ab und ordnet den Widerstand 133 oder 193 in die Speisung des Gleichrichtersystems 120 durch die zwischen zwei Netzphasen bestehende Spannung ein. Der Ausfall einer der Gleichrichterdioden 131 oder

191 wird auf diese Weise einen Strom in einer oder beiden der gemeinsamen Alarmsignalschienen 200 und 201 zulassen. Daher wird das Relais 140 erregt und durch die Betätigung seines Ankers 141 werden die Kontakte 144, 145 und 146 geschlossen, um auf diese Weise den gewünschten Alarm zu geben und die geeigneten Schutzschaltungen durchzuführen.

Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl die Gleichrichtereinheiten 131 und 191 in einem System, wie es die Fig. 2 zeigt, einzeln wirken, auch an ihre Stelle jeweils eine Mehrzahl von Gleichrichterelementen treten können, welche in einem einzelnen der Zweige 130 oder 190 eines Gleichrichtersystems 120 parallel geschaltet sind. Wenn eine Mehrzahl von Leistungsgleichrichtereinheiten parallel in einem einzigen Zweig der Brückenanordnung 120 geschaltet ist, dann können wieder die erfindungsgemäßen Lehren und die entsprechenden Schaltungen nach Fig. 1 in dem Gerät nach Fig. 2 an der einzelnen Gruppenanordnung einer Ventileinrichtung benutzt werden. Die Gleichrichtereinheiten 131 und 191 würden für die Zwecke der Einfachheit und Klarheit in der Erläuterung der Arbeitsweise der schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Schaltungen als einzelne Einheiten dargestellt. Die in den obigen Ausführungsbeispielen gezeigten Relais sollen im Rahmen der Erfindung so beurteilt werden, daß sie auch irgendwelche elektronische oder elektromechanische Vorrichtungen vertreten, welche an sich fähig sind, ihre erwünschten Funktionen auszuüben, z. B. können Halbleitervorrichtungen, Magnetverstärker oder elektronische Röhren benutzt werden, um Schaltfunktionen auszuführen, welche Alarmmittel wie z. B. den Summer und die Anzeigelampe oder einen Unterbrechungsschalter betätigen, um auf diese Weise die Stromrichterventile von einer Leistungsquelle abzuschalten.

So können die Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 kombiniert werden, um z. B., wenn eine Diode einer Gruppe von parallel geschalteten Dioden in einem einzelnen Zweig des Gleichrichtersystems ausgefallen ist, z. B. durch Zünden einer Lampe oder durch die Tonerzeugung eines Alarmsignals, anzuzeigen und nach dem Ausfall einer vorbestimmten Anzahl von Dioden in dem einzelnen Zweig das gesamte Gleichrichtersystem von der Speisespannungsquelie abzuschalten.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Weiterbildung einer Schutzanordnung nach Patent 1 054 167 für eine Stromrichteranlage, in welcher ein Halbleiterventil, insbesondere auf der Basis von Germanium oder Silizium od. dgl., in Reihe mit einer Schmelzsicherung angeordnet ist, mit einem Anzeige- oder Auslösekreis, der abhängig von dem Durchschmelzen der Schmelzsicherung zum Ansprechen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anzeige- oder Auslösekreis an Stelle eines Gleichrichters ein Ohmscher Widerstand vorgesehen ist.

2. Schutzanordnung nach Anspruch 1 für Anordnungen mit mehreren Ventileinheiten, bei der wie beim Hauptpatent jeder Ventileinheit eine Überstromsicherung in Reihe geschaltet ist und jeder Ventileinheit ein besonderer Zweig eines über eine gemeinsame Anzeige- oder Auslöseeinrichtung führenden Stromkreises zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zweig einen eigenen Ohmschen Widerstand enthält, über den der dem Halbleiterelement zugewendete Pol der Sicherung mit den gemeinsamen Teilen des Anzeigekreises verbunden ist.

3. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für mehrere parallele Zweige gemeinsam ausgeführte Anzeige- oder Auslösekreis einen solchen Widerstand aufweist, daß ein Ansprechen erst bei dem Abschmelzen einer vorbestimmten Anzahl vorhandener Schmelzsicherungen erfolgt.

4. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ihre Anwendung in Stromrichteranlagen mit mehreren

parallel geschalteten Reihenschaltungen aus je einer Halbleiterventilanordnung in Reihe mit je einer Abschmelzsicherung.

5. Schutzanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Speisung einer besonderen Einrichtung abhängig von der oder den Abschmelzsicherungen erfolgt und diese besondere Einrichtung ihrerseits eine Fehleranzeige- oder/und Warn- oder/und Schutzeinrichtung steuert.

6. Schutzanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die besondere Einrichtung, nachdem ihr durch das Abschmelzen einer oder mehrerer Sicherungen ein einleitendes Kommando gegeben worden ist, selbsttätig in ihrer erteilten Schaltstellung verbleibt.

7. Schutzanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die besondere Einrichtung aus einer elektromagnetisch gesteuerten Einrichtung besteht.

8. Schutzanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetische Einrichtungen benutzt werden, welche in der einen Schaltstellung selbsttätig durch eine mechanische Verriegelung gehalten werden.

9. Schutzanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der Fehleranzeige oder/und Warneinrichtung und die Schutzschalteinrichtung als eine Einheit gesteuert werden.

10. Schutzanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die abhängig von dem Durchschmelzen einer der Abschmelzsicherungen und die abhängig von dem Durchschmelzen einer vorbestimmten Anzahl von Schmelzsicherungen betätigten Fehleranzeige-, Warn- oder Schutzschalteinrichtungen von einer gemeinsamen Sammelschiene, jedoch dabei die letztgenannte über einen zusätzlichen Reihenwiderstand gesteuert wird.

11. Schutzanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fehleranzeige- bzw. Warneinrichtung optische oder/und akustische Einrichtungen vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 054 167.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 710/234 10.