DE1131796B

DE1131796B - Schutzschaltung fuer Stromrichteranlagen mit Halbleiterventilen

Info

Publication number: DE1131796B
Application number: DES64494A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Lichtenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-08-19
Filing date: 1959-08-19
Publication date: 1962-06-20

Description

Schutzschaltung für Stromrichteranlagen mit Halbleiterventilen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für Stromrichteranlagen mit Halbleiterventilen auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium. Bei Anlagen mit solchen Stromrichterventilen hat es sich mit Rücksicht auf den zu Beginn der Sperrphase des einzelnen Ventils auftretenden Trägerstaueffekt und auf das damit verbundene schnelle Abklingen eines Stromes in Sperrrichtung als wichtig ergeben, Überspannungen vorzubeugen, die durch die in den einzelnen Stromkreisen enthaltenen Induktivitäten, wie Transformatorwicklungen u. dgl., in Verbindung mit der angeführten schnellen Änderung des Stromes hervorgerufen werden und dadurch zu hohen Spannungsbeanspruchungen der Halbleiterventile führen können. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, entweder die einzelnen Ventile mit Kondensatoren oder anderen Hilfsschaltungselemtenten zu beschalten oder entsprechende Schaltungselemente, wie Kondensatoren, zwischen den Netzspeiseleitungen der Stromrichteranlage vorzusehen.
Das einzelne Stromrichterventil, welches in einer solchen Stromrichteranlage entweder in dem Zweig einer Brückenschaltung oder in einer Phasenleitung einer Sternpunktschaltung liegt, kann aus Gründen der zu beherrschenden Ströme oder zu beherrschenden Spannungen dabei auch aus einer Halbleiterventilanordnung bestehen, die aus mehreren parallelen Zweigen mit Halbleiterelementen oder/und Reihenschaltungen von einzelnen Halbleiterelernenten besteht.
Ziel der Erfindung ist, die für die Erzielung eines solchen Schutzes der Halbleiterventile aufzuwendenden Schaltungsmittel auf einen möglichst geringen Betrag entweder rein zahlenmäßig oder aufwand- und raumbedarfsmäßig herabzusetzen.
Der Erfindung liegt hierbei der Gedanke zugrunde, für eine Mehrzahl von Halbleiterventilen, an denen die auftretenden Überspannungen zu beherrschen sind, unmittelbar gemeinsam die gleichen Hilfsschal tungselemente auszunutzen. Es soll jedoch dabei, wenn es sich als notwendige Bedingung ergibt, damit keine nachteilige Beeinflussung des übrigen Schaltungsaufbaues der Stromrichteranlage eintritt, das entsprechende Hilfssehaltungseleinent jeweils auf das entsprechende, an sich integrierende Schaltungselement der Strornrichteranlage erst dann wirkungsmäßig geschaltet werden, wenn an diesem eine überspannung auftreten könnte. Hierbei soll aber gleichzeitig vermieden werden, daß für das Daraufschalten der Hilfschaltungselemente auf das einzelne Schaltungselement der Stromrichteranlage besondere mechanische Schalter verwendet werden müssen. Es sollen in diesem Sinne in der Schaltung nur ruhende Schaltungselemente, also solche ohne bewegliche Teile, zur Anwendung gelangen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer solchen Schutzschaltung für Stromrichteranlagen mit Halbleiterventilen auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium erfindungsgemäß mehreren Schaltungselementen bzw. mehreren Reihenschaltungen von Schaltungselementen, an welchen zufolge des an den Stromrichterventilen auftretenden Trägerstaueffektes auf Grund der in den Stromkreisen vorhandenen Induktivitäten Überspannungen entstehen können, ein Kondensator zwischen dem ihnen gemeinsamen Anschlußpunkt über je ein mit dem anderen Anschluß des jeweiligen Schaltungselementes bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen verbundenes elektrisches Hilfsventil derart parallel geschaltet ist, daß der bereits mit der Einschaltung der Strornrichteranlage auf den Scheitelwert der an dem Schaltungselement bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen betriebsmäßig auftretenden Spannung aufgeladene Kondensator die genannten Hilfsventile in Sperrrichtung beansprucht und beim Auftreten einer Überspannung an dem Schaltungselement bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen das jeweilige Hilfsventil in seiner Flußrichtung geöffnet und dadurch der geladene Kondensator dein Schaltungselement bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen parallel geschaltet wird. Gegebenenfalls kann zusätzlich zwischen den Gleichstrompolen der Anlage ein weiterer Kondensator oder eine Reihenschaltung aus dem Kondensator und einem Widerstand eingeschaltet sein. Wegen der entsprechenden Bemessung des Kondensators in seiner Größe wird beim Auftreten einer schädlichen Überspannung die maximal an dem zu schützenden Schaltungselement auftretende Spannung auf einen oberen Spannungswert begrenzt, der unter Berücksichtigung einer eventuell auftretenden Ausgleichsschwingung nur um einen geringen Betrag den Scheitelwert der Speisewechselspannung der Anlage überschreitet.
Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung genügt es, außer einer zwischen den Gleichstrompolen eingeschalteten Kapazität oder einer Reihenschaltung aus einer solchen und einem Dämpfungswiderstand, wenn die Stromrichterschaltung eine Null- bzw. Sternpunktschaltung aufweist, für die Schaltungselemente der einzelnen Zweige der Sternpunktschaltung gemeinsam nur einen einzigen Kondensator vorzusehen, der dann entsprechend selbsttätig bei einem Auftreten von Überspannungen während des Betriebes dem jeweils zu schützenden Schaltungselement parallel geschaltet wird. Nach weiteren Lösungen kann im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls auch auf den besonderen Kondensator zwischen den Gleichstrompolen der Stromrichteranlage noch verzichtet werden. Da eine Gleichrichterbrückenschaltung in ihrem Wesen eine Reihenschaltung zweier Sternpunktschaltungen ist, kann sinngemäß im Falle einer Stromrichterbrückenschaltung gewissermaßen jedem Sternpunktsystem je ein gemeinsamer Kondensator in Reihe mit entsprechenden Hilfsventilen zugeordnet werden.
Die Erfindung ist sowohl dann anwendbar, wenn es sich um ungesteuerte Stromrichteranlagen mit Halbleiterventilen handelt, als auch dann, wenn die Stromrichteranlage in der Speisung der Verbraucheranlage gesteuert ist, was im allgemeinen mittels gleichstromvormagnetisierter steuerbarer Regeldrosseln durchgeführt wird.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine dreiphasige Sternpunktschaltung dargestellt. 1 bis 3 bezeichnen die Sekundärwicklungen des Speisetransformators. 4 bis 6 sind die einzelnen Stromrichterventile, von denen je eines mit einer der Phasenwicklungen 1 bis 3 des ; Transformators in Reihe geschaltet ist. 7 und 8 bezeichnen die Gleichstrompole der Anlage, welche an die Klemmen 9 und 10 der Stromrichteranlage angeschlossen sind. Von diesen Klemmen wird gegebenenfalls über eine Glättungsdrossel 22n der Verbraucher ; 11 gespeist. An den Minuspol der Stromrichteranlage ist über die Leitung 12 der Kondensator 13 angeschlossen, der über einen Reihenwiderstand 14 und je eine der Leitungen 15 bis 17 an je eines der Hilfsventile 18 bis 20 angeschlossen ist. Diese Hilfsventile sind andererseits an die Verbindungsleitungen zwischen je einem der Stromrichterventile 4 bis 6 und der entsprechenden der Sekundärwicklungen 1 bis 3 des Transformators angeschlossen. Dem Kondensator 13 ist noch ein hochohmiger Entladewiderstand 21 parallel geschaltet. Zwischen den Gleichstrompolen 7 und 8 der Anlage ist noch ein Kondensator 22 gegebenenfalls in Reihe mit einem Dämpfungswiderstand 23 eingeschaltet. Die Wirkung dieser Schutzschaltungsanordnung ist die folgende.
Bereits bei der Einschaltung des Stromrichters hat der Kondensator 13 unmittelbar eine solche Ladung durch die negativen Halbwellen der Speisewechselspannung von der Sammelschiene 8 über die Leitung 12, den Kondensator 13, den Reihenwiderstand 14 und die Hilfsventile 18 bis 20 aufgenommen, daß sein oberer Belag positive Polarität und sein unterer Belag negative Polarität besitzt. Die Höhe dieser Spannung ist durch den Scheitelwert der Phasenspannung der speisenden Netzspannung der Stromrichteranlage bestimmt. Der Kondensator ist jeweils an die einzelnen Phasenwicklungen 1 bis 3 über die entprechenden Hilfsventile 18 bis 20 angeschlossen. Tritt in einer der Phasen am Stromrichterventil der Sperrzustand ein, z. B. in der Phase 2 am Stromrichterventil5, so liegt an der Reihenschaltung aus dem Kondensator 13 und dem entsprechenden Hilfsventil 19 die Phasenspannung der Wicklung 2 mit einer solchen Polarität, daß das untere Ende der Wicklung 2 positive Polarität und das obere Ende negative Polarität hat. Damit bildet aber diese Transformatorwicklung 2 für den über den Kondensator 13 und das Hilfsventil 19 verlaufenden Stromkreis eine Spannungsquelle, die dieses Ventil 19 in Durchlaßrichtung beansprucht. Demzufolge tritt über das Ventil 19 ein Stromfluß auf, bis der Kondensator 13 auf den Scheitelwert der Phasenspannung an der Transformatorwicklung 2 aufgeladen ist. Unmittelbar nach der Einschaltung der Stromrichteranlage befindet sich also der Kondensator 13 in einem entsprechenden geladenen Zustand. Durch seine Ladespannung wird jedes der mit ihm in Reihe geschalteten elektrischen Ventile 18, 19 und 20 in Sperrichtung beansprucht.
Tritt nun nach einem Kommutierungsvorgang an einer der Sekundärwicklungen des Transformators eine Überspannung auf, so wird dieser Wicklung über das entsprechende der Ventile 18 bis 20 der Kondensator 13 parallel geschaltet, und zwar bestimmt durch den Überspannungswert, der die Ladespannung des Kondensators 13 überschreitet und dadurch das entsprechende der Ventile 18 bis 20 in Flußrichtung öffnet. Um diesen Vorgang zu erklären, sei beispielsweise angenommen, daß die Phase mit der Sekundärwicklung 2 und dem mit dieser Wicklung in Reihe liegenden Stromrichterteil5 sich in der Durchlaßphase befinde und daß der Stromrichter gerade von der Phase 2 auf die Phase mit der Sekundärwicklung 3 und dem Stromrichterventil 6 kommutiere. Nach diesem Kommutierungsvorgang geht das Ventil s in Sperrung. Infolge des an dem Ventil s auftretenden Trägerstaueffektes und dem schnellen Abklingen des Stromes in Sperrichtung dieses Ventils entsteht an den Sekundärwicklungen 2 und 3 des Transformators je eine induzierte Spannungsspitze entsprechend der Stromänderungsgeschwindigkeit. Die an der Sekundärwicklung 2 entstehende Spannungsspitze hat dabei eine solche Polarität, daß das untere Ende der Sekundärwicklung 2 positiv wird und das obere Ende negativ. Die in der Sekundärwicklung 3 induzierte Spannungsspitze ergibt am oberen Ende der Wicklung positive Polarität und am unteren Ende negative Polarität. Diese in der Phasenwicklung 2 induzierte Spannung ist aber häufig größer als die Ladespannung des Kondensators 13. Demzufolge entsteht ein Strom von der unteren Klemme der Sekundärwicklung 2 über den Kondensator 13, den Widerstand 14 und das Ventil 19 in Flußrichtung zum oberen Ende der Sekundärwicklung 2. Das Ventil 19 wird dadurch geöffnet und der Kondensator 13 der Sekundärwicklung 2 parallel geschaltet, so daß die in dieser induzierten Spannungen nicht zur Entstehung einer schädlichen überspannung Anlaß geben können, welche das in Sperrung gegangene Ventil 5 nachteilig beanspruchen könnte, weil ein die Sekundärwicklung 2 und den Kondensator 13 in Reihenschaltung enthaltender Schwingungskreis gebildet wird, in welchem also der Kondensator von der Sekundärwicklung 2 die gelieferte elektromagnetische Energie als Speicherorgan übernimmt, so daß die Amplitude der auftretenden Spannung wesentlich geringer ist, als wenn der erfindungsgemäße Kondensator nicht vorhanden wäre. Allerdings ist jetzt zu beachten, daß außerdem noch, wie bereits angeführt, in der Phasenwicklung 3 eine entsprechende Spannung induziert worden ist. Diese würde nach der bereits gegebenen Schilderung der entstandenen Polarität der beiden Spannungen mit der in der Sekundärwicklung 2 induzierten Spannung in bezug auf die den Stromrichterventilen 5 und 6 zugewandten Enden der Wicklungen 2 und 3 gleichsinnig in Reihe liegen. Es würde daher eine Summenspannung an den genannten Punkten der Schaltung auftreten, die sich aus der in ihrem Amplitudenwert begrenzten Spannung an der Sekundärwicklung 2 und der in der Wicklung 3 induzierten Spannung zusammensetzen würde. Nun ist aber, wie die Schaltung zeigt, außerdem zwischen den Gleichstrompolen noch der Kondensator 22 eingeschaltet. Für eine an der Phasenwicklung 3 entstehende überspannung besteht also ein Stromkreis geringen Widerstandes vom oberen Ende der Wicklung 3 über das Stromrichterventil 6 und den Kondensator 22 sowie den gegebenenfalls vorhandenen Widerstand 23. Die Spannung, die als Zusatzspannung zu der an der Sekundärwicklung 2 entstehenden Spannung auf Grund der in der Wicklung 3 induzierten Spannung hinzukommen kann, ist daher praktisch nach oben durch die Spannung an dem Kondensator 22 und damit durch die Betriebsgleichspannung zwischen den Polen 9 und 10 der Stromrichteranlage bestimmt. Der sinngemäße Vorgang ergibt sich auch für die anderen Phasen der Anlage.
Aus dieser Beschreibung der Fig. 1 ist zu erkennen, daß für die einwandfreie Beherrschung der Anlage hinsichtlich eventueller auf Grund des Trägerstaueffektes an den Ventilen auftretender schädlicher Überspannungen nur zwei Kondensatoren erforderlich sind, wobei deren maximale spannungsmäßige Beanspruchung nur in der Größenordnung der an den Gleichstrompolen auftretenden Betriebsspannung bzw. dem Scheitelwert der Speisewechselspannung einer Transformatorphase liegt.
In dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 2 ist wieder eine Sternpunktschaltung benutzt, wobei jedoch in diesem Falle die von der Stromrichteranlage gelieferte Spannung in ihrem Wert unter der Benutzung von gleichstromvormagnetisierten Drosseln in Reihe mit den einzelnen Ventilen einstellbar ist. Soweit in dieser Schaltung wieder die gleichartigen Schaltungselemente vorhanden sind wie in Fig. 1, sind zur Erzielung einer einfachen übersicht über den Zusammenhang der beiden Schaltungen für diese Schaltungselemente unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Es sind in der Anlage also die drei Sekundärwicklungen 1 bis 3 des Transformators vorhanden. In Reihe mit jeder dieser Transformatorwicklungen liegt je eines der Stromrichterventile 4 bis 6. 7 und 8 bezeichnen wieder die Gleichstrompole der Anlage, die zu den Anschlußklemmen 9 und 10 führen. 22a bezeichnet wieder die Glättungsdrossel, und 11 bezeichnet den Belastungswiderstand der Stromrichteranlage. In jeder der Phasen liegt in Reihe je eine der steuerbaren Drosseln 24 bis 26, deren Arbeitswicklungen mit 24 a bis 26 a und deren Steuerwicklungen mit 24 b bis 26b bezeichnet sind. Wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, hat der untere Teil der Schaltung wieder einen nahezu gleichartigen Aufbau, wie ihn die Schaltung nach Fig. 1 zeigt. Es ist daher ein Kondensator 13 mit einem hochohmigen Parallelwiderstand 21 und einem Reihenwiderstand 14 vorgesehen. Das eine Ende des Kondensators 13 ist an den Sternpunkt des Transformators angeschlossen. Das andere Ende des Kondensators 13 ist über den ohmschen Widerstand 14 und je eines der Ventile 18 bis 20 an das andere Ende je einer der Sekundärwicklungen 1 bis 3 des Transformators angeschlossen. Zusätzlich enthält die Schaltung mit Rücksicht auf die vorhandenen Steuerdrosseln 24 bis 26 zur Vorbeugung des Entstehens schädlicher überspannungsspitzen nach der Kommutierung auf Grund der Stromänderung zufolge des Trägerstaueffektes an den Stromrichterventilen 4 bis 6 und der an diesen Ventilen auftretenden Sprungspannungen einen weiteren Kondensator 27 mit einem hochohmigen Parallelwiderstand 28 als Entladewiderstand. Der Kondensator 27 ist mit seinem einen Belag an den Gleichstrompol 7 der Anlage angeschlossen und mit seinem anderen Belag über den ohmschen Widerstand 32 an je eines der Ventile 29 bis 31, welche an das jeweilig andere Ende der Steuerdrosseln 24 bis 26 angeschlossen sind.
Was die Wirkungsweise dieser Schaltung bei der Kommutierung zwischen zwei Stromrichterphasen anbetrifft, um schädliche Überspannungen auszuschließen, welche auf induzierte Spannungen in den Sekundärwicklungen 1 bis 3 zurückzuführen sind, so ist sie die gleiche, wie sie bereits an Hand der Fig. 1 erläutert worden ist. Bei der Kommutierung z. B. von der Phase mit der Sekundärwicklung 2 und dem Ventil 5 auf die Phase mit der Sekundärwicklung 3 und dem mit dieser in Reihe liegenden Ventil 6, wie sie bereits zur Erläuterung nach Fig. 1 in Betracht gezogen worden ist, entsteht sinngemäß an der Arbeitswicklung 25 a, deren in Reihe liegendes Ventil 5 in den Sperrzustand übergeht, eine entsprechende induzierte Spannungsspitze. Durch den vorausgehenden Betrieb war bereits ein solcher Zustand herbeigeführt worden, daß der Kondensator 27 bis auf einen Spannungswert entsprechend dem größten an der Drossel vorher liegenden Spannungswert in dem Sinne aufgeladen worden war, daß sein oberer Belag positive und sein unterer Belag negative Polarität besitzt. Die an der Arbeitswicklung 25 a bei dem übergang des Ventils 5 in den Sperrzustand induzierte Spannungsspitze hat am unteren Ende der Wicklung 25 a positive und am oberen Ende negative Polarität. Hat diese entstehende induzierte Spannungsspitze den Charakter einer die am Kondensator 27 liegende Spannung überschreitenden überspannung, so wird dadurch das Ventil 30, welches bisher durch die Ladespannung des Kondensators 27 in Sperrichtung beansprucht war, in seiner Flußrichtung durchlässig. Hierdurch wird der Kondensator 27 der Arbeitswicklung 25a der Steuerdrossel parallel geschaltet und ein sonst eintretender Spannungsanstieg an dieser Wicklung auf einen zulässigen Wert begrenzt. Würde die erfindungsgemäß benutzte Schutzschaltung für die Regeldrossel nicht benutzt sein, so würde die an der einzelnen Steuerdrossel entstehende Überspannung in voller Größe an dem Stromrichterventil, also z. B. dem betrachteten Ventil 5, auftreten. Es liegt nämlich dann die Arbeitswicklung 25 a als Spannungsquelle mit ihrem positiven Pol in Sperrichtung an dem Ventils und mit ihrem negativen Ende über die im Sättigungszustand befindliche Drossel 26 und das in seinem Durchlaßzustand befindliche Ventil 6 sowie die Transformatorwicklung 3 und die Transformatorwicklung 2 an dem unteren Anschluß des Stromrichterventils 5.
Die Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Fall, wobei in jeder der Phasenleitungen der Sternpunktschaltung mehrere Induktivitäten vorhanden sind, einmal in Form der jeweiligen Phasenwicklung des Transformators, zum anderen in Form der jeweiligen Arbeitswicklung der gleichstromvormagnetisierten Drossel, und wobei also bei dem Kommutierungsvorgang die an den einzelnen Induktivitäten eventuell auftretenden Überspannungen so zu beherrschen sind, daß keine nachteilige Beanspruchung des Stromrichterventils, welches ein Halbleiterventil ist, stattfinden kann.
Sinngemäß ist in dieser Schaltung jeweils für jede der notwendigen Schutzeinrichtungen je ein Kondensator vorgesehen, der durch die während des normalen Betriebes jeweils auftretende Spannung derart aufgeladen wird, daß die entsprechenden Hilfsventile durch diese Spannung in Sperrichtung beansprucht sind, bis das entsprechende Hilfsventil beim Auftreten einer eventuell unzulässigen Spannung an der bzw. an den von ihm überwachten Induktivitäten in Durchlaßrichtung beansprucht werden und dadurch der Kondensator der jeweiligen Wicklung derart parallel geschaltet wird. In dem im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Sinne und aus den dort dargelegten Gründen kann nach der Kommutierung bzw. bei dem Übergang eines der Stromrichterventile in seinen Sperrzustand zufolge des auftretenden Trägerstaueffektes keine für die Stromrichterventile schädliche Überspannung in der Stromrichteranlage auftreten.
Die Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung. Dabei handelt es sich um eine solche Anordnung, bei der die gleichstromvormagnetisierten Steuerdrosseln den Sekundärwicklungen des Transformators unmittelbar benachbart liegen und das jeweilige Strom- ; richterventil in jeder Phase in Reihe mit diesen beider Wicklungen liegt und wobei dieses Stromrichterventil für die mit Sättigungswinkelsteuerung arbeitende gleichstromvormagnetisierte Diossel gleichzeitig das mit der Arbeitswicklung der Drossel in Reihe liegende Ventil bildet. Um wieder in einfacher Weise den Zusammenhang zwischen diesen Schaltungen nach Fig. 3 und den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 erkennen zu lassen, sind die bereits in den Fig. 1 und 2 vorhandenen Schaltungselemente unmittelbar wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. So tragen die drei Sekundärwicklungen des Transformators die Bezeichnungen 1 bis 3 und die gleichstromvormagnetisierten Steuerdrosseln die Bezeichnungen 24 bis 26. Die Arbeitswicklungen dieser gleichstromvormagnetisierten Steuerdrosseln sind wieder mit 24a bis 26a und die Steuerwicklungen dieser Drosseln mit 24 b bis 26 b bezeichnet. Wie durch die Umrahmung 33 angedeutet ist, können bei einer solchen Anordnung die unmittelbar einander schaltungsmäßig benachbart angeordneten gleichstromvormagnetisierten Drosseln und der Transformator in dem gleichen Behälter, der gegebenenfalls eine Isolier- oder Kühlmittelfüllung, wie Öl, besitzen kann, untergebracht werden. Von den äußeren elektrischen Anschlüssen dieses Behälters können dabei eventuell relativ lange Leitungen bis zu den Stromrichterventfen vorhanden sein, die in den einzelnen Phasen vorgesehen sind und wieder in Anlehnung an die Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 die Bezeichnungen 4 bis 6 tragen. Die Gleichstrompole der Anlage tragen wieder die Bezeichnungen 7 und 8, die Anschlußklemmen der Stromrichteranlage die Bezeichnungen 9 und 10. An diese Anschlußklemmen 9 und 10 ist wieder die Reihenschaltung aus der Glättungsdrossel22a und dem Verbraucher 11 angeschlossen. In dieser Schaltung sind weiterhin Hilfsventile 34 bis 36 vorhanden, von denen jedes einerseits an je eine der Verbindungsleitungen zwischen je einem der Stromrichterventile 4 bis 6 und je einer der Arbeitswicklungen der gleichstromvormagnetisierten Drosseln 24 bis 26 angeschlossen ist, während diese Ventile 34, 35, 36 andererseits an eine gemeinsame Leitung 37 angeschlossen sind. Zwischen dem Gleichstrompol 7 und der genannten Leitung 37 ist der Kondensator 38, dem der hochohmige Ent-Ladewiderstand 39 parallel geschaltet ist, in Reihe mit dem Widerstand 40 angeschlossen. Es ist wesentlich für eine möglichst vollkommene Arbeitsweise einer solchen Schaltung nach Fig. 3, daß die Ventile 34 bis 36 möglichst nahe dem einen Anschlußpol der Stromrichterventile 4 bis 6 angeschlossen sind.
Wird eine solche Stromrichteranlage nach Fig. 3 eingeschaltet, so wird der Kondensator 38 entsprechend der an dem einzelnen der Stromrichterventile 4 bis 6 auftretenden größten Sperrschaltung von der Sammelschiene 7 über den Kondensator 38, den Reihenwiderstand 40 und das jeweilige der Hilfsventile 34 bis 36 aufgeladen. Dieser Höchstwert der Sperrspannung an dem einzelnen der -Stromrichterventile 4 bis 6 ist in diesem Fall gleich dem Scheitelwert der verketteten Spannung des Dreiphasensystems, denn wird beispielsweise angenommen, das Ventil 4 befmde sich in demjenigen Sperrzustand, in welchem die an dem Ventil auftretende Sperrspannung den Höchstwert hat, so liegt an diesem der Momentanwert der Summenspannung aus den Spannungen der Transformatorphasen 1 und 2 bzw. 3 über das im Durchlaßzustand befindliche Ventil 5 bzw. 6. Der obere an der Sammelschiene 7 angeschlossene Belag des Kondensators 38 nimmt also positive Polarität an.
Für die Erläuterung der Wirkungsweise dieser Schaltung wird wieder unterstellt, daß das Ventils gerade stromführend ist und eine Kommutierung der Stromführung von diesem Stromrichterventil5 auf das Stromrichterventil6 stattfindet. Dabei entsteht am Ende der Kommutierung an dem Stromrichterventil5 eine Sperrspannungsspitze. Diese setzt sich zusammen aus den Werten der induzierten Teilspannurigen, welche an der Transformatorphase 2, der in Reihe mit dieser liegenden Arbeitswicklung 25 a der gleichstromvormagnetisierten Drossel 25 und an der Transformatorwicklung 3 entstehen. Überschreitet die Summe dieser Spannungswerte den Ladespannungswert des Kondensators 38, so wird in dem Stromkreis, der z. B. vom oberen Ende der Arbeitswicklung 26a der Drossel 26 über das Ventil 6, die Leitung 7, den Kondensator 38, den Reihenwiderstand 40, die Leitung 37, das Ventil 35, die Arbeitswicklung 25a der Drossel 25, die Sekundärwicklung 2 des Transformators und die Sekundärwicklung 3 des Transformators verläuft, das Ventil 35 durchlässig. Hierdurch ist der Kondensator 38 dem Stromrichterventil 5 parallel geschaltet und beugt einer Überspannungserscheinung an dem Stromrichterventil5 vor, so daß dieses also durch eine solche keinen Schaden leiden kann. Die sinngemäße Wirkungsweise, wie sie erläutert worden ist für das Stromrichterventil5, ergibt sich in der Schaltung auch für die Stromrichterventile 4 und 6.
Aus einer Betrachtung dieser Schaltung nach Fig. 3 ist zu erkennen, daß diese, obwohl in ihr in gleicher Weise wie nach Fig. 2 eine Steuerung der von der Stromrichteranlage an den Verbraucher gelieferten elektrischen Energie stattfindet, eine wesentliche Vereinfachung des schaltungsmäßigen Aufbaues erreicht ist, denn erstens konnte der Kondensator bzw. die Reihenschaltung aus dem Kondensator und dem Widerstand zwischen den Gleichstrompolen 7 und 8 der Anlage fortgelassen werden, und zweitens ist in dieser Anordnung, obwohl eine Reihenschaltung zweier Wicklungen in den einzelnen Phasenwicklungen vorhanden ist, nur ein Kondensator mit entsprechenden zugeordneten Hilfsventilen vorhanden, um schädlichen Überspannungserscheinungen an den Stromrichterventilen einwandfrei vorzubeugen.
Für die Erfindung gilt die grundsätzliche Lehre, daß ungeachtet der Phasenzahl des Systems zur Erreichung des angestrebten Effektes der Beherrschung der Anlage gegen schädliche Überspannungen nur jeweils ein bereits mit dem Einschaltvorgang der Stromrichteranlage aufgeladener Kondensator in Verbindung mit je einem Hilfsventil, daß an je eine der Phasen angeschlossen ist, erforderlich wird. Um das an einem anderen Ausführungsbeispiel noch besonders zu veranschaulichen, wird nunmehr auf die Fig. 4 Bezug genommen.
In dieser Fig. 4 ist eine an sich bekannte Doppelsternschaltung mit Saugdrossel zwischen den beiden Sternsystemen vorhanden. Um wieder einen einfachen Zusammenhang in diesem Falle zwischen diesen Schaltungen nach Fig.4 und der Schaltung nach Fig. 3 erkennen zu lassen, sind für die Sekundärwicklungen des Transformators wieder die Bezeichnungen 1 bis 3 beibehalten worden, die nunmehr in den beiden Sternsystemen durch große Zusatzbuchstaben A und B unterschieden sind. Zu dem einen Sternpunktsystem gehören nun die Transformatorwicklungen l. A bis 3A, zu dem anderen Sternpunktsystem die Transformatormricklungen 1B bis 3B. Die Saugdrossel zwischen den beiden Sternpunktsystemen ist mit 41 bezeichnet. In dieser Schaltungsanordnung sind wieder gleichstromvormagnetisierte steuerbare Drosseln vorhanden, um auf diese Weise die von der Stromrichteranlage an den Verbraucher gelieferte elektrische Energie steuern können. In Anlehnung an die vorausgehenden Figuren sind für diese gleichstromvormagnetisierten Drosseln wieder die gleichen Bezugszahlen benutzt worden, die sinngemäß wieder, wie es bei den Transforinatorenwicklungen gewählt worden ist, mit einem entsprechenden Zusatzzeichen A bzw. B in den beiden Sternpunktsystemen versehen sind. Die Arbeitswicklungen der beiden Drosseln sind wieder durch den Zusatzbuchstaben a und die Steuerwicklungen durch den Zusatzbuchstaben b gekennzeichnet. In diesem Sinne trägt z. B. die Arbeitswicklung a der Drossel 24 B die Bezeichnung 24Ba und die Steuerwicklung b der Drossel 24B die Bezeichnung 24Bb. Der in der Schaltung benutzte Kondensator, der bereits mit dem Einschalten der Anlage aufgeladen wird, trägt in Anlehnung an die Fig. 3 die Bezeichnung 38, der ihm parallel geschaltete hochohmige Widerstand die Bezeichnung 39. In Reihe mit dieser Parallelschaltung liegt wieder ein ohmscher Widerstand 40. Die Stromrichterventile der Anlage haben wieder die Bezeichnung 4, 5, 6, die sinngemäß nunmehr entsprechend dem Sternpunktsystem, dem sie angehören, mit einem Zusatzbuchstaben A bzw. B versehen sind. Die Gleichstromanschlußpole der Anlage tragen wieder die Bezeichnung 7 und 8 und die Anschlüsse der Stromrichteranlage die Bezeichnungen 9 und 10. Die Glättungsdrossel ist wieder mit 22a bezeichnet, der Gleichstromverbraucher mit 11. Wie aus der Schaltung ohne weiteres abzulesen ist, ist der Kondensator 38 mit seinem oberen Ende wieder an den Pluspol 7 der Anlage angeschlossen, während er mit seinem unteren Ende über den Reihenwiderstand 40 entsprechend der Fig. 3 an eine Leitung 37 angeschlossen ist. Zwischen dieser Leitung 37 und den Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen der Stromrichterventile 4A bis 6A und 4B bis 6B sowie der entsprechenden der Arbeitswicklungen der Drosseln 24A bis 26A und 24B bis 26B ist jeweils eines der Hilfsventile 34A bis 36A bzw. 34B bis 36B eingeschaltet.
Hinsichtlich der Wirkungsweise der Anlage wird die nachfolgende Erläuterung gegeben. Es wird davon ausgegangen, daß nach dem Einschalten der Stromrichteranlage der Kondensator 38 unmittelbar aufgeladen worden ist, und zwar mit einem Spannungswert entsprechend dem doppelten Scheitelwert einer Transformatorphase. Das ergibt sich beispielsweise unter der Annahme, daß das Ventil 6B gerade stromführend ist, und der Tatsache, daß die Schaltung mit sechsphasigem Charakter arbeitet, aus einer Betrachtung des Stromkreises, der vom oberen Ende der Arbeitswicklung der Drossel 26B über das Ventil 6B, die Leitung 7, den Kondensator 38, den Widerstand 40, das Hilfsventil 36A, die Arbeitswicklung der Drossel 26A sowie die Sekundärwicklung 3 A und 3B des Transformators zurück zur Arbeitswicklung der Drossel 26B verläuft. In diesem Stromkreis wirken die beiden Phasenspannungen 3A und 3B in Form der Summenspannung zusammen und liegen als solche an den Klemmen des Stromrichterventils 6A. Die Höchstspannung an diesem betrachteten Ventil 6A ist aber, ebenso wie der Höchstwert der Spannung, der an den übrigen Ventilen auftreten kann, bestimmend für die Spannung, mit welcher der Kondensator 38 aufgeladen wird.
Findet nun aber in der sechsphasigen Anlage eine Kommutierung der Stromführung z. B. von dem Ventil 4B auf das Ventil 6A statt, so entsteht an dem Ventil 4.B bei seinem Übergang in den Sperrzustand eine Spannung, die eine Spannungsspitze aufweisen kann, welche bestimmt ist durch die Teilspannunger an der Arbeitswicklung 24 Ba der Drossel 24 B, der Sekundärwicklung 1B des Transformators an der Saugdrossel 41, an der Transformatorwicklung 3 A über die Arbeitswicklung 26Aa, der gesättigten Drossel 26A und über das stromführende Ventil 6A. Wenn diese Spannung größer ist als die Ladespannung des Kondensators 38, so wird das Hilfsventil 34B in seiner Durchlaßrichtung geöffnet, so daß der Kondensator 38 dem Ventil 4B parallel geschaltet wird und auf diese Weise also dem Auftreten von schädlichen Überspannungen an dem Ventil 4B vorgebeugt ist.
Ebenso wie in der Anordnung nach Fig. 3 können auch in der Anordnung nach Fig.4 unbedenklich lange Leitungen zwischen dem Stromrichterventilsatz und dem Behälter für den Transformator und die Transduktordrosseln vorhanden sein, wie dies bei einer Großanlage häufig unvermeidlich ist.
Während bisher die Erfindung in ihrer Anwendung bei Sternpunktschaltungen erläutert worden ist, sollen nunmehr noch einige Ausführungsbeispiele beschrieben werden, in welchen die Erfindung in Verbindung mit Gleichrichterbrückenschaltungen zur Anwendung gelangt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird von den Sekundärwicklungen 101 bis 103 des Transformators die aus den Stromricbterventilen 104 bis 109 bestehende Gleichrichterbrückenschaltung gespeist. Der Pluspol der Anlage ist mit 110 bezeichnet, der Minuspol der Anlage mit 11.1. Von den Anschlußklemmen 112 und 113 wird über die Glättungsdrossel 114 der Verbraucher 115 gespeist. Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, gehören in diesem Falle die Sekundärwicklungen 101 bis 103 einer Dreieckschaltung an. In jedem Brückenzweig der Gleichrichterbrückenschaltung ist je eine der gleichstromvormagnetisierten Drosseln 116 bis 121 vorgesehen, deren Arbeitswicklungen mit a und deren Steuerwicklungen mit b bezeichnet sind. Jedem Satz der Stromrichterventile, von denen der eine an den Pluspol und der andere an den Minuspol der Anlage angeschlossen ist, ist je einer der Kondensatoren 122 bzw:123 mit einem hochohmigen parallel geschalteten Entladewiderstand 124 bzw. 125 jeweils in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 126 bzw. 1.27 zugeordnet, wobei die Reihenschaltung aus der Parallelschaltung des Kondensators und des hochohmigen Widerstandes sowie des ohmschen Widerstandes einerseits an den Gleichstrompol der Anlage unmittelbar und andererseits über je eine gemeinsame Leitung 128 bzw. 129 und je eines der Hilfsventile 130 bis 135 an je eine der Verbindungsleitungen angeschlossen ist, welche jeweils zwischen einem der Stromrichterventile 104 bis 109 und der Arbeitswicklung der jeweiligen gleichstromvormagnetisierten Drossel in dem gleichen Brückenzweig der Schaltung besteht. Der Anschluß der Hilfsventile erfolgt dabei wieder möglichst nahe dem Anschlußpol der Stromrichterventile. In dem Ausführungsbeispiel ist durch Umrahmungen 136 bis 138 wieder angedeutet, wie die gesamte Stromrichteranlage zu gewissen Einheiten zusammengefaßt werden kann. So ist der Transformator mit den gleichstromvormagnetisierten Drosseln zu einer Einheit 137 zusammengefaßt, die ihrerseits gegebenenfalls in einen Kessel eingeschlossen werden kann, der, wie bereits angedeutet, mit einem geeigneten Kühlmittel bzw. Isoliermittel, wie z. B. Öl, gefüllt Beint kann. So sind ferner die Stromrichterventile 104 bis 106, welche an den Pluspol 110 angeschlossen sind, und die Hilfsventile 130 bis 132 sowie der Kondensator 122 zusammen mit dem Parallelwiderstand 124 und dem Reihenwiderstand 126 zu einer Einheit 136 zusammengefaßt. Ebenso bilden auch wieder die an den Minuspol der Anlage angeschlossenen Stromrichterventile 107 bis 109, die Hilfsventile 1.33 bis 135, der Kondensator 123 und die Widerstände 125 und 127 eine Baueinheit 138. Zwischen diesen genannten einzelnen Einheiten 136, 137, 138 können unbedenklich beliebig lange Leitungen bestehen, ohne daß diese zufolge ihrer Induktivitäten bei dem Übergang des einzelnen Ventils in seinen Sperrzustand zu unerwünschten schädlichen Überspannungen an den einzelnen Stromrichterventilen Anlaß geben können.
Es sei nunmehr die Wirkungsweise der Anlage Lage nach Fig. 5 erläutert. Es wird wieder davon ausgegangen, daß durch die Einschaltung der Stromrichteranlage der jeweilige Kondensator 122 bzw. 123 unmittelbar auf den Scheitelwert der Dreieckspannung des Transformators aufgeladen wird. Das erfolgt beispielsweise, wenn das Stromrichterventi1106 sich in der Durchlaßphase befindet, von dem rechten Ende der Transformatorwicklung 102 über die Arbeitswicklung der Drossel 118, das Stromrichterventil 106, die Leitung 110, den Kondensator 122; den ohmschen Widerstand 126, das Hilfsventil 131, die Arbeitswicklung der Drossel 117 zurück zum linken Ende der Transformatorwicklung 102.
Wird angenommen, daß das Ventil 105 gerade stromführend war und eine Kommutierung der Stromführung von dem Stromrichterventil 105 auf das Ventil 106 in der Stromrichteranlage stattfindet, so werden wieder entsprechende Spannungen in der Arbeitswicklung 117, der Transformatorwicklung 102 über die gesättigte Drossel 118 entsprechend der Stromänderungsgeschwindigkeit und den Induktivitäten der Wicklungen induziert werden, die in ihrer Summenwirkung am Ventil 105 auftreten. Überschreitet diese Summenspannung den Wert der Ladespannung am Kondensator 122, so wird das Hilfsventil 131 durchlässig und auf diese Weise der Kondensator 122 dem Stromrichterventil 105 parallel geschaltet. Die sinngemäße Wirkung ergibt sich für den Schutz der anderen Stromrichterventile der Anlage im Falle des Überganges eines der Ventile in die Sperrphase.
Wenn auch in Fig. 5 eine Brückenschaltung gezeigt ist, bei welcher in jedem der Brückenzweige eine gleichstromvormagnetisierte Drossel benutzt ist, so ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung auch in Verbindung mit einer unvollständigen Brückenschaltung benutzt werden kann, wobei also gleichstromvonnagnetisierte Drosseln jeweils nur in einem der beiden zwischen beiden Gleichstrompolen schaltungsmäßig in Reihe liegenden Brückenzweige vorgesehen sind.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung bei einer Gleichrichterbrückenschaltung dargestellt, welches sich dadurch von der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 unterscheidet, daß die in der Schutzvorrichtung benutzten Kondensatoren spannungsmäßig in anderer Weise beansprucht werden, und zwar geringer, nämlich nur entsprechend den jeweils an den gleichstromvormagnetisierten Drosseln betriebsmäßig auftretenden Höchstspannungen. Soweit in dieser Figur wieder die gleichen Schaltungselemente wie in Fig. 5 vorhanden sind, sind daher zum leichten Erkennen des Zusammenhanges zwischen beiden Schaltungen für diese Schaltungselemente unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden, nur mit dem Unterschied, daß sie in Fig. 6 nunmehr mit einem zusätzlichen Strich versehen sind. Der bereits angegebene technische Effekt wird dadurch erreicht, daß die einzelnen Parallelschaltungen aus dem Kondensator 122' und dem Widerstand 124' bzw. den entsprechenden Elementen 123' und 125' anders angeschlossen werden. Es ist jeweils die Parallelschaltung aus einem Kondensator und seinem ohmschen Entladewiderstand einerseits an einen der Gleichstrompole der Anlage und andererseits in der Brückenschaltung über zugeordnete Hilfsventile in der Reihenschaltung zweier zwischen den Gleichstrompolen benachbarter Brückenzweige an die gleichnamigen Pole derjenigen Stromrichterventile angeschlossen, welche mit ihrem anderen Pol am anderen Gleichstrompol der Brückenschaltung liegen. Aus dieser Eigenart der Schaltung ergibt sich in, der Fig. 6, daß der Kondensator 122' mit seinem hochohmigen Entladewiderstand 124' mit seinem einen Belag nunmehr an den negativen Gleichstrompol 111' und mit seinem anderen Belag über den ohmschen Reihenwiderstand 1.26' und die Hilfsventile 130' bis 132' an den gleichnamigen Pol der Stromrichterventile 104' bis 106' angeschlossen ist. Die sinngemäße Schaltung ergibt sich für den Kondensator 123' mit seinem hochohmigen Entladewiderstand 125', der einerseits mit seinem einen Belag an den positiven Pol 110' der Gleichrichterbrückenschaltung und mit seinem anderen Belag über den ohmschen Widerstand 127' und die Hilfsventile 133' bis 135' an den gleichnamigen Anschluß der Stromrichterventile 107' bis 109' angeschlossen ist. In Verbindung mit der gewählten Schaltung ist allerdings nunmehr wieder ein Kondensator 22' gegebenenfalls in Reihe mit einem Widerstand 23' entsprechend der Schaltung nach Fig. 2 zwischen den Gleichstrompolen 110' und l11' erforderlich.
Die angegebene geringere Spannungsbeanspruchung des Kondensators 122' bzw. 123' soll nunmehr kurz erläutert werden.
Hierzu ist z. B. für den Kondensator 123' zu prüfen, um wieviel die mit den Hilfsventilen 133' bis 135' verbundenen Anschlußpole der Stromrichterventile 107' bis 109' positiver sein können als das Potential der positiven Sammelschiene 110'. Befindet sich z. B. das Stromrichterventil 104' in Aussteuerung, d. h. daß die in Reihe mit ihm liegende Drossel 116' Spannung übernimmt, dann befindet sich das Stromrichterventil 107' in Sperrung, bzw. die zu 107' gehörige Transduktordrossel 119' ist spannungslos. Die Verbindungsleitung des Hilfsventils 133' mit dem Gleichrichterventi1107' hat also dasselbe gegen den Sternpunkt des speisenden Drehstromsystems positive Potential wie der untere, mit den Transformatorwicklungen 101' und 1.03' verbundene Anschluß der Transduktordrossel 116' und liegt somit um den Betrag der von dieser Transduktordrossel 116' während deren aussteuernder Einschaltstufe aufgenommenen Maximalspannung höher als das Potential der Sammelschiene 110', welches seinerseits dem Potential der das Stromrichterventi1106', die Transduktordrossel 118' sowie den Verbindungspunkt der Transformatorwicklung 102' und 103' enthaltenden zeitlich vorausgehenden Phase.
Nach z. B. angenommener Kommutierung des Stromes vom Stromrichterventil 105' auf 106' tritt an dem in Sperrung liegenden Ventil 105' in der früher geschilderten Weise eine Spannungsspitze auf, die sich aus den Teilspannungen an der Arbeitswicklung der Transduktordrossel 117' und der Transformatorwicklung 102' zusammensetzt und über die gesättigte Drossel 118' bzw. das stromführende Ventil 106' an das Ventil 105' gelangt. Wird hierbei der Verbindungspunkt zwischen den Ventilen 131' und 105' negativer als der negative Belag des Kondensators 122', so wird das Hilfsventil 131' leitend, so daß der Kondensator 22' einerseits über den gegebenenfalls in Reihe geschalteten Dämpfungswiderstand 23' und die positive Sammelschiene 110' und andererseits über den Kondensator 122', den Dämpfungswiderstard 126' sowie das leitende Hilfsventil 131' dem zu schützenden Stromrichterventi1105' parallel geschaltet ist bzw. mit den genannten, die überspannung erzeugenden Induktivitäten 117' und 102' einen gedämpften Schwingungskreis bildet.
Zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist zu bemerken, wie es bereits in Verbindung mit der Fig. 5 erfolgt ist, daß die Erfindung nicht nur bei einer Gleichrichterbrückenschaltung benutzt werden kann, wobei in jedem ihrer Zweige eine gleichstromvormagnetisierte Drossel vorhanden ist, sondern daß die Erfindung auch dann Anwendung finden kann, wenn eine unvollkommene Brückenschaltung vorliegt, bei welcher, wie angegeben, nur jeweils in einem zweier zwischen den Gleichstrompolen der Anlage in Reihe benachbart liegender Brückenzweige eine gleichstromvormagnetisierte steuerbare Drossel vorgesehen ist.
Bei einer solchen letzteren Schaltung läßt sich eine Vereinfachung der Schaltung erreichen, indem derjenige Kondensator mit seinem parallel geschalteten hochohmigen Entladewiderstand in Fortfall kommen kann, der an denjenigen Gleichstrompol der Anlage angeschlossen ist, an dem auch die nicht mit gleichstromvormagnetisierten Drosseln versehenen Zweige der Gleichrichterbrückenschaltung liegen. Bei einer solchen Schaltung ist jedoch Bedingung, daß diejenigen Hilfsventile, welche unter Fortfall des Zwischenkondensators direkt an den einen Gleichstrompol der Anlage angeschlossen sind, eine solche Schwellwertspannung in Durchlaßrichtung besitzen, die mindestens gleich oder vorzugsweise etwas größer ist als der Durchlaßspannungsabfall bei Vollast derjenigen Stromrichterventile, welche dem genannten Gleichstrompol der Gleichrichteranlage schaltungsmäßig benachbart liegen.
Zur näheren Erläuterung eines solchen Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die Fig. 7 Bezug genommen, bei der die Transduktordrosseln 119' bis 121' der Fig. 6 fehlen. Soweit in dieser Schaltung wieder die gleichartigen Schaltungselemente vorhanden sind wie in der Fig. 6, sind für diese Schaltungselemente unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Wie aus der Schaltung abgelesen werden kann, ist in der Schaltung nach Fig.7 der Kondensator 122' mit dem hochohmigen Parallelwiderstand 124' in Fortfall gekommen. Die Hilfsventile, welche den angegebenen bestimmten Schwellwert in Durchlaßrichtung haben müssen, sind die Hilfsventile 130' bis 132'. Ihr Schwellwert muß sinngemäß dem Durchlaßspannungsabfall bei Vollast an jedem der Stromrichterventile 107' bis 109' angepaßt sein.
Zur Erklärung dieser Bedingung werde das Stromrichterventil 107' als leitend angenommen. Dann befindet sich das Stromrichterventi1104' in Sperrung, bzw. es ist die Transduktordrossel 116' spannungslos. Hätten nun die Ventile 107' und 130' etwa denselben Schwellwert in Durchlaßrichtung, so könnte der Spannungsabfall des den maximalen Wert des Betriebsstromes führenden Stromrichterventils 107', ausgehend von der negativen Sammelschiene 111' über den Widerstand 126' und das Hilfsventil 130', einen Strom über die Arbeitswicklung der Transduktordrossel 116' zurück zum Stromrichterventi1107' treiben, welcher den magnetischen Ausgang der Drossel in unerwünschter Weise verstellen würde und somit eine Störung der Aussteuerung der Transduktordrossel 116' zur Folge hätte. Um dies zu vermeiden, ist es ratsam, Hilfsventile mit derart verschiedenem Schwellwert gegenüber demjenigen des entsprechenden Stromrichterventils zu benutzen, daß die obengenannte Bedingung erfüllt ist.
Die schützende Wirkung des Kondensators 123' in Verbindung mit den Hilfsventilen 133' bis 135' erstreckt sich auf die Stromrichterventile 107' bis 109', und sie ist dieselbe wie bei der Schaltung nach Fig. 6. Die Hilfsventile 130' bis 132' schützen die Stromrichterventile 104' bis 106', indem sie bei an diesen auftretenden Überspannungen leitend werden, so daß der Kondensator 22' jeweils zu einem der zu schützenden Stromrichterventile 104' bis 106' parallel geschaltet wird und mit den die Überspannung erzeugenden Induktivitäten einen Schwingkreis bildet.
In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 der Zeichnung ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher in einer Gleichrichterbrückenschaltung mit steuerbaren gleichstromvormagnetisierten Drosseln in jedem der Brückenzweige diese Drosseln unmittelbar den Gleichstrompolen der Anlage benachbart liegen, während die Stromrichterventile der einzelnen Brükkenzweige den Wechselstromanschlüssen der Brücke benachbart liegen. Die gleichartigen Schaltungselemente nach Fig. 8, die bereits in der Schaltung nach Fig. 6 vorhanden sind; sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden, so daß die Abwandlung beider Schaltungen leicht zu übersehen ist. Der in diesem Fall benutzte Transformator ist beispielsweise mit in Stern geschalteten Wicklungen ausgeführt. Seine einzelnen Phasenwicklungen sind mit 101' bis 103' bezeichnet. Außer den gleichstromvormagnetisierten Drosseln 116' bis 121', welche in je einem der Brückenzweige der Gleichrichterbrückenschaltung den Gleichstrompolen benachbart liegen, und den Stromrichterventilen 104' bis 109', welche nunmehr, wie aus der Zeichnung abzulesen ist, paarweise den Wechselstromanschlüssen vom Transformator benachbart liegen, ist wieder ein Kondensator 122' mit parallel geschaltetem Entladewiderstand 124' vorgesehen. Dieser ist mit dem einen Belag an den Minuspol der Anlage und mit seinem anderen Belag über den Reihenwiderstand 127' an den einen Pol der Hilfsventile 133' bis 135' angeschlossen, die ihrerseits mit ihrem anderen Pol an je einen der Brückenzweige zwischen der jeweiligen gleichstromvormagnetisierten steuerbaren Drossel und dem Stromrichterventil dieses Zweiges angeschlossen sind. In diesem Falle ist es erwünscht, daß die Hilfsventile möglichst nahe den Stromrichterventilen 107' bis 109' an die Verbindungsleitungen zwischen diesen Stromrichterventilen und der gleichstromvormagnetisierten steuerbaren Drossel des gleichen Brückenzweiges angeschlossen sind. In der Schaltung ist weiterhin ein Kondensator 139' mit parallel geschaltetem Entladewiderstand 140' vorhanden, der mit seinem einen Belag ebenfalls an den negativen Gleichstrompol der Anlage und mit seinem anderen Belag über den Reihenwiderstand 141' und die Hilfsventile 130' bis 132' wieder an den einen Pol der Stromrichterventile 104' bis 106' angeschlossen ist. Es ist aus dieser Darstellung bei einem Vergleich mit der Schaltung nach Fig. 7 zu erkennen, daß sich bei einer solchen Anordnung durch die abweichende Lage der gleichstromvormagnetisierten Drosseln in den einzelnen Brückenzweigen die Zahl der erforderlichen Kondensatoren herabsetzen läßt; indem nur zwei Kondensatoren 122' und 139' jeweils mit einem parallel geschalteten ohmschen Widerstand 124' und 140' erforderlich sind. Bei einer solchen Schaltung ist der Kondensator 139' beansprucht mit einer Spannung, die bestimmt ist durch die Höhe der welligen GleichstromausgangsspannungderAnlage. Der Kondensator 122' ist beansprucht durch die maximale Aussteuerungsspannung, die die Transduktordrosseln aufnehmen.
Zur Erklärung der Wirkungsweise sei nur angedeutet, daß an den Transduktordrosseln 119' bis 121' keine Überspannungen auftreten, die den Höchstwert der von diesen Drosseln aufgenommenen Aussteuerungsspannung überschreiten könnten, welcher als Ladespannung am Kondensator 122' auftritt.
Ferner werden Überspannungen, die z. B. nach einer Kommutierung vom Stromrichterventil 105' auf 106' an den Transformatorphasen 102' und 103' sowie an der Transduktordrosse1117' auftreten, von dem in Sperrung gehenden Stromrichterventil 105' ferngehalten, indem der Kondensator 139' diesem parallel geschaltet wird. Dabei liegt sein oberer Belag über den Dämpfungswiderstand 141' und das Hilfsventil 131' am Stromrichterventil 105', und sein unterer Belag liegt über den Kondensator 122', den Widerstand 127', das leitende Hilfsventil 134' sowie das ebenfalls kurzzeitig in den Zustand der Leiteng versetzte Stromrichterventil 108' an dem anderen Pol des Stromrichterventils 105'.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer dreiphasigen Brückenschaltung gezeigt, wobei nur jeweils in den an den gleichen Gleichstrompol angeschlossenen Brückenzweigen gleichstromvormagnetisierte steuerbare Drosseln vorgesehen sind. Um die Abwandlung gegenüber einer Anordnung nach Fig. 8 zu erkennen, sind, soweit wieder die gleichen Schaltungselemente wie in. Fig. B vorhanden sind, für diese die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Aus der Fig. 9 ist ohne weiteres bei einem Vergleich mit der Schaltung nach Fig. 8 abzulesen, daß beim Fehlen der Transduktordrosseln 119' bis 121' der Kondensator 122' mit dem parallel geschalteten hochohmigen Entladewiderstand 124' in Fortfall kommen konnte, so daß also die Zahl der für einen wirksamen Schutz der Anlage erforderlichen Schaltungselemente weitgehend herabgesetzt ist.
Eine solche Schaltungsanordnung hat den Vorzug, daß sie insbesondere dann geeignet ist, wenn die Verbindungsleitungen zwischen den Stromrichterventilen und den gleichstromvormagnetisierten steuerbaren Drosseln aus Gründen eines zweckmäßigen Aufbaues der Anlage relativ lang bemessen werden müssen, was aber eben die einwandfreie Arbeitsweise der Anlage nicht nachteilig beeinträchtigen kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schutzschaltung, für Stromrichteranlagen mit Halbleiterventilen auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Schaltungselementen bzw. mehreren Reihenschaltungen von Schaltungselementen, an welchen zufolge des an den Stromrichterventilen auftretenden Trägerstaueffektes auf Grund der in den Stromkreisen vorhandenen Induktivitäten Überspannungen entstehen können, ein Kondensator zwischen dem ihnen gemeinsamen Anschlußpunkt über je ein mit dem anderen Anschluß des jeweiligen Schaltungselementes bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen verbundenes elektrisches Hilfsventil derart parallel geschaltet ist, daß der bereits mit der Einschaltung der Stromrichteranlage auf den Scheitelwert der an dem Schaltungselement bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen betriebsmäßig auftretenden Spannung aufgeladene Kondensator die genannten Hilfsventile in Sperrichtung beansprucht und beim Auftreten einer überspannung an dem Schaltungselement bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen das jeweilige Hilfsventil in seiner Flußrichtung geöffnet und dadurch der geladene Kondensator dem Schaltungselement bzw. der jeweiligen Reihenschaltung von Schaltungselementen parallel geschaltet wird, wobei gegebenenfalls zusätzlich zwischen den Gleichstrompolen der Anlage ein weiterer Kondensator oder eine Reihenschaltung aus dem Kondensator und einem Widerstand eingeschaltet ist.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1 für eine n-phasige Sternpunktschaltung, wobei n gleich oder größer als 2 ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit dem parallel geschalteten hochohmigen Entladungswiderstand einerseits an den Sternpunkt des Transformators und andererseits über einen ohmschen Reihenwiderstand und je ein Hilfsventil an die Verbindungsleitung zwischen dem Stromrichterventil und der Transformatorwicklung je einer der Phasen des Systems angeschlossen ist und daß gleichzeitig zwischen den Gleichstrompolen der Anlage der Kondensator oder die Reihenschaltung aus dem Kondensator und einem ohmschen Widerstand liegt.
3. Schutzschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zusätzlicher Anwendung von gleichstromvormagnetisierten, mit Sättigungswinkelsteuerung arbeitenden steuerbaren Drosseln in jeder der Phasen zusätzlich ein Kondensator mit hochohmigem Parallelwiderstand einerseits an den Sternpunkt der gleichstromvormagnetisierten Drosseln sowie andererseits über einen Reihenwiderstand und je ein Hilfsventil an die Verbindungsleitungen zwischen einem Stromrichterventil und einer der gleichstromvormagnetisierten Drosseln angeschlossen ist, wobei jeweils die Polung der Hilfsventile derart gewählt ist, daß durch die an dem aufgeladenen Kondensator bestehende Spannung die genannten Hilfsventile bei normalem Betriebszustand der Anlage in Sperrichtung beansprucht werden.
4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 für eine n-phasige Sternpunktschaltung, wobei h gleich oder größer als 2 ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von gleichstromvormagnetisierten Drosseln für die Steuerung der Speisung des Verbrauchers in jeder der Phasenleitungen die Arbeitswicklungen der Drosseln den Transformatorwicklungen unmittelbar benachbart liegen, während die Stromrichterventile, welche gleichzeitig die Ventile der mit Sättigungswinkelsteuerung arbeitenden Drosseln bilden, gemeinsam mit dem einen Gleichstrompol der Anlage verbunden sind, und daß ein Kondensator mit parallel geschaltetem hochohmigem EntL.dewiderstand einerseits an den Sternpunkt der Stromrichterventite sowie andererseits über einen Reihenwiderstand und je ein Hilfsventil an die Verbindungsleitung zwischen dem Stromrichterventil und der Drossel in der einzelnen Phase angeschlossen ist und bei einer solchen P olung der Hilfsventile, daß diese durch den aufgeladenen Kondensator bei normalem Betrieb der Anlage in Sperrichtung beansprucht sind.
5. Schutzschaltung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromrichterschaltung in Form einer Doppelsternschaltung mit Saugdrossel benutzt ist, wobei in jeder Phasenleitung vorzugsweise gleichstromvormagnetisierte steuerbare Drosseln benutzt sind, und daß ein Kondensator mit parallel geschaltetem hochohmigem Entladewiderstand vorgesehen ist, der einerseits an dem sämtlichen Stromrichterventilen gemeinsamen Sternpunkt sowie andererseits über einen ohmschen Widerstand und je ein Hilfsventil an die Verbindungsleitung zwischen dem Stromrichterventil und der Arbeitswicklung der Drossel bzw. der Transformatorwicklung in der einzelnen Phasenleitung angeschlossen ist.
6. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer ein- oder mehrphasigen Gleichrichterbrückenschaltung, bei der zwecks Steuerung der Verbraucherleistung gleichstromvormagnetisierte steuerbare Drosseln in jedem oder nur in der Hälfte der Brückenzweige eingeschaltet sind, für den an jedem der Gleichstrompole angeschlossenen Satz von Stromrichterventilen je ein Kondensator mit parallel geschaltetem hochohmigem Entladewiderstand vorgesehen ist, wobei der Kondensator mit dem einen Belag an den gemeinsamen Sternpunkt der Stromrichterventile eines Satzes und mit seinem anderen Belag über einen Reihenwiderstand und je ein Hilfsventil an den zweiten Pol eines der Stromrichterventile desselben Satzes angeschlossen ist.
7. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer ein- oder mehrphasigen Gleichrichterbrückenschaltung, bei der zwecks Steuerung der Verbraucherleistung gleichstromvormagnetisierte Drosseln in jeder oder nur in der Hälfte der Brückenzweige eingeschaltet sind, für jeden an einen der Gleichstrompole angeschlossenen Satz von Stromrichterventilen je ein Kondensator mit hochohmigem Parallelwiderstand vorgesehen ist, wobei der Kondensator mit dem einen Belag an den gemeinsamen Sternpunkt der ersten Pole der Stromrichterventile des einen Satzes und mit seinem anderen Belag über einen Dämpfungswiderstand und je ein Hilfsventil an den zweiten Pol je eines der Stromrichterventile des anderen Satzes angeschlossen ist, und daß gleichzeitig zwischen den Gleichstrompolen der Anlage ein weiterer Kondensator, gegebenenfalls mit in Reihe geschaltetem Dämpfungswiderstand, liegt (Fig. 6). B.
Schutzschaltung nach Anspruch l., dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer ein- oder mehrphasigen Gleichrichterbrückenschaltung, bei der zwecks Steuerung der Verbraucherleistung gleichstromvormagnetisierte Drosseln lediglich in den an dem einen Gleichstrompol der Anlage angeschlossenen Brückenzweigen liegen, für denjenigen an den einen Gleichstrompol der Anlage angeschlossenen Satz von Stromrichterventilen, die in den gesteuerten Brückenzweigen liegen, ein Kondensator mit hochohmigem Parallelwiderstand vorgesehen ist, welcher mit seinem einen Belag an den gemeinsamen Sternpunkt der in den gesteuerten Zweigen der Brücke liegenden Stromrichterventile und mit seinem anderen Belag über einem Dämpfungswiderstand und je ein Hilfsventil an den zweiten Pol eines der in den urigesteuerten Zweigen liegenden Stromrichterventile angeschlossen ist, und daß der mit dem anderen Gleichstrompol der Anlage verbundene Sternpunkt der in den urigesteuerten Brückenzweigen liegenden Stromrichterventile unmittelbar, ohne Zwischenschaltung eines Kondensators, über einen Dämpfungswiderstand und je ein Hilfsventil zu dem anderen Pol der in den gesteuerten Brückenzweigen liegenden Stromrichterventile geführt ist und daß die an die gesteuerten Brückenzweige angeschlossenen Hilfsventile eine solche Schwellspannung in Durchlaßrichtung aufweisen, die mindestens gleich oder vorzugsweise größer als der Durchlaßspannungsabfall bei Vollast der in den urigesteuerten Brückenzweigen liegenden Stromrichterventile ist, und daß schließlich zwischen den Gleichstrompolen der Anlage ein Kondensator ohne oder mit in Reihe geschaltetem Dämpfungswiderstand liegt (Fig. 7).
9. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer ein- oder mehrphasigen Gleichrichterbrückenschaltung, bei der zwecks Steuerung der Verbraucherleistung in allen Brückenzweigen gleichstromvormagnetisierte Drosseln liegen, die mit ihren Sternpunkten mit den Gleichstrompolen der Anlage verbunden sind, während die Stromrichterventile den Einspeisungspunkten des Transformators zugekehrt sind, für denjenigen an den einen Gleichstrompol der Anlage angeschlossenen Satz von Steuer- , drosseln ein Kondensator mit hochohmigem Parallelwiderstand vorgesehen ist, welcher mit seinem einen Belag an den gemeinsamen Sternpunkt der Arbeitswicklungen dieser Steuerdrosseln und mit seinem anderen Belag über einen Dämpfungs- ; ,widerstand und je ein Hilfsventil an den anderen Pol der Arbeitswicklungen dieser Steuerdrosseln angeschlossen ist; und daß ein weiterer Kondensator mit seinem einen Belag an demselben Gleichstrompol angeschlossen ist sowie sein anderer Belag gegebenenfalls über einen Dämpfungswiderstand und je ein Hilfsventil zu dem Verbindungspunkt von Stromrichterventil und Arbeitswicklung der Steuerdrossel des dem anderen Gleichstrompol der Anlage benachbarten Brückenzweiges verbunden ist (Fig. 8).
10. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer ein- oder mehrphasigen Gleichrichterbrückenschaitung, bei der zwecks Steuerung der Verbraucherleistung lediglich nur in der Hälfte aller Brückenzweige gleichstromvormagnetisierte Drosseln liegen, die mit ihrem gemeinsamen Sternpunkt mit dem einen Gleichstrompol der Anlage verbunden sind, während die Stromrichterventile reit den Einspeisungspunkten des Transformators in Verbindung stehen, ein Kondensator mit seinem einen Belag an den urigesteuerten Gleichstrompol der Brücke angeschlossen ist und an seinem anderen Belag gegebenenfalls über einen Dämpfungswiderstand und je ein Hilfsventil mit dem Verbindungspunkt von Stromrichterventil und Arbeitswicklung der Steuerdrossel des benachbarten gesteuerten Brückenzweiges verbunden ist (Fig. 9).
11. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsventile jeweils nahe benachbart dem Anschluß des Stromrichterventils der entsprechenden Phase bzw. dem Stromrichterventil des entsprechenden Gleichrichterbrückenzweiges angeschlossen sind.
12. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorwicklungen und Steuerdrosseln zu einer Baueinheit zusämmengefaßt sind und gegebenenfalls- gemeinsam in einem Ölbehälter reit einer Isolier- oder Kühlflüssigkeit angeordnet sind.
13. Schutzschaltung nach Anspruch 11 und/ oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die, an einem Gleichstrompol der Anlage angeschlossenen Stromrichterventile zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.
14. Schutzschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die an einen Gleichstrompol angeschlossenen Stromrichterventile sowie die an sie angeschlossenen Hilfsventile mit dem an diese angeschlossenen Kondensator und seinem hochohmigen Entladewiderstand sowie dem in Reihe mit deren Parallelschaltung liegenden Dämpfungswiderstand zu einer räumlichen Baueinheit zusammengefaßt sind.