DE1488859C - Schutzeinrichtung fur Asynchronmoto ren speisende Wechselrichter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für des Kondensators als auch die von den Motor-Asynchronmotoren speisende Wechselrichter, bei denen wicklungen induzierten.Spannungsspitzeh, auf mehrere ein Glättungskondensator in Reihe mit einem auf Zweige des Wechselrichters verteilt, zur Auswirkung Erhöhung des Kondensatorstromes ansprechenden kommen, wodurch jedes einzelne Stromrichterelement, Überstromglied zwischen der Gleichstromquelle und 5 für sich betrachtet, entlastet wird,
dem Wechselrichter vorgesehen ist. . Im deutschen Patent 1 283 358 ist ferner eine

Aus der USA.-Patentschrift 3 215 896 ist eine Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Schaltschnell auf eine Überlastung ansprechende Schutz- Überspannungen beim Aus- oder Umschalten des schaltung bekannt, in der eine Gleichstromquelle über Leistungsschalters auf der Wechselstromseite einer eine Schmelzsicherung mit einem Wechselrichterund io Stromrichteranlage mit mindestens zwei aus geeinem mit diesem in Reihe liegenden Abtastwiderstand steuerten Stromrichterelementen bestehenden Strom-. von geringer Induktivität verbunden ist. Zwischen dem richterkreisen vorgeschlagen worden, in der eine Wechselrichter und dem Abtastwiderstand liegt die Steuereinrichtung vorgesehen ist, die beim Ausschalteine Klemme einer Torschaltung, deren andere befehl für den Leistungsschalter zunächst mindestens Klemme an der Steuerelektrode eines Siliziumgleich- 15 eins der betriebsmäßig vorhandenen, bisher nicht richters angeschlossen ist, der in Reihe mit einem stromführenden Stromrichterelemente freigibt und strombegrenzenden Widerstand ebenfalls zwischen erst danach den Schalter auslöst,
den Klemmen der Gleichstromquelle liegt. Da als Beispiele der Erfindung zeigen die F i g. 1 bis 4.
Last ein Wechselrichter gewählt ist, ist vorausgesetzt, In der F i g. 1 ist ein Blockschaltbild gezeigt. Dort daß zwischen den Klemmen der Gleichstromquelle 20 wird an den Klemmen 1 und 2, die auch Drehstromzusätzlich ein großer Kondensator parallel zum klemmen sein können, eine Wechselspannung der Siliziumgleichrichter vorgesehen ist. Mit diesem Kon- Gleichrichteranordnung 3 zugeführt. Die dadurch entdensator liegen außerdem ein Widerstand und eine stehende Gleichspannung (Gleichstromzwischenkreis) Schmelzsicherung in Reihe an den Klemmen der wird durch die Drosselspule 4 und den Glättungs-Gleichstromqüelle. Von diesem Kondensator werden 25 kondensator 5 geglättet. Die so entstandene geglättete Schwankungen der Gleichspannung gedämpft, die Gleichspannung wird in den Wechselrichtern 6,7 und 8 auf die Schaltvorgänge des Wechselrichters zurück- in eine Wechselspannung veränderlicher Spannung zuführen sind. Beim Auftreten eines Überstromes¹ und Frequenz umgewandelt.

baut sich am Abtastwiderstand eine Auslösespannung Die Steuerschaltung, welche als bekannt vorausauf, von der die Torschaltung zur Zuführung eines 30 gesetzt wird (s. beispielsweise Brown-Boveri-Mittei-Schaltsignals zur Steuerelektrode des Siliziumgleich- lungen, 1965, Heft 9/10), ist mit 9 bezeichnet. Sie richters veranlaßt wird. Hierdurch wird der letztere steuert die Frequenz und die Spannung der Wechseldurchgeschältet und stellt _: eine -kurzgeschlossene richteranordnungen. 10 ist der zu speisende Asynchron-Zweigleitung her, über die der Strom aus den Klemmen motor. Ferner ist nun das Überstromglied 11 im der Gleichstromquelle abgeführt und vom Wechsel- 35 Stromkreis des Glättungskondensators 5 vorgesehen, richter ferngehalten wird, so daß dieser vor den Dieses wirkt auf die Steuereinrichtung 9 und verursacht, Überströmen geschützt bleibt. Nachteilig ist, daß der daß sämtliche Stromrichterelemente in den Wechsel-Siliziumgleichrichter mitunter erhebliche Ströme zum richteranordnungen 6, 7 und 8 geöffnet werden und Schütze des Wechselrichters aufnehmen muß, die durch dann Strom durchlassen. Hierdurch wird erreicht, daß die Entladung des parallelgeschalteten Glättungs- 40 der Strom des Kondensators 5 sich auf alle'Stromkondensators besonders hohe Werte annehmen können richterkreise aufteilen kann und diese dann anteil- und die Schmelzsicherurigen zur Unterbrechung des "mäßig geringer belastet werden. Die Überstrom-Entladungsstromkreises veranlassen. Infolge der Weg- einrichtung 11 wirkt außerdem auf den Schalter 31, nähme der Stromversorgung vom Wechselrichter wird welcher den Kurzschluß abschaltet. Die Wechselauch der Strom in den Wicklungen des über den 45 richterkreise bleiben geöffnet und können dann den Wechselrichter gespeisten Motors unterbrochen, wo- induktiven Strom des Motors ableiten,
durch Spannungsspitzen im Motorstromkreis ent- In der F i g. 4 ist die Schaltung der Steuereinrichtung stehen, die auf die Induktivität der Motorwicklungen und einer Wechselrichteranordnung genauer dargezurückzuf uhren sind. Diese Spannurigsspitzen können stellt. Das Überstromglied 11, das ein schnellwirkendes wiederum auf die Stromrichterelemente zurückwirken 5° mechanisches Relais sein kann oder auch elektronisch und nach der Unterbrechung der Schutzschaltung arbeitet (beispielsweise als Schmitt-Trigger), gibt eine in den Schmelzsicherungen die Wechselrichterelemente, Spannung an die Leitung 12. Sie betätigt den monoalso die Thyristoren zerstören. stabilen Multivibrator 13, der im Ruhezustand das

Dsr Erfindung * Hegt die Aufgabe zugrunde, eine.: Signal 0, im angesprochenen Zustand das Signal 1 ab-Schutzschaltung für Wechselrichter anzugeben, durch 55 gibt. Beim Auftreten ejnes Uberstromes im Kondendie der Wechselrichter gegen in den Motorwicklungen satorkreis entsteht also im Multivibratorausgang das induzierten Spannungsspitzen erst einmal in sich selbst Signal 1, das an die Oder-Glieder 14 bis 17 weitergeschützt werden kann, während an zweiter Stelle die gegeben wird; Diese vier Oder-Glieder wirken auf die Unterbrechung der Stromzufuhr von der Gleichstrom- Stromrichterelemente in der Wechselrichteranordquelle bzw. dem Glättungskondensator steht. 60 nung 6. Dar Multivibrator 13 wirkt auch auf die

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, anderen Wechselrichteranordnungen 7 und 8 über die

daß das Überstromglied beim Ansprechen gleichzeitig Anordnungen 18 und 19, welche vereinfacht dar-

mehrere parallele Kreise von in Reihe zwischen gestellt je vier Oder-Glieder enthalten, aber auf die

Gleichspannungssammelschienen liegenden Strom- Wechselrichteranordnungen 7 und 8 einwirken. Die

richterelementen des Wechselrichters zündet und einen 63 Zu- und Ableitungen sind zusammengefaßt dargestellt,

die Gleichstromquelle abschaltenden Schalter auslöst. Sie bestehen natürlich wie bei der Wechselrichter-

D^r Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzein- anordnung 6 aus der gleichen Anzahl von Leitern,

richtung besteht darin, daß sowohl den Entladestrom Jede Wechselrichteranordnung besteht aus vier Strom-

richterelementen 20 bis 23 sowie antiparallelgeschalteten Dioden 24 und 25. Außerdem sind für die Kommutierung die Drosselspulen 26 bis 28 und der Kommutierungskondensator 29 erforderlich. Die Wirkungsweise dieser Anordnung sei als bekannt vorausgesetzt und wird daher nicht näher beschrieben. Die Stromrichterelemente werden bei normalem Betrieb aus der Steuereinrichtung 30 gespeist, welche die Öffnungssignale je nach der Steuerung abwechselnd an die einzelnen Stromrichterelemente gibt. Hierdurch entsteht am Ausgang 31 eine Wechselspannung, die dem Motor zugeführt wird. Die Signale werden hierbei nun über die Oder-Glieder 14 bis 19 geführt. Diese sprechen an, wenn entweder ein Signal aus der Steuereinrichtung 30 oder aus der zusätzlichen Steuereinrichtung 13 an sie gelangt. Sie geben dann das Freigabesignal an die Gitter der Stromrichterelemente weiter.

Die Wirkungsweise ist nun folgende: Ist beispielsweise gerade das Stromrichterelement 20 offen, und es entsteht ein Fehler am Stromrichter 22 (Durchzündung), so wird dadurch der Gleichstromzwischenkreis der ganzen Anordnung kurzgeschlossen. Es würde dann die ganze Ladung des Kondensators 5 über die Stromrichter 20 und 22 abfließen müssen. Hierdurch entsteht ein großer Strom, der zur Zerstörung dieser Elemente führen kann. Die Stromerhöhung wirkt aber nun auf das Überstromglied 11, das wiederum den Multivibrator 13 betätigt und an sämtliche Oder-Glieder Signale abgibt. Diese geben dann wiederum die Signale an die Gitter aller Stromrichterelemente weiter, so daß diese geöffnet werden. Hierdurch wird erreicht, daß der Entladestrom des Kondensators 5 nunmehr sich auf alle Stromrichterzweige aufteilen kann und diese einzeln nur noch gering belastet. Wird nun der Schalter 31 (F i g. 1) geöffnet, so hört der Strom auf. Der Multivibrator 13 fällt zurück, so daß die Stromrichterelemente einen Sperrbefehl bekommen. Die Anlage kann dann wieder eingeschaltet werden.

Man kann nun, statt alle für den Betrieb vorgesehenen Stromrichterelemente zu öffnen oder auch zusätzlich zu diesen, weitere Elemente öffnen, die im Normalbetrieb immer gesperrt sind. Dies ist dann erforderlich, wenn die Parallelschaltung der Betriebsstromrichter nicht ausreicht, um eine Zerstörung zu verhindern, also insbesondere dann, wenn der Kondensator 5 sehr groß sein muß, wie beispielsweise bei der Speisung aus Bahnnetzen mit kleinerer Frequenz (16²/₃). Diese Ausführung zeigt die F i g. 2. Dort wird nicht die Steuereinrichtung 9 durch das Überstromglied 11 beeinflußt, sondern unmittelbar das Gitter der Zusatzstromrichter 32 bis 34, die über eine Dämpfungsdrosselspule 35 an den Gleichstromzwischenkreis angeschlossen sind. Diese Spulen besitzen eine kleinere Induktivität als die Drossesspulen 27, 28 der Betriebsstromrichter, so daß die zusätzlichen Stromrichter mehr Strom anteilmäßig übernehmen müssen als die Betriebsstromrichter.

Man kann auch, wie F i g. 3 zeigt, die Zusatzstromrichter über eine Drosselspule 36 anschließen, welche in den Gleichstromzwischenkreis eingeschaltet ist und eine Anzapfung besitzt, an welcher der Stromrichter 37 liegt. Hierbei entsteht eine Art Saugdrosselspulenwirkung, die ein zu starkes Ansteigen des Kurzschlußstromes in den Betriebsstromrichtern verhindert. In der F i g. 3 ist noch in dem Glättungskondensatorkreis eine Sicherung 30 gezeigt. Diese soll nach Zündung der zusätzlichen Stromrichter oder der Betriebsstromrichter den Strom im Kondensatorkreis unterbrechen. In diesem Falle tritt keine Überspannung am Motor auf, da die magnetische Energie sich über die geöffneten Stromrichter entladen kann.

Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist, daß die einzelnen Stromrichterelemente im Fehlerfall nicht überlastet werden können und daß keine Überspannungen bei der Abschaltung des Kurzschlußstromes auftreten.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung für Asynchronmotoren speisende Wechselrichter, bei denen ein Glättungskondensator in Reihe mit einem auf Erhöhung des Kondensatorstromes ansprechenden Überstromglied zwischen der Gleichstromquelle und dem Wechselrichter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Überstromglied (11) beim Ansprechen gleichzeitig mehrere parallele Kreise von in Reihe zwischen Gleichspannungssammelschienen liegenden Stromrichterelementen (20 bis 23) des Wechselrichters (6, 7, 8) zündet und einen die Gleichstromquelle (3) abschaltenden Schalter (31) auslöst.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den die Asynchronmotoren speisenden Stromrichterelementen (20 bis 23) der Wechselrichtergruppen (6,7,8) in bekannter Weise weitere Stromrichterelemente (32 bis 34) parallel geschaltet sind, welche im normalen Betrieb ausgeschaltet, beim Ansprechen des Überstromgliedes (11) eingeschaltet sind.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den zusätzlich vorhandenen Stromrichterelementen Drosselspulen in Reihe liegen.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Stromrichter (37) zwischen zwei Stromteilerdrosselspulen (36) angeschlossen sind, welche im Zuge der Gleichstromsammelschiene liegen und deren Anzapfung mit den zusätzlichen Stromrichtern (37) verbunden ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überstromglied zusätzlich einen Kurzschließer betätigt, der die Motorwicklungen kurzschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen