DE1488909C3 - Überstrom Schutzeinrichtung fur einen Thyristor Wechselrichter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Überstrom- wenn man zur Steuerung des Hüfsthyristors direkt Schutzeinrichtung für einen Thyristor-Wechselrichter, den ohmschen Spannungsabfall an der Glättungsder über die Hauptwicklung einer Glättungsdrossel drossel heranzieht. Zu diesem Zweck kann man die an eine Gleichspannungsqüelle angeschlossen ist, be- Glättungsdrossel mit einer gleichartigen Hilfswickstehend aus einem über einen Widerstand, mit Gleich- 5 lung versehen, deren Spannung zur Kompensation strom aufladbaren Hilfskondensator, der über einen des Wechselspännungsanteiles des Spannungsabfalles ·, Hilfsthyristor zur Stromfreimachung der Hauptthyri- an der Hauptwicklung der Glättungsdrossel heranstoren in den. Hauptstromkreis schaltbar ist. Damit gezogen wird. ;.:,..■ _r .

wird bei z. B. durch Überlastung oder Fehlsteuerung Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung läßt sich

eines solchen Wechselrichters auftretenden Kommu- io noch weiter dadurch verbessern, daß man die Zutierungs-Kurzschlüssen eine schnelle Unterbrechung führung der Zündimpulse für die Thyristoren des der Gleichstromzufuhr ermöglicht. ".'.'..' Wechselrichters sperrt, solange die Spannung an dem

Aus der deutschen Patentschrift 885 882 ist eine Löschkondensator des Wechselrichters unter einem derartige Schutzeinrichtung bekanntgeworden, bei bestimmten Grenzwert liegt. Auf diese Weise läßt der der Hilfskondensator ständig an eine gesonderte 15 sich erreichen, daß die Thyristoren des Wechselrich-Hilfsgleichspannungsquelle angeschlossen ist und ters erst dann wieder ausgesteuert werden, wenn die durch den Hilfsthyristor auf gesonderte Hilfstrans- Spannung an dem Löschkondensator wieder einen für formatoren oder auf gesonderte Transformatorhilfs- die Abschaltung "des Wechselrichters ausreichenden wicklungen geschaltet wird, die transformatorisch die Grenzwert erreicht hat. ■ ■■ _t ■■ ■-.

Entladung des Hilfskondensators auf den Haupt- 20 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Stromkreis zur Stromfreimachung der Hauptthyristo- Zeichnung wiedergegeben.

ren überträgt. Dies geschieht durch vorübergehende Der Wechselrichter 6 kann an sich einen beliebigen

Umkehrung der Polarität der resultierenden Span- Aufbau besitzen und ist im Ausführungsbeispiel ein nung an den Hauptthyristoren. Aus der deutschen einphasiger Wechselrichter in Mittelpunktschaltung, Auslegeschrift 1151871 ist eine Überstrom-Schutz- 25 ^{der mi}t einem Transformator 64 arbeitet, dessen einrichtung für einen Thyristor-Wechselrichter mit Primärwicklung mit einer Mittelanzapfung versehen Reihenanordnung der Hauptthyristoren und Haupt- ist. Die beiden Hälften der Primärwicklung sind über kondensatoren bekanntgeworden, der zwar ohne ge- je einen Thyristor 61, 62 mit einer der Gleichstromsonderte Hilfstransformatoren bzw. Transformator- klemmen 66 des Wechselrichters verbunden. Parallel hilfswicklungen sowie ohne Hilfskondensatoren so- 30 zur Primärwicklung liegt der Löschkondensator 63. wie Hilfsthyristoren auskommt, jedoch auf die be- Die beiden Thyristoren 61, 62 des Wechselrichters 6 sondere Wechselrichterschaltung beschränkt ist. erhalten abwechselnd in periodischer Folge Zünd-

Bekannt ist aus dem SCR-Manual der General impulse, die von einem Steuersatz 65 geliefert wer-Electric Comp., 2. Ausgabe 1961, S. 74^Fig. 5.8 (F), den. Wesentlich für die Arbeitsweise derartiger ein Gleichstromsteller, bei dem ein Hauptthyristor 35 Wechselrichter ist der Umstand, daß sich der Löschüber eine Glättungsdrossel und einen Lastwiderstand kondensator bei Zündung eines Thyristors über den an eine Gleichspannungsqüelle angeschlossen ist. Zur bisher leitenden Thyristor entlädt, so daß dieser Löschung des Hauptthyristors kann über einen Hilfs- sperrt. .Voraussetzung dabei ist jedoch, daß die Lathyristor der Glättungsdrossel ein Kondensator par- ^dun§ ^des Löschkondensators zur Kompensation des allel geschaltet werden, der über die Serienschaltung 40 ^über die Thyristoren fließenden Laststromes auseiner Induktivität und einer Diode von der Gleich- reicht. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, dann wird Spannungsquelle aufgeladen wird. Eine selbsttätige der bisher stromführende Thyristor nicht mehr Auslösung, wie sie für eine Schutzvorrichtung er- sperren und die Gleichspannungsqüelle über den ohmforderlich ist, ist bei dem. bekannten Gleichstrom- ^schen Widerstand der Primärwicklung des Transsteiler nicht möglich. 45 formators kurzgeschlossen. Solche Kommutierüngs-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurzschlüsse führen innerhalb kürzester Zeit zu einer Überstrom-Schutzeinrichtung der eingangs genannten Zerstörung der Halbleiterbauelemente und zu einer Art für beliebige Thyristor-Wechselrichter zu schaf- Beschädigung des Transformators, wenn nicht eine fen, die ohne gesonderte Hilfstransformatoren bzw. Überstrom-Schutzeinrichtung für eine schnelle Unter-Transformatorhilfswicklung auskommt. 50 brechung des Kurzschlußstromes sorgt.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei der eingangs Zur Unterbrechung eines solchen Kurzschlußbeschriebenen Überstrom-Schutzeinrichtung nach der stromes dient ein Hilfskondensator 21, der über Erfindung dadurch, daß der Hilfskondensator über ^einen Widerstand 23 zwischen den Klemmen 11 und den Widerstand an die Gleichspannungsquelle an- . 12 der Gleichspannungsquelle liegt und darüber einen geschlossen ist, daß der Hilfsthyristor den Hilfs- ₅₅ Hilfsthyristor 22 einer zwischen dem Wechselrichter kondensator mindestens zu einem Teil der Haupt- und der Klemme 11 der Gleichstromquelle liegenden wicklung der Glättungsdrossel parallelschaltet, daß Glättungsdrossel 3 parallelgeschaltet ist. Zwischen die Steuerspannung des Hüfsthyristors dem Strom in der Glättungsdrossel 3 und der Klemme 66 des der Hauptwicklung proportional ist und daß der Wechselrichters 6 liegt noch ein Widerstand 4, dem Hilfsthyristor stromdurchlässig ist, wenn der Gleich- Co ^die Steuerstrecke des Hüfsthyristors 22 parallelstrom im Hauptstromkreis größer als ein zulässiger geschaltet ist. \

Grenzwert ist. ^^m Betrieb wird sich der Hilfskondensator 21 auf

Zur Erfassung des Gleichstromgrenzwertes kann den Wert der Spannung der Gleichspannungsquelle beispielsweise in Reihe mit der Glättungsdrossel ein aufladen. Übersteigt der Gleichstrom einen bestimm-Widerstand gelegt werden, dessen Spannungsabfall 6₅ ^ten> durch die Dimensionierung des Widerstandes der Steuerstrecke des Hüfsthyristors zugeführt wird. und der Steuercharakteristik des Hüfsthyristors Die zusätzlichen Verluste, die in einem solchen gegebenen Grenzwert, dann wird der Hilfsthyristor Widersinne! entstehen, lassen sich jedoch vermeiden, 22 leitend, so daß zwischen den Eingahgsklemmen

des Wechselrichters 6 eine Spannung liegt, die im ersten Augenblick nach dem Zünden des Hilfsthyristors 22 praktisch Null ist, da sie durch die Differenz der Spannung der Gleichspannungsquelle und der Spannung am Hilfskondensator 21 bestimmt ist. Damit wird eine Sperrung der Thyristoren des Wechselrichters 6 erreicht. ./. .

Diese Wirkung wird sich mit noch größerer Sicherheit dann erreichen lassen, wenn man den Hilfsthyristor22 nicht an das Ende der Wicklung der Glättungsdrossel 3, sondern an eine Anzapfung 31 derselben legt. In diesem Fall wirkt nämlich die Wicklung der Glättungsdrossel als Spartransformator, so daß je nach Wahl der Anzapfung zwischen den äußeren Anschlüssen der Glättungsdrossel eine Spannung liegt, die ein Vielfaches der Kondensatorspannung und damit auch der Spannung der Gleichspannungsquelle betragen kann. Das bedeutet aber, daß nach dem Zünden des Hilfsthyristors 22 die Polarität der dem Wechselrichter 6 zugeführten Speisespannung vorübergehend umgekehrt wird. ; ■ ■

Die zuletztgenannte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn zur Steuerung des Hilfsthyristors 22 der ohmsche Spannungsabfall an der Hauptwicklung der Glättungsdrossel 3 verwendet und der Widerstand 4 weggelassen wird.

Nach dem Einschalten der gesamten dargestellten Anordnung an eine Gleichspannungsquelle, kann unter Umständen ein Kommutierungskurzschluß auftreten, bevor die Spannung am Hilfskondensator 21 einen zur Abschaltung erforderlichen Wert erreicht hat. Ähnliche Verhältnisse können auftreten, wenn nach einer durch die Überstrom-Schutzeinrichtung vorgenommenen Abschaltung kurz nach Wiederaufnahme des Betriebes ein erneuter Kommutierungskurzschluß auftritt. Unter diesen Umständen ist eine schnelle Abschaltung des Kommutierungskurzschlusses nicht mehr sicher gewährleistet. Es ist daher gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhafterweise eine Steuereinrichtung 5 vorgesehen, der über die Leitungen 51 und 52 die Spannung des Hilfskondensat'ors 21 zugeführt wird und die die Aufgabe hat, die Steuerimpulse für die Thyristoren 61, 62 des Wechselrichters 6 so lange, zu sperren, wie die Spannung am Hilfskondensator 21 unter dem für eine sichere Abschaltung erforderlichen Grenzwert liegt. Zum Zweck dieser Steuerung ist der Steuersatz 65 des Wechselrichters 6 mit dem Steuergerät 5 über eine Leitung 53 verbunden. Im einfachsten Fall kann das Steuergeräts aus einer Torschaltung bestehen, mit der die Gleichstromversorgung des Steuersatzes 65 des Wechselrichters immer erst eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Hilfskondensator 21 den erforderlichen Grenzwert erreicht hat. Ebensogut kann man aber die Zündimpulse für die Thyristoren 61, des Wechselrichters 6 abhängig von der Spannung am Hilfskondensator 21 mit Hilfe von UND-Gattern sperren, die zwischen den Steuersatz 65 und die Thy- .

ristoren 61, 62 gelegt werden können. ■

Nach dem Zünden des Hilfsthyristors 22 und dem Sperren der Thyristoren 61 und 62 entlädt sich der Hilfskondensator 21 über die Glättungsdrossel so lange, bis der Strom den Wert des Haltestromes des Hilfsthyristors 22 erreicht und dieser sperrt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überstrom-Schutzeinrichtung für einen Thyristor-Wechselrichter, 'der über die Hauptwicklung einer Glättungsdrossel an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, bestehend aus einem über einen Widerstand mit Gleichstrom

- aufladbaren Hilfskondensator, der über einen · Hilfsthyristor zur Stromfreimachung der Hauptthyristoren in den Hauptstromkreis schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskondensator (21) über den Widerstand (23) an die Gleichspannungsquelle (11,12) angeschlossen ■ ist, daß der Hilfsthyristor (22) den Hilfskondensator (21) mindestens zu einem Teil der Hauptwicklung der Glättungsdrossel (3) parallelschaltet, daß die Steuerspannurig des Hilfsthyristors (22) dem Strom in der Hauptwicklung proportional ist und daß der Hilfsthyristor (22) stromdurchlässig ist, wenn der Gleichstrom im Hauptstromkreis größer als ein zulässiger Grenzwert ist.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für den

Hilfsthyristor (22) von einem Widerstand (4) abgegriffen ist, der zwischen der Glättungsdrossel und dem Wechselrichter liegt.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Hilfs-

thyristors (22) der ohmsche Spannungsabfall an ·.' . ■ der Hauptwicklung der Glättungsdrossel (3) oder einem Teil derselben abgegriffen ist, und die _; Wechselspannungskomponente des' Spannungsabfalls durch eine von -einer Hilfswicklung der Drossel abgegriffene Hilfsspännung kompensiert ■'■ ist, die mit dem gleichen magnetischen Fluß verkettet ist, wie die Hauptwicklung., . ..;■ '

4. Schutzeinrichtung nach einem "der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

Zündimpulse für die Thyristoren des Wechsel-

richters gesperrt sind, solange die Spannung an

dem Hilfskondensator (21) unter einem für die sichere -Abschaltung -erforderlichen Grenzwert

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen