DE1488971A1 - Kurzschluss-Sicherungsschaltung fuer lastgefuehrte Wechselrichter - Google Patents

Description

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H88971

LANDIS & GYR AG, ZUG (Schweiz)

Kurzschluss-Sicherungsschaltung- für lastgeführte Wechselrichter

Die Erfindung betrifft eine Kurzschluss-Sicherungsschaltung für lastgeführte Wechselrichter mit Stromtoren als Ventile, deren Zündung durch Taktgeber bewirkt wird und deren Löscnung selbsttätig durch rückfliessenden Blindstrom aus dem an den Wechselrichter angeschlossenen Lastwiderstand erfolgt, zum Zwecke der Absicherung der den Wechselrichter speisenden Stromquelle gegen Kurzschlüsse über in Reihe liegende Stromtore bei durch anormale Lastfälle verursachten Verzögerungen der Löschung des einen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore über den Zündzeitpunkt des anderen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore hinaus.

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Beim Betrieb von lastgeführten Wechselrichtern gibt es bekanntlich Fälle, wo die Bedingungen für störungsfreie Kommutierung nicht mehr erfüllt sind, was in der Regel zu Kurzschlüssen der Gleichstromquelle über die gesteuerten Ventile führt. Zum Schutz werden allgemein sehr schnell ansprechende Schmelzsicherungen in die Ventilstromkreise eingeschaltet. Trotz dieser Massnahmen kann durch Kurzschlüsse mit der Zeit eine Veränderung der Ventilparameter eintreten, was gegebenenfalls zur Zerstörung der betreffenden Ventile führt.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass der Wechselrichter in Störungsfällen für eine gewisse Zeit ausfällt, und zwar so lange, bis die Störung und deren Ursache erkannt sind und die Sicherung ausgewechselt ist. Das Erkennen der Störung kann u. U. eine gewisse Zeit dauern, wenn mehrere Wechselrichter zu einer mehrphasigen Anlage zusammengeschaltet sind. Insbesondere können z.B. bei Rundsteuersendeanlagen mit statischen Wechselrichtern solche Ausfälle nicht in Kauf genommen werden. Das Ansprechen der Schmelzsicherung bei anormalen Lastfällen muss also verhindert werden, ohne dass die Schutzfunktion der Schmelzsicherung aufgehoben wird.

Bei lastgeführten Wechselrichtern mit zwei nach Art eines T-HaIbgliedes in einem Längszweig und einem ausgangsseitigen Querzweig eines den Wechselrichter bildenden Vierpoles angeordneten, mindestens je ein Stromtor und eine antiparallel geschaltete Diode umfassenden Ventilgruppen dürfen z.B. die im Querzweig angeordneten Stromtore erst gezündet werden, nachdem die Löschung der Stromtore im Längszweig erfolgt ist. Eine solche störungsfreie Kommutierung ist bei entsprechender Auslegung der Filterelemente eines zwischen Wechselrichter und Lastwiderstand angeordnete» Ajikopplungsfilters

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über einen weiten komplexen Lastbereich gewährleistet. Ausserhalb dieses Lastbereiches kann jedoch ein Kurzschluss der den Wechselrichter speisenden Stromquelle durch Verzögerung der Löschung der im Längszweig liegenden Stromtore über den Zündzeitpunkt der im Querzweig liegenden Stromtore hinaus erfolgen, und zwar beispielsweise dann, wenn die Eingangsimpedanz des Ankopplunge·- filters infolge eines anormalen Lastwiderstandes eine induktive Komponente aufweist.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Kurzschluss-Sicherungsschaltung zu schaffen, die in solchen und ähnlichen Fäl- S len Kurzschlüsse der den Wechselrichter speisenden Stromquelle über in Reihe liegende Stromtore verhindert.

Erfindungsgemäss wird bei einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung für lastgeführte Wechselrichter mit Stromtoren als Ventile, deren

wird., ·

Zündung durch Taktgeber bewirkt«-·'und deren Löschung selbsttätig durch rückfliessenden Blindstrom aus dem an den Wechselrichter angeschlossenen Lastwiderstand erfolgt, die Absicherung der den Wechselrichter speisenden Stromquelle gegen Kurzschlüsse über in Reihe liegende Stromtore bei durch anormale Lastfälle verursach- \ ten Verzögerungen der Löschung des einen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore über den Zündzeitpunkt des anderen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore hinaus erreicht durch Mittel zur Peststellung der die Löschung des einen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore bewirkenden Stromrichtungsänderung und zur Abgabe von die Stromrichtungsänderungen anzeigenden Steuergrössen an Schaltorgane, die *die Zuführung von Zündimpulsen zu dem anderen Teil der in Reihe liegenden Stromtore mindestens bis zum Eintreffen dieser Steuergrössen sperren.

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Bei einer solchen Sieherungsschaltung für Wechselrichter mit zwei nach Art eines T-Halbgliedes in einem Längszweig und einem ausgangsseitigen Querzweig eines den Wechselrichter bildenden Vierpoles angeordneten, mindestens je ein Stromtor und eine antiparallel geschaltete Diode umfassenden Ventilgruppen können vorteilhaft Mittel zur Festeteilung der die Löschung der Stromtore im. Längszweig bewirkenden Stromrichtungsänderung im Längszweig und Schaltorgane vorgesehen sein, die die Zuführung der Zündimpulse zu den Stromtoren im Querzweig mindestens bis zum Eintreffen der die Stromrichtungsänderung im Längszweig anzeigenden Steuergrösse sperren. Ferner kann es in bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil sein, zusätzliche Mittel zur Feststellung der die Löschung der Stromtore .im Querzweig bewirkenden Stromrichtungsänderung im Querzweig und zusätzliche Schaltorgane vorzusehen, die die Zuführung von Zündimpulsen zu den Stromtoren im Längszweig mindestens bis zum Eintreffen der die Stromrichtungsänderung im Querzweig anzeigenden Steuergrösse sperren.

Die Mittel zur Feststellung der Stromrichtungsänderungen im Längszweig oder im Längs- und Querzweig können vorteilhaft je eine in die Diodenleitung und/oder die Stromtor-Leitung der in dem betreffenden Zweig angeordneten Ventilgruppe eingeschaltete Impedanz umfassen, wobei dann weiter Mittel zur Abgabe von die Stromrichtungsänderungen anzeigenden Steuergrössen anzeigenden Steuergrössen bei Stromfluss durch die Impedanzen in den Diodenleitungen " und/oder bei stromlosem Zustand der Impedanzen in den Stromtor-Leitungen vorgesehen sind. Die Impedanzen können zweckmässig Stromwandler oder ohmsche Widerstände sein.

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Vorteilhaft kann die Kurzschluss-Sicherungsschaltung weiter mit Mitteln zur Speicherung der die Stromrichtungsänderungen anzeigenden Steuergrössen jeweils mindestens Ms zu dem nächsten Zündzeitpunkt des genannten anderen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore versehen sein. Das ist insbesondere dann zweckmässig, wenn der die Löschung der Stromtore in dem genannten einen Teil bewirkende rückfliessende Blindstrom eine kürzere Zeit andauert als der Zeitabstand zwischen der diesen Rückfluss einleitenden Stromrichtungsänderung und dem nächsten Zündzeitpunkt des genannten anderen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore.

Anstatt solcher Speichermittel können auch Verzogerungsglieder vorgesehen sein, über die die genannten Steuergrössen den Schaltorganen zur Sperrung der Zündimpulszufuhr zugeführt werden. Eine absolute Sicherheit gegen Kurzschlüsse auch während der Einschwingvorgänge eines zwischen Wechselrichter und Lastwiderstand geschalteten Ankopplungsfilters und bei starken aktiven Störungen vom Lastwiderstand her, z.B. in Form von Wanderwellen auf einem den Lastwiderstand bildenden Netz, kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die Laufzeit dieser Verzogerungsglieder mindestens gleich der Löschzeit der Stromtore ist.

Die Schaltorgane zur Sperrung der Zündimpulszufuhr können zweckmässig jeweils mit einem Eingang und dem Ausgang in die Zündleitung der betreffenden Stromtore eingeschaltete Und-Schaltungen sein, deren jeweils freiem Eingang die die Stromrichtungsänderung anzeigende Steuergrösse zugeführt wird.

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Bei Kurzschluss-Sicherungsschaltern für Wechselrichter mit zwei nach Art eines T-Halbgliedes in einem Längszweig und einem ausgangsseitigen Querzweig eines den Wechselrichter bildenden Vierpoles angeordneten Yentilgruppen kann ferner zweckmässig ein Schalter zur Unterbrechung der Zündung der im Längszweig angeordneten Stromtore in den Pausen des Leistungsflusses über den Wechselrichter vorgesehen sein. Dieser Schalter kann vorteilhaft als Umschalter ausgebildet sein, dessen Kontaktarm mit dem Zündimpulsgenerator und dessen einer Kontakt mit den Zündelektroden

- der Stromtore im Längszweig verbunden ist, und an dessen Kontaktarm sowie dessen anderen Kontakt die beiden Eingänge einer Und-Schaltung angeschlossen sind, deren Ausgang mit den Zündelektroden der Stromtore im Querzweig verbunden ist. Ferner kann bei Kurzschluss-Sicherungsschaltern für solche Wechselrichter mit über ein Ankopplungsfilter angeschlossener Last das Ankopplungsfilter mit besonderem Vorteil so bemessen sein, dass es bei der Folgefrequenz der Zündung der Stromtore im Längszweig einen Eingang swider stand mit einer solchen kapazitiven Komponente hat, dass die Null-Durchgänge des Filtereingangstromes mindestens im

" eingeschwungenen Zustand des Filters den zugeordneten Umschaltzeitpunkten der Filtereingangsspannung um eine Laufzeit voreilen, die bei beliebig komplexem Abschlusswiderstand des Filters stets grosser als die Löschzeit der Stromtore ist.

Die vorliegenden Kurzschluss-Sicherungsschaltungen sind insbesondere für lastgeführte Wechselrichter geeignet, bei denen als Stromtore Thyristoren vorgesehen sind.

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Anhand der nachstehenden Figuren ist die Erfindung im folgenden an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 das Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung, die mit zusatzliehen Mitteln zur Zündung der Stromtore im Querzweig auch während der Pausen des Leistungsflusses durch den Wechselrichter versehen ist,

Fig. 3 ein dem Schema nach Fig. 1 entsprechendes Schaltbild eines Wechselrichters mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung, die eine Und-Schaltung mit einem Magnetkern 22 enthält,

Fig. 3a ein Strom-Zeit-Diagramm des Ausgangsstromes L· des in Fig. 3 dargestellten Wechselrichters,

Fig. 3b ein Spannungs-Zeit-Diagramm der vom Zündimpulsgenerator 7 in ,Fig. 3 gelieferten Impulse,

Fig. 3c ein Strom-Zeit-Diagramm der der Wicklung 25 des Magnetkernes 22 in Fig. 3 zugeführten Stromimpulse,

Fig. 3d ein Diagramm des Magnetisierungszustandes des Magnetkernes 22 in Fig. 3,

Fig. 3e ein Spannungs-Zeit-Diagramm der in der Wicklung

24 des Magnetkernes 22 induzierten Impulse, 90 98 147 057.9

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Pig. 4 das Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einem die Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung enthaltenden Steueraggregat im Blockschaltbild,

Pig. 5 ein dem Schema nach Fig. 1 entsprechendes Schaltbild eines Wechselrichters mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung, die eine Und-Schaltung mit einem Transistorschalter enthält,

Pig. 6 ein dem Schema nach Pig. 1 entsprechendes Schaltbild eines Wechselrichters mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung, die einen Transduktor als Und-Schaltung enthält.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung wird der im Ersatzschaltbild als Reihenresonanzkreis . dargestellte Lastwiderstand 1 des Wechselrichters in abwechselnder Folge über den Längszweig 2 an die Gleichstromquelle 3 gelegt und über den Querzweig 4 kurzgeschlossen. Zu diesem Zweck werden der Thyristor 5 im Längszweig und der Thyristor 6 im Querzweig abwechselnd durchgeschaltet. Dadurch entsteht am Lastwiderstand 1 eine Rechteckspannung, deren Grundfrequenz gleich der Folgefrequenz der Zündung des Thyristors 5 im Längszweig ist. Die Zündung der Thyristoren 5 und 6 erfolgt durch Zündimpulse, die von dem als Taktgeber dienenden Zündimpulsgenerator 7 geliefert werden, und die Löschung selbsttätig durch aus dem Lastwiderstand 1 rückfliessenden Blindstrom. Der rückfliessende Blindstrom fliesst über die

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antiparallel zu dem durchgeschalteten Thyristor 5 bzw. 6 geschaltete Bückfluss-Diode 8 bzw. 9 und erzeugt dadurch am betreffenden Thyristor eine Gegenspannung und erzwingt damit die Löschung des Thyristors. Der Bedingung für das Entstehen vom Blindstromrückfluss wird bei lastgeführten Wechselrichtern in der Regel durch Ankopplungsfilter zwischen dem Wechselrichterausgang und der eigentlichen Last entsprochen.

Eine weitere Bedingung für die Ausbildung des Lastwideret andes bzw. des Ankopplungsfilters ergibt sich daraus, dass zur Vermei- ™ dung eines Kurzschlusses der Stromquelle 3 jeweils der eine Thyristor 5 bzw. 6 bereits gelöscht sein muss, wenn der andere Thyristor 6 bzw. 5 gezündet wird. Der die Löschung des Thyristors im einen Zweig bewirkende Blindstromrückfluss muss also jeweils bereits vor der Zündung des Thyristors im anderen Zweig erfolgen. Da die Planken der durch abwechselnde Durchschaltung der Thyristoren 5 und 6 am Ausgang des Wechselrichters erzeugten Rechteckspannung und dementsprechend auch die Nulldurchgänge der Grundwelle dieser Rechteckspannung zeitlich mit den Zündzeitpunkten | der Thyristoren zusammenfallen, muss dementsprechend die den Blindstromrückfluss einleitende Stromrichtungsänderung des Ausgangsstromes bzw. der Nulldurchgang des Ausgangsstromes zeitlich vor dem Nulldurchgang der Grundwelle der Ausgangsspannung liegen, mit anderen Worten, der Ausgangsstrom muss der Ausgangsspannung voreilen. Da sich ein der Spannung voreilender Strom nur bei komplexen Widerständen mit kapazitiver Blindkomponente ergibt, muss also der Lastwideretand bzw. der Eingangswiderstand des Ankopplungsf ilters bei der Grundfrequenz der Ausgangsspannung, bzw. bei der Folgefrequenz der Zündung des Thyristors im Längszweig eine

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kapazitive Komponente haben. Dieser Bedingung wird bei lastgeführten Wechselrichtern in der Regel durch geeignete Bemessung der Filterelemente des Ankopplungsfilters .entsprochen.

Da jedoch die Dämpfung des Ankopplungsfilters bei der Grundfrequenz der Ausgangsspannung nicnt zu gross sein darf, geht die am Ausgang des Ankopplungsfilters angeschlossene Last im nicht "Unwesentlichen lass in den Eingangswiderstand des Ankopplungsfilters ein. Bei anormalen Lastfällen kann sich daher ein Eingangs-

^ widerstand ergeben, dessen Blindkomponente induktiv ist. In einem solchen Falle würde der Ausgangsstrom des Wechselrichters der AusgangsSpannung nacheilen, d.h. der die Löschung des Thyristors 5 im Längszweig bewirkende Blindstromrückfluss würde erst nach der Zündung des Thyristors 6 im Querzweig einsetzen, und dementsprechend würde sich mit der Zündung des Thyristors 6 ein Kurzschluss der Gleichstromquelle 3 über die Thyristoren 5 und 6 ergeben. Um solche Kurzschlüsse der Gleichstromquelle 3 zu verhindern, ist in die Zündleitung 10 des Thyristors 6 die Und-Schaltung 11 eingeschaltet, die erst mit der Löschung des Thyristors

™ durchgeschaltet wird und die dementsprechend in allen Fällen, in denen der Blindstromrückfluss aus dem Lastwiderstand 1 bzw. dem Ankopplungsfilter erst nach dem Zündzeitpunkt des Thyristors 6 im Querzweig einsetzt, also bei einem Lastwiderstand 1 bzw. einem Eingangswiderstand des Ankopplungsfilters mit induktiver Blindkomponente, die Zündimpulszufuhr zu dem Thyristor 6 sperrt und damit die Zündung desselben verhindert.

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AIb Kriterium für die Durchschaltung der Und-Schaltung 11 dient der die Löschung des Thyristors 5 bewirkende Blindetromrückfluss· selbst. Da dieser Blindstromrückfluss über die Pückflussdiode 8 geleitet wird, lässt sich das Durchschaltsignal für die Und-Schaltung 11 oder ein dieses Durchschaltsignal auslösendes Steuersignal direkt von einer in die Diodenleitung 12 der Diode 8 eingeschalteten Impedanz, z.B. einem ohmschen Widerstand oder einem Stromwandler, ableiten. Hierzu dient der in die Diodenleitung 12 eingeschaltete Block 13, der im einfachsten Falle einen Stromwandler enthält, dessen Primärseite in die Diodenleitung 12 geschaltet ist und dessen Sekundärseite über die Leitung 14 an den freien Eingang der Und-Schaltung 11 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist im Normalfalle, also bei einem Lastwiderstand 1 mit kapazitiver Blindkomponente, im einzelnen folgende:

Bei Beginn der Leistungsübertragung von der Gleichstromquelle 3 über den Wechselrichter auf den Lastwiderstand 1 wird der Schalter 15 in der Zündleitung des Thyristors 5 geschlossen. Beim ersten Zündimpuls wird der Thyristor 5 gezündet, und anschliessend fliesst in positiver Richtung Strom in den im Ersatzschaltbild als gedämpfter Reihenresonanzkreis dargestellten Lastwiderstand Der in den Lastwiderstand 1 fliessende Strom I₁ lädt zunächst den Kondensator 16 auf, und zwar auf eine Spannung, die infolge Ueberschwingens des den Lastwiderstand 1 bildenden Reihenresonanzkreises ,höher als die Spannung der Gleichspannungsquelle 3 ist. Bei Erreichen des maximalen Spannungswertes im Kondensator 16 findet eine Umkehr der Stromrichtung statt. Der Strom I. fliesst nunmehr

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in umgekehrter Richtung über die Diodenleitung 12 und die Rückflussdiode 8 zur Gleichspannungsquelle 3 zurück. Mit dem Einsetzen dieses Rückflussstromes entsteht am Thyristor 5 eine negati- ' ve Spannung, wodurch die Löschung desselben erzwungen wird. Der über die Diodenleitung 12 fliessende Rückflussstrom flieset über den z.B. einen Stromwandler enthaltenden Block 13 und erzeugt ein Durchsehaltsignal, das über die Leitung 14 an die Und-Schaltung weitergeleitet wird. Mit dem Eintreffen dieses Durchschaltsignales bei der Und-Schaltung 11 wird diese durchgeschaltet bzw. zur Durchschaltung freigegeben, so dass der anschliessend vom Zündimpulsgenerator 7 gelieferte Zündimpuls für den Thyristor 6 im Querzweig die Und-Schaltung 11 passieren kann. Mit dem Eintreffen dieses Zündimpulses bei dem Thyristor 6 wird dieser gezündet, und der bis zu diesem Zeitpunkt durch die Diode 8 über die Gleichstromquelle 3 fliessende Rückflussstrom fliesst nunmehr über den Querzweig 4 durch den Thyri-stor 6. Gleichzeitig mit der Zündung des Thyristors 6 im Querzweig wird die Diode 8 gesperrt, weil nunmehr die volle Gleichspannung der Quelle 3 in Sperrichtung an ihr liegt. Der Rückflussstrom fliesst so lange durch den Thyristor 6, bis die Spannung am Kondensator 16 ein Minimum durchläuft und damit wiederum Stromumkehr stattfindet. Anschliessend fliesst der Strom I₁ über die Rückflussdiode 9» und mit dem Einsetzen des Stromflusses über die Diode 9 wird der Thyristor 6 gelöscht. Kurz danach erfolgt wiederum die Zündung des Thyristors 5 im Längezweig 2, und der ganze Vorgang wiederholt sich.

In den Signalpausen bzw. den Pausen der Leistungsübertragung ν,αη der Gleichstromquelle 3 zu dem Lastwiderstand 1 wird die Zündung des Thyristors 5 im Längszweig unterbrochen. Hierzu dient der

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bereits, erwähnte Schalter 15_f der in Fig. 1 symbolisch als mechanischer Schalter dargestellt ist, aber selbstverständlich auch ein elektronischer Schalter sein kann.

Dieser Schalter kann zweckmässig, wie in Fig. 2 gezeigt, als Um-.schalter 17 ausgebildet sein, dessen Kontaktarm mit dem Zündim-.-pulsgenerator 7 und dessen einer Kontakt mit der Zündelektrode des Thyristors 5 im Längszweig verbunden ist, und an dessen Kontaktarm sowie an dessen anderen Kontakt die beiden Eingänge einer zusätzlichen Und-Schaltung 18 angeschlossen sind, deren Ausgang mit der Zündelektrode des Thyristors 6 im Querzweig 4 verbunden | ist. Dadurch wird der Thyristor 6 im Querzweig auch in den Signalpausen gezündet und damit eine einwandfreie Entladung des Kondensators 16 in den Signalpausen gewährleistet. Diese Entladung ist zweckmässig, um definierte Ausgangsbedingungen für den jeweils bei Beginn der Signalgabe bzw. der Leistungsübertragung von der Gleichstromquelle 3 zum Lastwiderstand 1 erfolgenden Ein-Bchwingvorgang des LastwiderStandes 1 bzw. des Ankopplungsfilters zu schaffen, bei denen auch wahrend des Einschwingvorganges die Null-Durchgänge des Ausgangsstromes I₁ des Wechselrichters den zugeordneten Umschaltzeitpunkten der Ausgangs spannung U-j um eine Laufzeit voreilen, die in jedem Fall grosser als die Löschzeit der Thyristoren 5 und 6 ist, mit anderen Worten, um Ausgang sbe dingung en für die Einschwingvorgänge des Lastwiderstandes zu schaffen, bei denen auch während des Einschwingvorganges ein Kurzschluss der Gleichspannungsquelle 3 über die Thyristoren 5 und 6 vollständig ausgeschlossen ist. Wenn eine solche zusätzliche Und-Schaltung 18, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, nicht verwendet wird, iet es zweckmässig, dem Kondensator 16 zur Entladung in den Signalpaueen, wie in Pig. 1 gezeigt, einen Entlade-

widerstand 19 parallel zu achalten.

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Zusätzlich zu den in den Schaltungen in Fig. 1 und 2 enthaltenen Mitteln zur Sperrung der Zündung des Thyristors 6 im Querzweig bis zum Eintreffen der die Löschung des Thyristors 5 im Längszweig anzeigenden Steuergrösse können natürlich auch noch (in den Fig. 1 und '2 nicht dargestellte) Mittel vorgesehen sein, um die Zündung des Thyristors 5 im Längszweig zu sperren, solange der Thyristor 6 im Querzweig noch gezündet ist. Diese Mittel können ebenso wie die in Fig. 2 dargestellten Mittel zur Sperrung der Zündung des Thyristors im Querzweig aus einer Und-Schaltung und einem Stromwandler bestehen, wobei die Und-Schaltung in die Zündleitung 20 des Thyristors 5 und der Stromwandler primärseitig in die Diodenleitung 21 der Diode 9 einzuschalten und die Sekundärseite des Stromwandlers an den freien Eingang der Und-Schaltung anzuschliessen wären. In der Regel sind aber solche zusätzlichen Mittel zur Sperrung der Zündung des Thyristors im Längszweig nur bei aussergewöhnlichen Anschlussbedingungen für den Vifechselrichter, z.B. beim Anschluss an ein Netz mit häufigen starken Störungen, erforderlich.

In Fig. 3 ist die Schaltung eines mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung versehenen Wechselrichters dargestellt, der nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzipschema aufgebaut ist. Die Und-Schaltung 11 wird bei dieser Schaltung durch einen Magnetkern 22 mit Eingangswicklung 23, Ausgangswicklung 24 und Steuerwicklung 25 gebildet, und der Block 13 (Fig. 1) umfasst hier den in die Diodenleitung 12 eingeschalteten ohmschen Widerstand 26 und einen monostabilen Multivibrator 27.

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Die Wirkungsweise der in Fig. 3 gezeigten Schaltung entspricht der oben erläuterten Wirkungsweise des Wechselrichters in Fig. 1. and.ist daher im folgenden nur hinsichtlich der speziellen Eigenheiten der Schaltung in Fig. 3 weiter erläutert.

Kriterium für die Löschung des Thyristors 5 im Längszweig ist, wie bei der Schaltung in Fig. 1, der Stromeinsatz in der Rückflussdiode 8.

Der zeitliche Verlauf des Eingangsstromes I₁ bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung ist für den Normalfall, also für einen Lastwiderstand 1 mit bei der Folgefrequenz der Zündung des Thyristors 5 im Längszweig kapazitiver Blindkomponente, in Fig. 3a dargestellt.

Ein vom Rückflussstrom am' Widerstand 26 erzeugter Spannungsimpuls 28 bringt den monostabilen Multivibrator 27 zum Ansprechen, der seinerseits einen kurzen Stromimpuls (Fig. 3c) durch die Steuerwicklung 25 des Ferritkernes 22 schickt. Dadurch erfolgt eine Ummagnetisierung (Fig. 3d) des Kernes 22, so dass der etwas später vom Zündimpulsgenerato? 7 an die Eingangswicklung 23 des Kernes 22 abgegebene Impuls (Fig. 3b) eine Rückstellung des K2rnes 22 auf den ursprünglichen Magnetisierungszustand bewirken kann. Durch diese Rückstellung wird in der Ausgangswicklung 24 des Kernes 22 ein Impuls 29 solcher Polarität (Fig. 3e) induziert, dass der mit seiner Zündelektrode an die Wicklung 24 angeschlossene Thyristor 6 im Querzweig gezündet wird. Bleibt der Spannungsimpuls am Widerstand 26 und damit der Steuerimpuls des Multivibrators 27 aus, so findet keine Ummagnetisierung des Kernes 22 statt, und der Kern verbleibt in seinem ursprünglichen Magnetisierungszustand. In diesem Fall kann eine Rückstellung des Kernes

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nicht erfolgen und damit in der Ausgangswicklung 24 kein die Zündung des Thyristors 6 bewirkender Impuls induziert werden, so dass der Querzweig 4 gesperrt bleibt.

Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, dass die Zündung dee Querzweiges auch dann möglich ist, wenn der Rückflussstrom im Längszweig noch vor dem Zündzeitpunkt des Querzweiges auf Null absinkt.

In Fig. 4 ist die Schaltung eines nach dem Prinzipschema in Fig.2 aufgebauten Wechselrichters mit dem Blockschaltbild eines Steue'r-P aggregates gezeigt, das eine Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach, der Erfindung enthält. Die Wirkungsweise der in Fig. 4 dargestellten Schaltung is-t folgende:

Kriterium für die Löschung des Thyristors 5 im Längszweig ist wiederum, wie bei der Schaltung nach Fig. 1, der Stromeineatz in der Rückflueediode 8. Zum Zwecke der Ableitung dieses Durchsohaltkriteriums ist in die Diodenleitung 12 die Primärseite eines Stromwandler 50 eingeschaltet, dessen Sekundärseite über die Steuerleitung H mit dem Steueraggregat verbunden ist.

Per Zündimpulegenerator besteht aus einem bistabilen Multivibrator 51 und ewei von diesem gesteuerten Impulsschaltern 32 und 33 sowie ewei elektronischen Schaltern 34 und 35 und einem Tonfrequenzgenerator 36. Der bistabile Multivibrator 31 wird von· dem TonfrequenEgenerator 36 mit einer sinusförmigen Wechselspannung gesteuert und Behaltet im Takt dieser Wechselspannung die über die Dlffereneierglieder 57 und 58 angeschlossenen Impuls-.« Schalter 52 und 55 in abwechselnder Polge Jeweils kurcceitlg ein, und cwar Jeweils bei den positiven Halbwellen der vom Tonfrequene-

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generator 36 gelieferten Wechselspannung den Impulsschalter 32 und bei den negativen Halbwellen den Impulsschalter 33.

Die Einschaltung der Zündung erfolgt mittels des Schalters 39» der im geschlossenen Zustand den bistabilen Multivibrator 40 in Arbeitsstellung bringt und dadurch den elektronischen Schalter 34 durchschaltet. Bei durchgeschaltetem Schalter 34 wird jeweils im Moment der Durchschaltung des Impulsschalters 32 von der Batterie 41 über den Uebertrager 42 an die Zündelektrode des Thyristors 5 ein Zündimpuls abgegeben. Die Form des Zündimpulses wird dabei durch den Impulsschalter 32 bestimmt. . "

Bei der Umschaltung des Multivibrators 40 in Arbeitslage gibt dieser ferner über das Differenzierglied 43 an den bistabilen Multivibrator 44 einen Steuerimpuls ab, der den Multivibrator 44 in Ruhestellung bringt. Jeweils bei Löschung des Thyristors 5 erhält der Multivibrator 44 vom Stromwandler 30 ein vom Rückflussstrom erzeugtes Steuersignal, das den Multivibrator 44 in Arbeitsstellung bringt. Mit der Umschaltung in Arbeitsstellung bewirkt der Multivibrator 44 über die Leitung 45 die Durchschaltung des elektronischen Schalters 35, so dass bei der kurz darauf erfolgenden kurzzeitigen Durchschaltung des Impulsschalters 33 von der Batterie 41 über den Uebertrager 46 an die Zündelektrode des Thyristors 6 im Querzw.eig ein Zündimpuls abgegeben und damit der Thyristor 6 gezündet wird. Die Form dieses Zündimpulses wird durch den Impulsschalter 33 bestimmt.

Gleichzeitig mit der Durchschaltung des Impulsschalters 33 wird von dem bistabilen Multivibrator 31 über das Differenzierglied an den elektronischen Schalter 47 ein Durchsehaltimpuls abgegeben,

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der den Schalter 47 kurzzeitig durchschaltet. Wenn bei dieser kurzzeitigen Durchschaltung der Schalter 34 ebenfalls durchgeschaltet j-st, wird von der Batterie 41 an den bistabilen Multivibrator 44 über die Schalter 34 und 47 ein Signalimpuls abgegeben, der diesen ' wieder in seine Ruhestellung bringt und damit den nur bei Arbeitsstellung des Multivibrators 44 durchgeschalteten elektronischen Schalter 35 unmittelbar nach der Durchschaltung des Impulsecharters 33 wieder öffnet. Damit ist die Zündung des Thyristors 6 im Querzweig wieder gesperrt, bis der Multivibrator 44 von einem durch ^ Rückflussstrom in der Diodenleitung 12 verursachten Signal wieder in Arbeitsstellung gebracht wird.

In Pausen der Leistungsübertragung von der Gleichstromquelle 3 zum Lastwiderstand 1 bzw. in Signalpausen wird zur Abschaltung der Zündung des Thyristors 5 im Längszweig der Schalter 39 geöffnet. Dadurch wird der bistabile Multivibrator 40 in Ruhestellung gebracht und der nur bei Arbeitsstellung des Multivibrators 40 durchgeschaltete elektronische Schalter 34 geöffnet'. Mit der Oeffnung des Schalters 34 wird die Zündung des Thyristors 5 im Längszweig gefc sperrt. Der Rückflussstrom des durch die letzte Zündung des Thyristors 5 vor der Oeffnung des Schalters 34 an den Lastwiderstand 1 abgegebenen Impulses bringt den Multivibrator 44 über den Stromwandler 30 und die Steuerleitung 14 in Arbeitsstellung und bewirkt damit die Durchschaltung des .elektronischen Schalters 35. Eine Rückstellung des Multivibrators 44 in die Ruhestellung bei der nachfolgenden Zündung des Thyristors 6 im Querzweig wird dadurch verhindert, dass der Schalter 34 geöffnet ist und dementsprechend dem Multivibrator 44 kein Rückstellsignal über die Schalter 34 und 47 zugeführt werden kann. Der Multivibrator 44 bleibt somit bei ge-

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öffnetem Schalter 39 immer in Arbeitsstellung und hält dementsprechend den elektronischen Schalter 35 im Durchschaltzustand. Daher wird der Thyristor 6 im Querzweig auch in den Signalpausen bzw. bei geöffnetem Schalter 39 gezündet und damit für eine Entladung des Kondensators 16 in den Signalpausen gesorgt. Diese Entladung ist, wie oben schon im Zusammenhang mit der Pig. 2 erwähnt, zweckmässig, um definierte Ausgangsbedingungen für den Einschwingvorgang des Ankopplungsfilters bei der nächsten Signalgabe zu schaffen. Ferner wird durch die durchgehende Zdndung des Thyristors 6 im juerzweig verhindert, dass nach Oeffnung des Schalters 39 noch ein lang andauernder Ausschwingvorgang des Ankopplungsfilters stattfindet.

In Fig. 5 ist die Schaltung einee weiteren, mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung versehenen Wechselrichters dargestellt, der nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzipschema aufgebaut ist. Die Und-Schaltung 11 (Fig. 1) wird bei dieser Schaltung durch einen Transistorschalter gebildet, und der Block 13 (Fig. 1) enthält hier nur den primäreeitig in die Diodenleitung 12 eingeschalteten Stromwandler 50.

Bei der hier verwendeten KurBschlusB-Sicherungsschaltung erfolgt die Freigabe des Zündlmpulsee für den ^uerzweig mit dem aus den Schaltelementen 51» 52, 53 und 54 bestehenden Transistorschalter. Die Emitter-Kollektor-Strecke dos Traneistors 51 ist in die Zünd- ■ leitung 10 des Thyristorβ 6 im Quereweig eingeschaltet. Der Transistor 51 befindet sich normalerweise im Sperreuetand und wird nur durch ein Durchechalteignal, das der über die Rückflussdiode 8 flieseende Hückflussetrom ereeugt und das duroh den Stromwandler 50 an den Eingang des Traneietorechaltere übertragen wird, in den leitenden Zustand überführt. Dementsprechend 1st der Zündimpulegenera-

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tor 7 während der Zeitabschnitte, in denen über die Diode 8 ein R,;ckflussstrom flieset und dementsprechend der T-.yristor 5 gelöscht ist, mit der Zündelektrode des Thyristors 6 im Querzweig verbunden, so dass der Thyristor 6 im Querzweig in diesen Zeitabschnitten gezündet werden kann. Zum Schütze vor üeberlastung des Basis-Emitter-Kreises des Transistors 51 dienen die Begrenzung-sdiode 52 und der Vorwiderstand 53.

Eine weitere Schaltung eines mit einer Kurzschluss-Sicherungsschaltung nach der Erfindung versehenen Wechselrichters, der nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzipschema aufgebaut ist, ist in Pig. dargestellt. Bei dieser Schaltung wird die Und-Schaltung 11 (Pig.1) " durch den Transduktor 54 gebildet, und der Block 13 (Eij.1) enthält hier nur den ohmschen Widerstand 55.

Die Freigabe der Zündimpulszufuhr für den Querzweig erfolgt hier mittels des Transduktors 54. Dabei liegt die steuerbare Induktivität der Wicklung 56 des Transduktors in der Zündleitung 10 des Thyristors 6. Solange die Steuerwicklung 57 des Transduktors 54 stromlos ist, bildet die Induktivität der Wicklung 56 für die Zündimpulse eine so hohe Impedanz, dass eine Uebertragung derselben vom Zündimpulsgenerator 7 zu der Zündstrecke des Thyristors nicht möglich ist. Die Zündung des Thyristors 6 ist also gesperrt, , solange die Wicklung 57 stromlos ist. Mit dem Einsetzen des Rückflussstromes im Längszweig 2 und der dadurch bewirkten Löschung, des Thyristors 5 wird der Kern des Transduktors 54 durch den zum .Teil über die Wicklung 57 fliessenden Rückflussstrom in die magnetische Sättigung getrieben. Ein entsprechender Aufbau des Trans/- ■ duktors verhindert, dass durch diese Umsteuerung in der Wicklung

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eine Spannung induziert und dadurch eine unbeabsichtigte Zündung des Thyristors 6 verursacht wird. Z.B. kann eine solche Erzeugung unerwünschter Impulse bei der Umsteuerung des Transduktors 54 durch Verwendung von Kernblechen mit einem speziellen Schnitt, wie beispielsweise in Pig. 6 angedeutet, oder durch eine Kompensations-.schaltung unter Einsatz von zwei getrennten Transduktoren verhindert werden. Nach Erreichen der Sättigung ist die Impedanz der Wicklung 56 des Transduktors 54 so gering, dass vom Zündimpulsgenerator 7 an die Zündstrecke des Thyristors 6 Zündimpulse übertragen werden können. Mit der Zündung des Thyristors 6 und der dadurch bewirkten Sperrung der Diode 8 bzw. mit dem Ende des Rückflussstromes über die Diode 8 wird die Wicklung 57 stromlos und damit die Uebertragung von Zündimpulsen vom Generator 7 zum Thyristor 6 wieder gesperrt.

Vorteilhaft ist bei dieser Schaltung, dass auf die Verwendung von Halbleitern für die Kurzschluss-Sicherungsschaltung verzichtet werden kann und damit eine grösstmögliche Sicherheit für die dauernde Betriebsbereitschaft der Sicherungsschaltung gegeben ist.

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Claims (1)

1. J ... j

   PATENTANSPRUECHE

   1 .j Kurzschluss-Sicherungsschaltung füi lastgeführte Wechselrichter mit Stromtoren als Ventile, deren Zündung durch Taktgeber bewirkt wird und deren Löschung selbsttätig durch rückfliessenden Blindstrom aus dem an dem Wechselrichter angeschlossenen Lastwiderrstand erfolgt, zum Zwecke der Absicherung der den Wechselrichter speisenden Stromquelle gegen Kurzschlüsse über in Reihe liegende Stromtore bei durch anormale Lastfälle verursachten Verzögerungen der Löschung des einen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore über den Zündzeitpunkt des anderen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore hinaus, gekennzeichnet durch Mittel (13;26, 27; 30; 50,55) zur Feststellung der die Löschung des einen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore (5) bewirkenden Stromrichtungsänderungen und zur Abgabe von die Stromrichtungsänderungen anzeigenden Steuergrössen an Schaltorgane (11; 22; 35, 44, 47, 48; 51; 54), die die Zuführung von Zündimpulsen zu dem anderen Teil der in Reihe liegenden Stromtore (6) mindestens bis zum Eintreffen dieser Steuergrössen sperren, f'

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   2. Schaltung nach Anspruch 1 für Wechselrichter mit zwei nach. Art eines T-Halbgliedes in einem Längszweig und einem ausgangsseitigen Querzweig eines den Wechselrichter bildenden Vierpoles angeordneten, mindestens je ein Stromtor und eine antiparallel geschaltete Diode umfassenden Ventilgruppen, gekennzeichnet durch Mittel (13; 26; 30; 50; 55) zur Peststellung der die Löschung der Stromtore (5) im Längszweig bewirkenden Stromrichtungsänderung im Längszweig (2) und durch Schaltorgane (11; 22; 35, 44, 47, 48j 51; 54), die die Zuführung der Zündimpulse zu den Stromtoren (6) im Querzweig (4) mindestens bis zum Eintreffen der die Stromrichtungsänderung im Längszweig (2) anzeigenden Steuergrösse sperren.

   3. Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel zur Peststellung der die Löschung der Stromtore im Querzweig bewirkenden Stromrichtungsänderung im Querzweig und durch zusätzliche Schaltorgane, die die Zuführung von Zündimpulsen zu den Stromtoren im Längszweig mindestens bis zum Eintreffen der die Stromrichtungsänderung im Querzweig anzeigenden Steuergrösse sperren.

   4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Peststellung der Stromrichtungsänderungen im Längszweig oder im Längs- und Querzweig je eine in die Diodenleitung (12; 2.1) und/oder die Stromtor-Leitung der in dem betreffenden Zweig angeordneten Ventilgruppe (5* 8; 6, 9) eingeschaltete Impedanz (13; 26; 30; 50; 55) umfassen, und dass Mittel (13, 14; 27;.30, 14; 50; 14) zur Abgabe von die Stromrichtungsänderungen anzeigenden Steuergrössen bei Stromfluss durch die Impedanzen in den Diodenleitungen und/oder bei stromlosem Zustand der Impedanzen in den Stromtor-Leitungen vorgesehen sind.

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   5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Impedanzen (30; 5o) ein Stromwandler ist.

   6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Impedanzen (26; 55) ein ohmscher Widerstand ist.

   7. Schaltung nach Anspruch«. 1 oder 2 oder 3, gekennzeichnet durch Mittel (22) zur Speicherung der die Stromrichtungsänderungen anzeigenden Steuergrössen jeweils mindestens bis zu dem nächsten Zündzeitpunkt des anderen Teiles der in Reihe liegenden Stromtore (6).

   8. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergrössen den SchaltOrganen über Verzögerungsglieder zugeführt werden.

   9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeit der Verzögerungsglieder mindestens gleich der Löschzeit der Stromtore (5, 6) ist.

   10. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltorgane zur Sperrung der Zündimpulszufuhr jeweils mit einem Eingang und dem Ausgang in die Zündleitung (10) der betreffenden Stromtore (6) eingeschaltete Und-Schaltungen (11) sind, deren jeweils freiem Eingang die die Stromrichtungsänderung anzeigende Steuergrösse zugeführt wird.

   11. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (15; 17; 39) zur Unterbrechung der Zündung der im Längszweig (2) angeordneten Stromtore (5) in Pausen des Leistungsflusses über den Wechselrichter vorgesehen ist.

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   12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter als Umschalter (17) ausgebildet ist, dessen Kontaktarm mit dem Zündimpulsgenerator (7) und dessen einer Kontakt mit den Zündelektroden der Stromtore (5) im Längszweig (2) verbunden ist, und an dessen Kontaktarm sowie an dessen anderen Kontakt die beiden Eingänge einer Und-Schaltung (18) angeschlossen sind, deren Ausgang mit den Zündelektroden der Stromtore (6) im Querzweig (4) verbunden ist.

   13. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3 für lastgeführte Wechsel-

   richter, an die die Last über ein Ankopplungsfilter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankopplungsfilter bei der Folgefrequenz der Zündung der Stromtore (5) im Längszweig (2) einen Eingangswiderstand (1) mit einer solchen kapazitiven Komponente hat, dass die Nulldurchgänge seines Eingrngsstromes (I₁) mindestens im eingeschwungenen Zustand des Filters den zugeordneten Uuschaltzeitpunkten der am Filter liegenden Eingangsspannung (U^) um eine Li.ufzeit voreilen, die bei beliebig komplexem Abschlusswiderstand des Filters stets grosser als die Löschzeit der Stromtore (5,6) ist. '

   14. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Stromtore (5,6) Thyristoren vorgesehen sind.

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