DE1488971B2

DE1488971B2 - Schutzschaltung gegen interne kurzschluesse in lastgefuehrten wechselrichtern

Info

Publication number: DE1488971B2
Application number: DE19661488971
Authority: DE
Inventors: Richard Zug; Ausfeld Rudolf Dipl.-Elektro-Ing. Paffenhausen; Fried (Schweiz). H02h 7-20
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1966-03-23
Filing date: 1966-04-19
Publication date: 1972-05-18
Also published as: SE321984B; FR1508826A; NL145411B; NL6704015A; BE693285A; CH432634A; DE1488971C3; DE1488971A1; GB1160803A; AT271632B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung gegen durch gleichzeitige Stromführung zweier in Reihe geschalteter Ventilstromzweige bedingte interne Kürzschlüsse iii im Normalbetrieb einen kapazitiven Reihenschwingkreis speisenden, lastgeführten Wechselrichtern, bei denen die Zündung der in den Ventilstromzweigen enthaltenen Stromrichterelemente durch von einem Zündimpulsgeber gelieferte Zündimpulse, die Löschung jedoch dadurch erfolgt, daß der Lastwechselstrom seine Richtung umkehrt und vorübergehend über einen dem betreffenden Stromrichterelement parallelgeschalteten, ein Ventil entgegengesetzter Durchlaßrichtung enthaltenden Hilfsstrompfad weiterfließt.

Aus der französischen Patentschrift 1 279 782 ist bereits ein Wechselrichter bekannt, dessen Gleichrichter nicht durch einen gesonderten Zündimpuls-

geber gezündet werden, bei dem der Takt für die Zündimpülse vielmehr durch den Wechselrichter selbst erzeugt wird* Der gefürchtete Fall, daß der Zündirilpulsgeber eineii Impuls äri einen' der Gleichrichter iii einem Moment abgibt, in welchem der Wechselrichter für eine neue Zündphase noch nicht befeit ist,- kann bei der bekannten Einrichtung nicht auftreten; diese weist keinen gesonderten Zündimpulsgeber' auf; sie besitzt verständlicherweise auch keine Sperrschaltung, die beim Ausbleiben eines von einem Übefwachüögsglied erzeugten Signals die Zühdiiripulse sperrt.

Aus der französischen Patentschrift 1 336 303 ist die Verwendung von Blindströmdioden bei Wechselrichtern bekannt.

Der Erfindung .liegt-die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der Kurzschlüsse der den Wechselrichter speisenden Stromquelle über mit der Stromquelle in Reihe liegende lastgeführte Wechselrichter mit großer Sicherheit vermieden werden.

Zur Lösung der Aufgäbe wird erfindungsgemäß für die eingangs genannte Schutzschaltung vorgeschlagen^ daß in einen der den steuerbaren Stromrichterelementett parällelgeschalteten Hilfsstrompf ade ein Überwachungsglied geschaltet ist, das bei Stromfluß durch diesen Hilfsstrompfad ein Signal an einen ersten Eingang eines logischen UND-Gliedes abgibt, an dessen zweitem Eingang die vom Zündimpulsgeber gelieferten Impulse und an dessen Ausgang die Zündelektrode des in der Zündfolge nächstfolgenden Stromrichterelementes liegen, derart, daß beim Ausbleiben des genannten Signals die Abgabe eines vom Zündimpulsgeber erzeugten Zündimpulses an die Zündelektrode des anderen Stromrichterelementes verhindert wird.

An Hand der nachstehenden Figuren ist die Erfindung im folgenden ah einigen Aüsführungsbeispielen näher erläutert; Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einer Kurzschluß-Sicherungsschaitüng nach der Erfindung,

Fig. 2 das Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einer Kurzschluß-Sicherungsschältüng nach der Erfindung, die mit zusätzlichen Mitteln zur Zündung der Stromrichter im Querzweig auch während der Pausen des Leistungsflusses durch den Wechselrichter versehen ist,

F i g. 3 ein dem Schema nach F i g, 1 entsprechendes Schaltbild eines Wechselrichters mit einer Kurzschluß-Sicherungsschältung nach der Erfindung, die eine UND-Schaltung mit einem Magnetkern 22 enthält,

Fig; 3a ein Strotn-Zeit-Diagramm des Ausgangsstromes I₁ des in F i g. 3 dargestellten Wechselrichters,

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

Fi g. 3 c ein Strom-Zeit-Diagramm der der Wicklung 25 des Magnetkernes 22 in F i g. 3 zugeführten Stromimpulse,

F i g. 3 d ein Diagramm des Magnetisierungszustandes des Magnetkernes 22 in F i g. 3,

F i g. 3 e ein Spannungs-Zeit-Diagramm der in der Wicklung 24 des Magnetkernes 22 induzierten Impüise_s

F i g< 4 das Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einem die Kurzschluß-Sicherungsschaltung nach der Erfindung enthaltenden Steueraggregät im Blöckschaltbild,

F i g. 5 ein dem Schema nach F i g. 1 entsprechendes Schaltbild eines Wechselrichters mit einer Kurzschluß-SichefungsschaltUng nach der Erfindung, die eine UND-Schaltung mit einem Transistorschalter enthält,

F i g. 6 ein dem Schema nach F i g. 1 entsprechendes Schaltbild eines Wechselrichters mit einer Kurz-

id schluß-Sicherungsschaltung nach der Erfindung, die einen Transduktor als UND-Schaltung enthält.

Bei dem in Fig. 1 dafgestellten Prinzipschema eines lastgeführten Wechselrichters mit einer Kurzschluß-SiGherUrtgsschaltUhg nach der Erfindung wird

iä der im Ersatzschaltbild als Reihenresonanzkreis dargestellte LastwidefStand 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

so Stromrichter 5 im Längszweig und der Stromrichter 6 im Querzweig abwechselnd durchgeschaltet. Dadurch entsteht am Lastwiderstand 1 eine Rechteckspannung, deren Grundfrequenz gleich der Folgefrequenz der Zündung des Stromrichters 5 im Längszweig ist. Die Zündung der Stromrichter 5 und 6 erfolgt durch Zündimpulse, die von dem als Taktgeber dienenden Zürtdimpulsgeber 7. geliefert werden, und die Löschung selbsttätig durch aus dem Lastwiderstand 1 rückfließenden Blindstrom. Der rückfließende Blindstrom fließt über die antiparallel zu dem durchgeschalteten Stromrichter 5 bzw. 6 geschaltete Rückfluß-Diode 8 bzw. 9 und erzeugt dadurch am betreffenden Stromrichter eine Gegenspannung und erzwingt damit die Löschung des Stromrichters. Der Bedingung für das Entstehen vom Blindstromrückfluß wird bei lastgefühften Wechselrichtern in der Regel durch Ankopplungsfilter zwischen dem Wechselrichterausgang und der eigentlichen Last entsprochen.

Eine weitere Bedingung für die Ausbildung des Lastwiderstandes bzw. des Ankopplungsfilters ergibt sich daraus, daß Zur Vermeidung eines Kurzschlusses der Gleichstromquelle 3 jeweils der eine Stromrichter 5 bzw. 6 bereits gelöscht sein muß, wenn der andere Stromrichter 6 bzw. S gezündet wird. Der die Löschung des Stromrichters im einen Zweig bewirkende Blindstromrückfluß muß also jeweils bereits vor der Zündung des Stromrichters im anderen Zweig erfolgen. Da die Flanken der durch abwechselnde Durchschaltung der Stromrichter 5 und 6 am Ausgang des Wechselrichters erzeugten Rechteckspannung und dementsprechend auch die Nulldurchgänge der Grundwelle dieser Rechteckspannung zeitlich mit den Zündzeitpunkten der Stromrichter 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 Ausgangsspannüng voreilen. Da sich ein der Spannung voreilender Strom nur bei komplexen Widerständen mit kapazitiver Blindkomponente ergibt, muß also der Lastwiderstand bzw. der Eingangswiderstand des Ankopplungsfilters bei der Grundfrequenz der Ausgangsspannung bzw. bei der Folgefrequenz der Zündung des Stromrichters im Längszweig eine kapazitive Komponente haben. Dieser Bedingung wird bei

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lastgeführten Wechselrichtern in der Regel durch ge- Richtung über den Hilf sstrompf ad 12 zur Gleichspan-

eignete Bemessung der Filterelemente des Ankopp- nungsquelle 3 zurück. Mit dem Einsetzen dieses

lungsfilters entsprochen. Rücknußstromes entsteht am Stromrichter 5 eine ne-

Da jedoch die Dämpfung des Ankopplungsfilters gative Spannung, wodurch die Löschung desselben bei der Grundfrequenz der Ausgangsspannung nicht 5 erzwungen wird. Der über den Hilfsstrompfad 12 zu groß sein darf, geht die am Ausgang des Ankopp- fließende Rückflußstrom fließt über das z. B. einen lungsfilters angeschlossene Last im nicht unwesent- Stromwandler enthaltende Überwachungsglied 13 und liehen Maß in den Eingangswiderstand des Ankopp- erzeugt ein Durchschaltsignal, das über die Leitung lungsfilters ein. Bei anormalen Lastfällen kann sich 14 an die UND-Schaltung 11 weitergeleitet wird. Mit daher ein Eingangswiderstand ergeben, dessen Blind- io dem Eintreffen dieses Durchschaltsignals bei der komponente induktiv ist. In einem solchen Falle UND-Schaltung 11 wird diese durchgeschaltet bzw. würde der Ausgangsstrom des Wechselrichters der zur Durchschaltung freigegeben, so daß der an-Ausgangsspannung nacheilen, d. h., der die Löschung schließend vom Zündimpulsgeber 7 gelieferte Zünddes Stromrichters 5 im Längszweig bewirkende Blind- impuls für den Stromrichter 6 im Querzweig die Stromrückfluß würde erst nach der Zündung des 15 UND-Schaltung 11 passieren kann. Mit dem EinStromrichters 6 im Querzweig einsetzen, und dem- treffen dieses Zündimpulses bei dem Stromrichter 6 entsprechend würde sich mit der Zündung des Strom- wird dieser gezündet, und der bis zu diesem Zeitrichters 6 ein Kurzschluß der Gleichstromquelle 3 punkt durch die Rückflußdiode 8 über die Gleichüber die Stromrichter 5 und 6 ergeben. Um solche stromquelle 3 fließende Rückflußstrom fließt nunmehr Kurzschlüsse der Gleichstromquelle 3 zu verhindern, 20 über den Querzweig 4 durch den Stromrichter 6. ist in die Zündleitung 10 des Stromrichters 6 die Gleichzeitig mit der Zündung des Stromrichters 6 im UND-Schaltung 11 eingeschaltet, die erst mit der Querzweig wird die Rückflußdiode 8 gesperrt, weil Löschung des Stromrichters 5 durchgeschaltet wird nunmehr die volle Spannung der Gleichspannungsund die dementsprechend in allen Fällen, in denen quelle 3 in Sperrichtung an ihr hegt. Der Rückflußder Blindstromrückfluß aus dem Lastwiderstand 1 25 strom fließt so lange durch den Stromrichter 6, bis bzw. dem Ankopplungsfilter erst nach dem Zünd- die Spannung am Kondensator 16 ein Minimum Zeitpunkt des Stromrichters 6 im Querzweig einsetzt, durchläuft und damit wiederum Stromumkehr stattalso bei einem Lastwiderstand 1 bzw. einem Ein- findet. Anschließend fließt der StTOmZ₁ über die gangswiderstand des Ankopplungsfilters mit induk- Rückflußdiode 9, und mit dem Einsetzen des Stromtiver Blindkomponente, die Zündimpulszufuhr zu 30 flusses über die Rückflußdiode 9 wird der Stromdem Stromrichter 6 sperrt und damit die Zündung richter 6 gelöscht. Kurz danach erfolgt wiederum die desselben verhindert. Zündung des Stromrichters 5 im Längszweig 2, und

Als Kriterium für die Durchschaltung der UND- der ganze Vorgang wiederholt sich.
Schaltung 11 dient der die Löschung des Strom- In den Signalpausen bzw. den Pausen der Leistungsrichters 5 bewirkende Blindstromrückfluß selbst. Da 35 übertragung von der Gleichstromquelle 3 zu dem dieser Blindstromrückfluß über die Rückflußdiode 8 Lastwiderstand 1 wird die Zündung des Stromrichgeleitet wird, läßt sich das Durchschaltsignal für die ters 5 im Längszweig unterbrochen. Hierzu dient der UND-Schaltung 11 oder ein dieses Durchschaltsignal bereits erwähnte Schalter 15, der in F i g. 1 symauslösendes Steuersignal direkt von einer in den bolisch als mechanischer Schalter dargestellt ist, Hilfsstrompfad 12 eingeschalteten Impedanz, z. B. 40 aber selbstverständlich auch ein elektronischer Schaleinem ohmschen Widerstand oder einem Strom- ter sein kann.

wandler, ableiten. Hierzu dient das in den Hilfs- Dieser Schalter kann zweckmäßig, wie in Fig. 2 strompfad 12 eingeschaltete Überwachungsglied 13, gezeigt, als Umschalter 17 ausgebildet sein, dessen das im einfachsten Falle einen Stromwandler enthält, Kontaktarm mit dem Zündimpulsgeber 7 und dessen dessen Primärseite in den Hilfsstrompfad 12 geschal- 45 einer Kontakt mit der Zündelektrode des Strömtet ist und dessen Sekundärseite über die Leitung 14 richters 5 im Längszweig verbunden ist, und an desan den freien Eingang der UND-Schaltung 11 ange- sen Kontaktarm sowie an dessen anderem Kontakt schlossen ist. die beiden Eingänge einer zusätzlichen UND-Schal-

Die Wirkungsweise der in F i g. 1 gezeigten Schal- rung 18 angeschlossen sind, deren Ausgang mit der

tung ist im Normalfalle, also bei einem Lastwider- 50 Zündelektrode des Stromrichters 6 im Querzweig 4

stand 1 mit kapazitiver Blindkomponente, im ein- verbunden ist. Dadurch wird der Stromrichter 6 im

zelnen folgende: Querzweig auch in den Signalpausen gezündet und

Bei Beginn der Leistungsübertragung von der damit eine einwandfreie Entladung des Kondensators Gleichstromquelle 3 über den Wechselrichter auf den 16 in den Signalpausen gewährleistet. Diese Ent-Lastwiderstand 1 wird der Schalter 15 in der Zünd- 55 ladung ist zweckmäßig, um definierte Ausgangsbeleitung des Stromrichters 5 geschlossen. Beim ersten dingungen für den jeweils bei Beginn der Signalgabe Zündimpuls wird der Stromrichter 5 gezündet, und bzw. der Leistungsübertragung von der Gleichstromanschließend fließt in positiver Richtung Strom in quelle 3 zum Lastwiderstand 1 erfolgenden Einden im Ersatzschaltbild als gedämpfter Reihenreso- schwingvorgang des Lastwiderstandes 1 bzw. des Annanzkreis dargestellten Lastwiderstand 1. Der in den 60 kopplungsfilters zu schaffen, bei denen auch während Lastwiderstand 1 fließende Strom Z₁ lädt zunächst des Einschwingvorganges die Null-Durchgänge des den Kondensator 16 auf, und zwar auf eine Span- Ausgangsstromes Z₁ des Wechselrichters den zugenung, die infolge Überschwingens des den Last- ordneten Umschaltzeitpunkten der Ausgangsspanwiderstand 1 bildenden Reihenresonanzkreises höher nung U₁ um eine Laufzeit voreilen, die in jedem Fall als die Spannung der Gleichstromquelle 3 ist. Bei 65 größer als die Löschzeit der Stromrichter 5 und 6 ist, Erreichen des maximalen Spannungswertes im Kon- mit anderen Worten, um Ausgangsbedingungen für densator 16 findet eine Umkehr der Stromrichtung die Einschwingvorgänge des Lastwiderstandes 1 zu statt. Der StTOmZ₁ fließt nunmehr in umgekehrter schaffen, bei denen auch während des Einschwing-

Vorganges ein Kurzschluß der Gleichstromquelle 3 über die Stromrichter 5 und 6 vollständig ausgeschlossen ist. Wenn eine solche zusätzliche UND-Schaltung 18, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, nicht verwendet wird, ist es zweckmäßig, dem Kondensator 16 zur Entladung in den Signalpausen, wie in F i g. 1 gezeigt, einen Entladewiderstand 19 parallel zu schalten.

Zusätzlich zu den in den Schaltungen in Fig. 1 und 2 enthaltenen Mitteln zur Sperrung der Zündung des Stromrichters 6 im Querzweig bis zum Eintreffen" der die Löschung des Stromrichters 5 im Längszweig anzeigenden Steuergröße können natürlich auch noch (in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellte) Mittel vorgesehen sein, um die Zündung des Stromrichters 5 im Längszweig zu sperren, solange der Stromrichter 6 im Querzweig noch gezündet ist. Diese Mittel können ebenso wie die in Fig. 2 dargestellten Mittel zur Sperrung der Zündung des Stromrichters im Querzweig aus einer UND-Schaltung und einem Stromwandler bestehen, wobei die UND-Schaltung in die Zündleitung 20 des Stromrichters 5 und der Stromwandler primärseitig in den Hilfsstrompf ad 21 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 Stromrichters im Längszweig nur bei außergewöhnlichen Anschlußbedingungen für den Wechselrichter, 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 das Überwachungsglied 13 (Fig. 1) umfaßt hier den in den Hilfsstrompf ad 12 eingeschalteten ohmschen Widerstand 26 und einen moriostabilen Multivibrator 27.

Die Wirkungsweise der in F i g. 3 gezeigten Schal- - tung entspricht der oben erläuterten Wirkungsweise des Wechselrichters in F i g. 1 und ist daher im folgenden nur hinsichtlich der speziellen Eigenheiten der Schaltung in F i g. 3 weiter erläutert.

Kriterium für die Löschung des Stromrichters 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 Fi g. 3 gezeigten Schaltung ist für den Normalfall, also für einen Lastwiderstand 1 mit bei der Folgefrequenz der Zündung des Stromrichters 5 im Längszweig kapazitiver Blindkomponente, in F i g, 3 a dargestellt.

Ein vom Rückflußstrom am Widerstand 26 erzeugter Spannungsimpuls 28 bringt den monostabilen Multivibrator 27 zum Ansprechen, der seinerseits einen kurzen Stromimpuls (F i g. 3 c) durch die Steuerwicklung 25 des Magnetkernes 22 schickt. Dadurch erfolgt eine Ummagnetisierung (Fig. 3d) des Magnetkernes 22, so daß der etwas später vom Zündimpulsgeber? an die Eingangswicklung 23 des Magnetkernes 22 abgegebene Impuls (Fig. 3b) eine Rückstellung des Magnetkernes 22 auf den ursprünglichen Magnetisierungszustand bewirken kann. Durch diese Rückstellung wird in der Ausgangswicklung 24 des Magnetkernes 22 ein Impuls 29 solcher Polarität (F i g. 3 e) induziert, daß der mit seiner Zündelektrode an die Ausgangswicklung 24 angeschlossene Stromrichter 6 im Querzweig gezündet wird. Bleibt der Spannungsimpuls am Widerstand 26 und damit der Steuerimpuls des Multivibrators 27 aus, so findet keine Ummagnetisierung des Magnetkernes 22 statt, und der Kern verbleibt in seinem ursprünglichen Magnetisierungszustand. In diesem Fall kann eine Rückstellung des Magnetkernes nicht erfolgen und damit in der Ausgangswicklung 24 kein die Zündung des Stromrichters 6 bewirkender Impuls induziert werden, so daß der Querzweig 4 gesperrt bleibt.

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

In F i g. 4 ist die Schaltung eines nach dem Prinao zipschema in Fig. 2 aufgebauten Wechselrichters mit dem Blockschaltbild eines Steueraggregates gezeigt, das eine Kurzschluß-Sicherungsschaltung nach der Erfindung enthält. Die Wirkungsweise der in F i g. 4 dargestellten Schaltung ist folgende:
Kriterium für die Löschung des Stromrichters 5 im Längszweig ist wiederum, wie bei der Schaltung nach Fig. 1, der Stromeinsatz in der Rückflußdiode 8. Zum Zwecke der Ableitung dieses Durchschaltkriteriums ist in den Hilfsstrompf ad 12 die Primärseite eines Stromwandlers 30 eingeschaltet, dessen Sekundärseite über die Steuerleitung 14 mit dem Steueraggregat verbunden ist.

Der Zündimpulsgeber besteht aus einem bistabilen Multivibrator 31 und zwei von diesem gesteuerten Impulsschaltern 32 und 33 sowie zwei elektronischen Schaltern 34 und 35 und einem Tonfrequenzgenerator 36. Der bistabile Multivibrator 31 wird von dem Tonfrequenzgenerator 36 mit einer sinusförmigen Wechselspannung gesteuert und schaltet im Takt dieser Wechselspannung die über die Differenzierglieder 37 und 38 angeschlossenen Impulsschalter 32 und 33 in abwechselnder Folge jeweils kurzzeitig ein, und zwar jeweils bei den positiven Halbwellen der vom Tonfrequenzgenerator 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 Übertrager 42 an die Zündelektrode des Stromrichters 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 Stromrichters 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 Durch-

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schaltung des Impulsschalters 33 von der Batterie 41 über den Übertrager 46 an die Zündelektrode des Stromrichters 6 im Querzweig ein Zündimpuls abgegeben und damit der Stromrichter 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 48 an den elektronischen Schalter 47 ein Durchschaltimpuls abgegeben, der den elektronischen Schalter 47 kurzzeitig durchschaltet. Wenn bei dieser kurzzeitigen Durchschaltung der elektronische Schalter 34 ebenfalls durchgeschaltet ist, wird von der Batterie 41 an den bistabilen Multivibrator 44 über die elektronischen 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 Impulsschalters 33 wieder öffnet. Damit ist die Zündung des Stromrichters 6 im Querzweig wieder gesperrt, bis der Multivibrator 44 von einem durch Rückflußstrom in dem Hilfsstrompfad 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 Stromrichters 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 öffnung des elektronischen Schalters 34 wird die Zündung des Stromrichters 5 im Längszweig gesperrt. Der Rückflußstrom des durch die letzte Zündung des Stromrichters 5 vor der öffnung des elektronischen 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 Stromrichters 6 im Querzweig wird dadurch verhindert, daß der elektronische Schalter 34 geöffnet ist und dementsprechend dem Multivibrator 44 kein Rückstellsignal über die elektronischen Schalter 34 und 47 zugeführt werden kann. Der Multivibrator 44 bleibt somit bei geöffnetem Schalter 39 immer in Arbeitsstellung und hält dementsprechend den elektronischen Schalter 35 im Durchschaltzustand. Daher wird der Stromrichter 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 F i g. 2 erwähnt, zweckmäßig, um definierte Ausgangsbedingungen für den Einschwingvorgang des Ankopplungsfilters bei der nächsten Signalgabe zu schaffen. Ferner wird durch die durchgehende Zündung des Stromrichters 6 im Querzweig verhindert, daß nach öffnung des Schalters 39 noch ein lang andauernder Ausschwingvorgang des Ankopplungsfilters stattfindet.

In F i g. 5 ist die Schaltung eines 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 (F i g. 1) wird bei dieser Schaltung durch einen Transistorschalter gebildet, und das Überwachungsglied 13 (Fig. 1) enthält hier nur den primärseitig in den Hilfsstrompfad 12 eingeschalteten Stromwandler 50.

Bei der hier verwendeten Kurzschluß-Sicherungsschaltung erfolgt die Freigabe des Zündimpulses für den Querzweig mit einem aus den folgenden Schaltelementen bestehenden Transistorschalter. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 51 ist in die Zündleitung 10 des Stromrichters 6 im Querzweig eingeschaltet. Der Transistor 51 befindet sich normalerweise im Sperrzustand und wird nur durch ein Durchschaltsignäl, das der über die Rückflußdiode 8 fließende Rückflußstrom erzeugt und das durch den Stromwandler 50 an den Eingang des Transistorschalters übertragen wird, in den leitenden Zustand überführt. Dementsprechend ist der Zündimpulsgeber? während der Zeitabschnitte, in denen über

ao die Diode 8 ein Rückflußstrom fließt und dementsprechend der Stromrichter 5 gelöscht ist, mit der Zündelektrode des Stromrichters 6 im Querzweig verbunden, 30 daß der Stromrichter 6 im Querzweig in diesen Zeitabschnitten gezündet werden kann.

Zum Schütze vor Überlastung des Basis-Emitter-Kreises des Transistors 51 dienen die Begrenzungsdiode 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 F i g. 6 dargestellt. Bei dieser Schaltung wird die UND-Schaltung 11 (F i g. 1) durch den Transduktor 54 gebildet, und das Überwachungsglied 13 (F i g. 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 Stromrichters 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 Übertragung derselben vom Zündimpulsgeber 7 zu der Zündstrecke des.Stromrichters 6 nicht möglich ist. Die Zündung des Stromrichters 6 ist also gesperrt, solange die Steuerwicklung 57 stromlos ist. Mit dem Einsetzen des Rückfiußstromes im Längszweig 2 und der dadurch bewirkten Löschung des Stromrichters 5 wird der Kern des Transduktors 54 durch den zum Teil über die Steuerwicklung 57 fließenden Rückflußstrom in die magnetische Sättigung getrieben. Ein entsprechender Aufbau des Transduktors verhindert, daß durch diese Umsteuerung in der Wicklung 56 eine Spannung induziert und dadurch

eine unbeabsichtigte Zündung des Stromrichters 6 verursacht wird. Zum Beispiel kann eine solche Erzeugung unerwünschter Impulse bei der Umsteuerung des Transduktors 54 durch Verwendung von Kernblechen mit einem speziellen Schnitt, wie bei-

spielsweise in Fig. 6 angedeutet, oder durch eine Kompensationsschaltung 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 Zündimpulsgeber 7 an die Zündstrecke des Stromrichters 6 Zündimpulse übertragen werden können. Mit der Zündung des Stromrichters 6 und der dadurch bewirkten Sperrung der Diode 8 bzw. mit dem Ende

des Rückflußstromes über die Diode 8 wird die Steuerwicklung 57 stromlos und damit die Übertragung von Zündimpulsen vom Zündimpulsgeber 7 zum Stromrichter 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung gegen durch gleichzeitige Stromführung zweier in Reihe geschalteter Ventilstromzweige bedingte interne Kurzschlüsse in im Normalbetrieb einen kapazitiven Reihenschwingkreis speisenden, lastgeführten Wechselrichtern, bei denen die Zündung der in den Ventilstromzweigen enthaltenen Stromrichterelemente ίο durch von einem Zündimpulsgeber gelieferte Zündimpulse, die Löschung jedoch dadurch erfolgt, daß der Lastwechselstrom seine Richtung umkehrt und vorübergehend über einen dem betreffenden Stromrichterelement parallelgeschalteten, ein Ventil entgegengesetzter Durchlaßrichtung enthaltenden Hilfsstrompfad weiterfließtj dadurch gekennzeichnet, daß in einen der den steuerbaren Stromrichtern (5, 6) parällelgeschalteten Hilfsstrompfade (12) ein Überwachungsglied (13) geschaltet ist, das bei Stromfluß durch diesen Hilfsstrompfad ein Signal an einen ersten Eingang eines logischen UND-Gliedes (11) abgibt, an dessen zweitem Eingang die vom Zündimpulsgeber (7) gelieferten Impulse und an dessen Ausgang die Zündelektrode des in der Zündfolge nächstfolgenden Stromrichters (6) liegen, derart, daß beim Ausbleiben des genannten Signals die Abgabe eines vom Zündimpulsgeber (7) erzeugten Zündimpulses an die Zündelektrode des Stromrichters (6) verhindert wird.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsglied im Hilfsstrompfad (12) ein iii diesen geschalteter ohmscher Widerstand (26) oder ein Stromwandler (30, 50) ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das UND-Glied (11) Speichereigenschaften aufweist, um das vom Überwachungsglied abgegebene Signal mindestens bis zum Zündzeitpunkt des in der Zündfolge folgenden Stromrichters (6) zu speichern.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das UND-Glied einen Magnetkern (22) mit einer Eingangswicklung (23), einer Steuerwicklung (25) und einer Ausgangswicklung (24) enthält, von denen die Eingangswicklung (23) an den Zündimpulsgeber (7), die Ausgangswicklung (24) an die Zündelektrode des Stromrichters (6) und die Steuerwicklung (25) an den Ausgang eines monostabilen Multivibrators (27) angeschlossen ist, der mit seinem Eingang an einem in den zu überwachenden Hilfsstrompfad (12) geschalteten ohmschen Widerstand (26) liegt und beim Auftreten eines Stromes in diesem Hilfsstrompfad (12) einen Steuerimpuls abgibt, welcher den Magnetkern (22) so vormagnetisiert, daß er durch den nächstfolgenden Impuls des Zündimpulsgebers (7) wieder zurückmagnetisiert wird.

5. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als UND-Glied ein Transistor (51) dient, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in die Zündleitung (10) zwischen dem Zündimpulsgeber (7) und der Zündelektrode des Stromrichters (6) geschaltet ist und dessen Emitter-Basis-Strecke an einen Stromwandler (50) in dem zu überwachenden Hilfsstrompfad (12) derart angeschlossen ist, daß er beim Auftreten eines Stromes in dem Hilfsstrompfad leitend wird (Fig. 5).

6. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als UND-Glied ein Transduktor (54) dient, dessen Arbeitswicklung (56) in der Zündleitung (10) zur Zündelektrode des Stromrichters (6) liegt und dessen Steuerwicklung (57) an einem ohmschen Widerstand (55) in dem zu überwachenden Hilfsstrompfad (12) angeschlossen ist (F i g. 6).

7. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das UND-Glied (11) steuernden Signale über Verzögerungsglieder geführt sind, in denen die Laufzeit der Signale mindestens gleich der Freiwerdezeit der steuerbaren Stromrichter (5, 6) ist.

8. Schutzschaltung nach Anspruch 1 für Wechselrichter, bei denen ein erster steuerbarer Stromrichter in Reihe mit der speisenden Gleichstromquelle und der Lastimpedanz und ein zweiter steuerbarer Stromrichter parallel zur Lastimpedanz geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (17) vorgesehen ist, der den Zündimpulsgeber (7) im Betriebszustand mit der Zündelektrode des ersten Stromrichters (5), in Lastpausen dagegen mit dem einen Eingang einer zusätzlichen UND-Schaltung (18) verbindet, an deren Ausgang die Zündelektrode des zweiten Stromrichters (6) angeschlossen ist und deren zweiter Eingang fest mit dem Zündimpulsgeber (7) verbunden ist (F i g. 2).

9. Schutzschaltung nach Anspruch 1 für Wechselrichter, an welche die Wechselstromlast über ein Ankopplungsfilter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankopplungsfilter bei der· Zündfolgefrequenz eines Stromrichters (5 oder 6) eine Eingangsimpedanz mit einer solchen kapazitiven Komponente hat, daß die Nulldurchgänge seines Eingangsstf omes (I₁) zumindest im eingeschwungenen Zustand den zugeordneten Umschaltzeitpunkten der aiii Filter liegenden Eingangsspannung (CZ₁) um eine Zeit voreilen, die bei jeder vorkommenden Abschlußimpedanz des Filters größer ist als die FreiWerdezeit der steuerbaren Stromrichterelemente.