DE1613719C3 - Uberspannungsschutzeinrichtungfür Halbleiterstromrichter - Google Patents
Uberspannungsschutzeinrichtungfür HalbleiterstromrichterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Uberspannungsschutzeinrichtung
für Halbleiterstromrichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des vorstehenden Anspruchs.
Bei einer solchen bekannten Uberspannungsschutzeinrichtung (BBC-Nachrichten 47, S. 69 und 70) ist
ein zweifacher Überspannungsschutz gegen äußere Überspannungen am Beispiel eines Stromrichters mit
induktiver Last dargestellt und beschrieben:
Äußere Überspannungen können beim Abschalten induktiver Kreise, z. B. bei Antriebsspeisungen, auftreten,
wie auch beim Abschalten leerlaufender Anlagen. Eine Uberspannungsschutzeinrichtung aus zwei
parallelen Kreisen liegt daher hinter dem die induktive Last speisenden Hauptstromrichter. Im Hauptkreis
muß bei großen Induktivitäten diese gleichstromseitig kurzgeschlossen werden, bevor der Stromrichter drehstromseitig
abgeschaltet wird. Kondensatoren oder .RC-Glieder reichen dabei üblicherweise nicht aus,
um die magnetische Energie aufzunehmen. Ein kleines RC-Glied ist jedoch aus anderen Gründen zweckmäßig,
z. B. um das Zünden der Thyristoren bei Schwachlast zu erleichtern. Daher ist neben einem
das /IC-Glied enthaltenden Kreis der Uberspannungsschutzeinrichtung
ein zweiter Kreis vorgesehen, der einen bei überspannung ausgesteuerten Thyristor in
Reihe mit einem Widerstand enthält.
Gegen Schaltspannungen bei offener Anlage, insbesondere wenn die Thyristoren durch Impulse gesteuert
werden, schützt die genannte Schaltung jedoch nicht. Die Thyristoren lassen ohne Zündung nur dann
Strom durch, wenn die auftretende überspannung die Vorwärts-Durchbruchspannung übersteigt. Dieses
Zündverfahren ist jedoch nicht allgemein zulässig. Derartige Überspannungen werden demnach nicht
von Schutzeinrichtungen wirksam erfaßt, die hinter dem Stromrichter angeschlossen sind.
Gegen derartige Überspannungen schützt z. B. ein Kondensator, der über einen Hilfsgleichrichter aus
nicht steuerbaren Zellen in Brückenschaltung an den Transformator angeschlossen wird. Der Vorwiderstand
dämpft den Einschaltstromstoß und setzt die durch die Kommutierungsvorgänge im Hauptstromrichter
verursachten Oberwellenströme herab. Eine Reihendiode verhindert das Entstehen von Oberwellenströmen
auch dann, wenn die Hilfs-Spannungsquelle anderweitig belastet wird. Sie verhindert ferner
eine Rückspeisung des Kondensators auf den Hauptstromrichter, wenn der Hilfsgleichrichter z. B. das
Motorfeld speist. Durch diese Rückströme können sonst an den Ventilen des Hauptstromrichters steile
ίο Sperrspannungsanstiege auftreten, über den Parallelwiderstand
gleicht sich die Uberschußladung nach einem Schaltvorgang aus; darüber hinaus dient er
zum völligen Entladen bei abgeschalteter Anlage.
Diese bekannte Uberspannungsschutzeinrichtung am Hilfsgleichrichter hat, durch Stromfluß durch die
beiden ohmschen Widerstände bedingt, im Normalbetrieb Verlustleistung zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, letztgenannte Uberspannungsschutzeinrichtung derart zu
verbessern, daß seine Schaltungsteile nur bei Auftreten einer überspannung belastet werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einer Uberspannungsschutzeinrichtung
der vorbeschriebenen Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination im Kennzeichen des Patentanspruchs.
Es ist ferner bei einem überspannungsschutz für Gleichstromanlagen bekannt (DT-AS 11 93 594), einen
Thyristor vorzusehen, der erst bei Auftreten einer überspannung durchgeschaltet wird und der auf
Grund der von der Parallelschaltung eines Kondensators mit einem nichtlinearen Widerstand gebildeten
Gegenspannung nach dem Abklingen der Uberspannungswelle wieder gelöscht werden soll.
Diese bekannte uberspannungsschutzeinrichtung arbeitet im ungestörten Betrieb wie die erfindungsgemäße
Schutzeinrichtung ohne Verlustleistung. Es ist jedoch nicht gesichert, daß der bekannte überspannungsschutz
die erforderlichen Schaltspiele wiederholt ohne Beschädigung durchführt und in einer
ausreichend kurzen Zeit nach dem Abklingen des Uberspannungsimpulses wieder abschaltet.
Die vorgenannten Bedingungen werden hingegen bei der erfindungsgemäßen Uberspannungsschutzeinrichtung
erfüllt. Die vorgeschaltete Drosselspule schützt den Thyristor einmal gegen zu hohe Stromanstiegswerte d f'/d i. Zum anderen bildet sie den Teil
eines Schwingkreises, so daß die Spannung am Kondensator im zweiten Kreis im Verlauf dieses Schwingvorganges
unter die Gegenspannung des Parallelkreises aus nichtlinearem Widerstand und Kondensator
sinken kann und somit der Thyristor sperrt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Uberspannungsschutzeinrichtung
besteht darin, daß sich über das Spannungsteilerverhältnis am stellbaren Spannungsteiler die Zündschwelle Tür den Thyristor
kontinuierlich einstellen und somit anpassen läßt.
Die weiteren Merkmale der Erfindung werden nachstehend an Hand einer in der F i g. 1 dargestellten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Uberspannungsschutzeinrichtung näher erläutert.
F i g. 2 zeigt die Spannung am Kondensator des zweiten Kreises der Uberspannungsschutzeinrichtung
in Funktion der Zeit.
Gemäß F i g. 1 liegen an der Sekundärseite eines Gleichrichtertransformators 1 ein Hauptstromrichter,
angedeutet durch Anschlüsse 2, und ein Hilfsgleichrichter aus Dioden 3 bis 8 in Brückenschaltung. Ein
erster Kreis der Uberspannungsschutzeinrichtung ent-
hält die Reihenschaltung eines Kondensators 13 mit einem Widerstand 14. Ein zweiter zum ersten parallelgeschalteter
Kreis besteht aus einer Drosselspule 9, in Reihe mit einem Thyristor 10 und einem nichtlinearen Widerstand 11, der durch einen Kondensator
12 überbrückt ist. Der nichtlineare Widerstand kann eine Leistungs-Zenerdiode mit ausgeprägter Knickspannung
(untere gestrichelte Linie in Fig. 2) sein. Ein dritter paralleler Kreis enthält einen stellbaren
Spannungsteiler 15 mit einem Abgriff 16.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der Uberspannungsschutzeinrichtung
beschrieben.
Die Leitungsführung zwischen dem Gleichrichtertransformator 1 und dem in unmittelbarer Nähe des
Transformators angeordneten Hilfsgleichrichter ist möglichst induktivitätsarm ausgeführt, damit die
Spannung auf der Gleichstromseite der Brücke dem Maximalwert der drei verketteten Spannungen auf
der Sekundärseite des Transformators 1 proportional ist. Die Gleichspannung liegt an dem Kondensator
13 und dem Widerstand 14 an. Dabei begrenzt der Widerstand 14 beim Zuschalten des Gleichrichtertransformators
1 den Strom der Dioden 3 bis 8 auf den zulässigen Maximalbetrag, übersteigt nun die
Spannung am Kondensator 13 den Begrenzungswert, so wird der Thyristor 10 durch die am Spannungsteiler
15 abfallende Spannung gezündet (obere gestrichelte Linie in Fig. 2). Der Kondensator 13
entlädt sich über den durch den Thyristor 10 eingeschalteten Stromkreis, der aus der Drosselspule 9,
dem Thyristor 10 und dem vom Kondensator 12 überbrückten nichtlinearen Widerstand 11 gebildet
wird.
Die Spannung am Kondensator 13 (vgl. F i g. 2) schwingt nun über die Drosselspule 9, bei vernachlässigbarem
dynamischem Widerstand des nichtlinearen Widerstandes 11, um denselben Betrag unter die
Gegenspannung am Kondensator 12, um den der Begrenzungswert größer ist als die Gegenspannung
am Kondensator 12, d. h., daß die Beschaltungselemente so dimensioniert sind, daß der Parallelkondensator
12 des nichtlinearen Widerstandes 11 eine Gegenspannung aufrechterhält, die größer als die der
Nennspannung proportionale Gleichspannung am Kondensator 13 ist.
Durch diese Differenzspannung wird der Thyristor wieder gelöscht. Bei weiter vorhandener Netzüberspannung
steigt die proportionale Spannung am Kondensator 13 wieder an, und der Thyristor wird
nach dem Erreichen des Begrenzungswertes wieder gezündet. Die Einschaltung eines nichtlinearen Widerstandes
11 in den Thyristorzweig ist deshalb notwendig, weil ohne die nunmehr am Kondensator 12 anstehende
Spannung die Löschung des Thyristors nicht möglich ist. Würde z. B. an dessen Stelle ein linearer Widerstand
eingebaut, so wäre der Schutzeffekt zwar der gleiche, jedoch ist eine Wiederholung der Wirkung
bei weiter ansteigender überspannung nicht möglich. Die Anlage muß nach dem einmaligen Auftreten der
überspannung automatisch abgeschaltet werden, weil der Thyristor nicht wieder gelöscht werden kann.
Vorteilhaft kann es auch sein, an Stelle des Parallelkondensator 12 eine der bekannten Löschschaltungen zu verwenden, die mit einer Zwangslösch- und Zündeinrichtung ausgerüstet ist. Oder an Stelle der Spannung, die sich aus der Parallelschaltung des nichtlinearen Widerstandes 11 und des Kondensators 12 ergibt, eine Maschinen- oder Batteriegegenspannung zu verwenden.
Vorteilhaft kann es auch sein, an Stelle des Parallelkondensator 12 eine der bekannten Löschschaltungen zu verwenden, die mit einer Zwangslösch- und Zündeinrichtung ausgerüstet ist. Oder an Stelle der Spannung, die sich aus der Parallelschaltung des nichtlinearen Widerstandes 11 und des Kondensators 12 ergibt, eine Maschinen- oder Batteriegegenspannung zu verwenden.
In dem Zeitbereich zwischen dem schlagartigen Auftreten der überspannung an der Primärseite des
Transformators und dem Erreichen des Begrenzungswertes am Kondensator 13 verläuft die Kondensatorspannung
nach der Formel
Ug„ ist in dieser Formel die Gleichspannung an
dem Kondensator 13 bei am Gleichrichtertransformator vorherrschender Nennspannung und
■el 3
Darin ist Ln die auf die Phase bezogene Streureaktanz
des Transformators, die natürlich größer ist als die Induktivität der Drosselspule 9.
Beim Erreichen des Begrenzungswertes der Spannung zündet der Thyristor 10. Der Spannungsverlauf
im Schutzbereich der überspannung ist für eine Dimensionierung bis zum zweifachen Nennspannungswert
in der Kurve Uci3/t gemäß F i g. 2 wiedergegeben.
Sie läßt am Anfang eine Ausregelzeit von etwa 500 μβεΰ erkennen, während bei weiterbestehender
überspannung die nächsten Spannungsstöße nach etwa 250 μ see ausgeregelt sind.
Es ist selbstverständlich, daß die Bauelemente der Uberspannungsschutzeinrichtung nach dem bei Nennspannung
über die Drehstrombrücke fließenden Strom ausgelegt werden müssen. Der Vorteil der beschriebenen
Schaltung liegt jedoch vor allem darin, daß der Parallelstromkreis mit dem Thyristor erst beim Zünden
des Thyristors belastet wird, so daß diese Beschaltungsteile auch nur für Sekundenbruchteile belastet
werden.
Der erfindungsgemäße Aufwand ist damit in bezug auf Material und Montage gering.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Uberspannungsschutzeinrichtung für Halbleiterstromrichter mit einem parallel zum Hauptstromrichter an der Sekundärseite des Gleichrichtertransformators liegenden Hilfsgleichrichter in Dioden-Brückenschaltung, der mindestens einen ersten Kreis der Uberspannungsschutzeinrichtung speist, der die Reihenschaltung einer Impedanz und eines Kondensators enthält, gekennzeichnet durch die Kombination, daß parallel zu dem ersten Kreis ein zweiter Kreis vorgesehen ist, der eine Drosselspule (9) in Reihenschaltung mit einem Thyristor (10) und in Reihe mit der Parallelschaltung eines nichtlinearen Widerstandes (11) mit einem Kondensator (12) enthält, und daß als dritter Kreis parallel zu den anderen Kreisen ein stellbarer Spannungsteiler (15) an den Hilfsgleichrichter angeschlossen ist, an dessen Abgriff (16) die Steuerelektrode des Thyristors (10) liegt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEB0092631 | 1967-05-20 | ||
DEB0092631 | 1967-05-20 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1613719A1 DE1613719A1 (de) | 1971-04-22 |
DE1613719B2 DE1613719B2 (de) | 1975-10-02 |
DE1613719C3 true DE1613719C3 (de) | 1976-05-06 |
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