DE1763321C3 - Protection circuit against internal short circuits in load-commutated inverters - Google Patents
Protection circuit against internal short circuits in load-commutated invertersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschal tung gegen durch gleichzeitige Stromführung /«eier in Reihe geschalteter Ventilstromzweige bedingte in terne Kurzschlüsse in im Normalbetrieb einen kapazitiven Reihenschwingkreis speisenden, lastgeführten Wechselrichtern, bei denen die Zündung der in den Ventilstromzweigen enthaltenen Stromrichterelemente durch von einem Zündimpulsgeber gelieferte Zündim pulse, die Löschung jedoch dadurch erfolgt, daß der Lastwcchselstrom seine Richtung umkehrt und vor übergehend über einen dem betreffenden Stromrichter element parallelgeschalieten. ein Ventil entgegengesetzter Durchlaßrichtung einhaltenden Hilfsstrompfad weiterfließt, wobei in einen der den steuerbaren Stromrichtern parallelgeschalteten Hilfsstrompfäde ein Überwachungsglied geschaltet ist. das bei Stromfluß durch diesen Hilfsstrompfad ein Signal an einen er sten Eingang eines logischen UND-Gliedes abgibt, an dessen zweiten Eingang die vom Zündimpulsgeber gelieferten Impulse und an dessen Ausgang die Zündelektrode des in der Zündfolge nächstfolgenden Stromrichters iiegan, derart, daß beim Ausbieiben des genannten Signals die Abgabe eines vom Zündimpulsgeber erzeugten Zündimpulses an die Zündelektrode des Stromrichters verhindert wird, nach dem Hauptpatent 1 488 971.The invention relates to a protective scarf Protection against through simultaneous current conduction / eggs Valve branches connected in series caused internal short circuits in a capacitive one during normal operation Series resonant circuit feeding, load-commutated inverters in which the ignition of the Converter elements contained in valve flow branches by ignition elements supplied by an ignition pulse generator pulse, but the deletion takes place in that the Load alternating current reverses its direction and passes over one of the converters concerned element parallel-clad. an auxiliary flow path maintaining a valve in the opposite direction continues to flow, being fed into one of the auxiliary current paths connected in parallel to the controllable converters Monitoring element is switched. which sends a signal to one of them when current flows through this auxiliary current path most input of a logical AND element outputs, at the second input of which is supplied by the ignition pulse generator Pulses and at its output the ignition electrode of the converter following the ignition sequence iiegan, in such a way that when the said Signal the delivery of an ignition pulse generated by the ignition pulse generator to the ignition electrode of the converter is prevented, according to the main patent 1 488 971.
Eine solche Schutzschaltung ist bereits aus der schweizerischen Patentschrift 432.634 bekannt.Such a protective circuit is already known from Swiss patent specification 432.634.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs beschriebenen Schaltung die Sicherheit gegen Kurzschlüsse der Stromquelle über mit der Stromquelle in Reihe liegende steuerbare Stromrichter weiter zu erhöhen.The invention is based on the problem of safety in a circuit described at the outset against short circuits in the power source via controllable converters in series with the power source to increase further.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungs^emäß bei dieser Schutzschaltung vorgeschlagen, daß mit dem anderen steuerbaren Stromrichter, in dessen par allelgeschaiieten Hilfsstrompfad kein Überwachung* glied geschaltet ist. ein im stromlosen Zustand anspre chendes weiteres Überwachungsglied in Reihe geschaltet ist. das über eine Inverterschaltung an einen Ein gang einer UND-Schaltung angeschlossen ist. deren weiterer Eingang und deren Ausgang in den Zünd Stromkreis des im Längszweig liegenden steuerbaren Stromrichters geschaltet sind.To solve the problem, according to the invention Proposed in this protection circuit that with the other controllable converter, in its par allelgeschaiieten auxiliary current path no monitoring element is connected. on when de-energized chendes further monitoring element is connected in series. that via an inverter circuit to an on connected to an AND circuit. its further input and its output in the ignition Circuit of the controllable converter located in the series branch are switched.
Damit ist eine Zündung des Stromrichters im Längszweig in einem unerwünschten Augenblick unmöglich. Die Sicherheit der Stromquelle gegen Kurzschlüsse ist damit weiter erhöht.This means that the converter in the series branch is ignited at an undesirable moment impossible. The safety of the power source against short circuits is thus further increased.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich nung beispielsweise erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing Example explained.
Es zeigtIt shows
F i g. 1 ein Prinzipschema und
F i g. 2 und 3 Schaltungsdetails.F i g. 1 a principle diagram and
F i g. 2 and 3 circuit details.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Prinzipscheir.·. eines kstgeführten Wecriselrichters mit einer Kurzschluß S'cherungsschaltung wird ein im Ersatz schaltbild als Reihenresonanzkreis dargestellter Last widerstand 1 des Wechselrichters in abwechselnder Folge über einen Längs/weig 2 an eine Gleichstromquelle 3 gelegt und über einen Querzweig 4 kurzge schlossen. Zu diesem Zweck werden ein Stromrichter 5 im Längszweig 2 und ein Stromrichter 6 im Quer zu cig 4 abwechselnd durchgeschaltet. Dadurch ent steht am Lastwiderstand 1 eine Rechteckspannung, deren Grundfrequen/ gleich der Folgefrequenz der Zündung des Stromrichters 5 ist. Die Zündung der Stromrichter 5 und 6 erfcdgt durch von einem Zünd impulsgeber 7 gelieferte Zündimpulse, die Löschung selbsttätig durch aus dem Lastwiderstand 1 rückflie ßenden Blindstrom. Der rückflicüende Blindstrom fließt über eine dem Stromrichter 5 bzw. 6 antiparal IeI geschaltete Rückfluß Diode 8 bzw. 9. erzwingt damit dessen Löschung.In the principle diagram shown in FIG . a kstführung Wecriselrichters with a short circuit protection circuit is a shown in the equivalent circuit diagram as a series resonant circuit load resistor 1 of the inverter in alternating sequence over a longitudinal / weig 2 to a direct current source 3 and short-circuited via a shunt branch 4. For this purpose, a converter 5 in the series branch 2 and a converter 6 in the transverse to cig 4 are switched through alternately. As a result, a square-wave voltage is created at the load resistor 1, the fundamental frequency of which is equal to the repetition frequency of the ignition of the converter 5. The ignition of the converters 5 and 6 takes place by ignition pulses supplied by an ignition pulse generator 7, the extinction automatically by reactive current flowing back from the load resistor 1. The returning reactive current flows through a reverse flow diode 8 or 9 connected in antiparal IeI to the converter 5 or 6, thus forcing it to be extinguished.
Zur Vermeidung eines Kurzschlusses der Gleich stromquelle 3 muß jeweils der eine Stromrichter be reits gelöscht sein, wenn der andere Stromrichter ge zündet wird. Der die Löschung des Stromrichters im einen Zweig bewirkende Bündstromrückfluß muli also jeweils bereits vor der Zündung des Stromrich ters im anderen Zweig erfolgen. Da die Flanken der durch abwechselnde Durchschaltung der Stromrichter und 6 am Ausgang des Wechselrichter, erzeugtenTo avoid a short circuit of the direct current source 3, the one converter must be in each case already deleted when the other converter ge is ignited. The bundle current return flow muli which causes the extinction of the converter in one branch so in each case take place before the ignition of the Stromrich age in the other branch. Since the flanks of the by alternately connecting the power converter and 6 at the output of the inverter
Rechteckspannung und dementsprechend auch die Nulldurchgänge der Grundwelle dieser Rechteckspannung zeitlich mit den Zündzeitpunkten der Stromrichter zusammenfallen, muß dementsprechend die den Blindstromrückfluß einleitende Stromrichtungsänderung s des Ausgangsstromes zeitlich vor dem Nulldurchgang der Grundwelle der Ausgangsspannung liegen. Da sich ein der Spannung voreilender Strom nur bei komplexen Widerständen mit kapazitiver Blindkomponente ergibt, muß der Lastwiderstand 1 cine kanazitive Komponente aufweisen. Dieser Bedingung wird bei lastgeführten Wechselrichtern in der P„egel durch geeignete Bemessung eines zwischen der. Wechselrichter und die eigentliche Last geschalteten Ankopplungsfilters entsprochen.Square-wave voltage and accordingly also the zero crossings of the fundamental wave of this square-wave voltage coincide in time with the ignition times of the converters, the must accordingly Reactive current return introducing change in the direction of current s of the output current before the zero crossing the fundamental wave of the output voltage. Since a current leading the voltage only occurs with complex Resistors with capacitive reactive components results, the load resistance must be 1 cine kanazitive Have component. In the case of load-controlled inverters, this condition is generally met by means of suitable Dimensioning one between the. Inverter and the actual load switched coupling filter complied.
Auch bei richtiger Bemessung des Ankopplungsfilters können anormale Lastfälle mit induktiver Komponente des Filter-Eingangswiderstandes auftreten. In einem solchen Fall würde der die Löschung des Stromrichters 5 bewirkende Blindstromrückfluß erst nach der Zündung des Stromrichters 6 einsetzen, und dementsprechend würde sich mit der Zündung des Stromrichters 6 ein Kurzschluß der Gleichstromquelle 3 über die Stromrichter 5 und 6 ergeben. Um solche Kurzschlüsse der Gleichstromquelle 3 zu ver- ζ? hindern, ist nach dem zugehörigen Hauptpatent in eine Zündleitung 10 des Stromrichters 6 eine UND-Schaltung 11 eingeschaltet, die erst mit der Löschung des Stromrichters 5 durchgeschaltet wird und die dementsprechend in allen Fällen, in denen der Blind- ?« Stromrückfluß aus dem Lastwiderstand 1 erst nach dem Zündzeitpunkt des Stromrichters 6 einsetzt, die Zündimpulszufuhr zum Stromrichter 6 sperrt und damit die Zündung desselben verhindert.Even with the correct dimensioning of the coupling filter, abnormal load cases with inductive components of the filter input resistance can occur. In such a case, the reactive current return flow causing the extinction of the converter 5 would only start after the converter 6 has been ignited, and accordingly, the DC power source 3 via the converters 5 and 6 would be short-circuited when the converter 6 was ignited. To those shorts DC source ζ 3 to comparable? prevent, according to the associated main patent, an AND circuit 11 is switched on in an ignition line 10 of the converter 6, which is only switched through when the converter 5 is extinguished and which accordingly in all cases in which the reactive? «current return flow from the load resistor 1 begins only after the ignition time of the converter 6, blocks the ignition pulse supply to the converter 6 and thus prevents the same from igniting.
Als Kriterium für die Durchschaltung der UND 3^ Schaltung 11 dient der die Löschung des Stromrich ters 5 bewirkende Biindstromrückfluß selbst, indem ein Abbild desselben über einen in einen Hiltsstrom pfad 12 eingeschalteten Stromwandler als Überwachungsglied 13 über die Leitung 14 der UND-Schal- ·«> tung 11 zugeführt ist.As a criterion for switching the AND 3 ^ Circuit 11 is used to delete the Stromrich age 5 causing Biindstromrückfluß itself by an image of the same via a current transformer connected to an auxiliary current path 12 as a monitoring element 13 is fed to the AND circuit 11 via the line 14.
Die Gefahr von Kurzschlüssen läßt sich weiter vermindern, wenn entsprechend der hier beschriebenen Ausgestaltung auch die Zündung des Stromrichters vom jeweiligen Schaltzustand des andern Stromrich- -n ters abhängig gemacht wird. Aus im nachfolgenden dargelegten Gründen dient als Kriterium für die Durchschaltung einer in einen Zündstromkreis 61 des Stromrichters 5 geschalteten UND-Schaltung 62 der im Stromrichter 6 fließende Strom. Dazu ist ein Si Stromwandler als Überwachungsglied 63, dessen Se kundärwicklung über eine Inverterschaltung 64 an einen Eingang 65 der UND-Schaltung 62 geführt ist. in den Querzweig 4 geschaltet. Ein mis der UND-Schaltung 62 und der Inverterschaltung 64 gebildeter ' SchaltungshliK'k ist mit 66 bezeichnet.The risk of short circuits can be further reduced if, in accordance with the embodiment described here, the ignition of the converter is also made dependent on the respective switching state of the other converter. For reasons set out below, the criterion for switching through an AND circuit 62 connected to an ignition circuit 61 of converter 5 is the current flowing in converter 6. For this purpose, a Si current transformer is used as a monitoring element 63, the secondary winding of which is led via an inverter circuit 64 to an input 65 of the AND circuit 62. connected to the cross branch 4. A circuit circuit formed by the AND circuit 62 and the inverter circuit 64 is denoted by 66.
Die UND Schaltung 11 bzw. 62 spricht bei einem am Eingang - Leitung 14 — bzw. Eingang 65 erscheinenden Durchschaltsignal um eine Ansprechzeit, die größer ist als die Löschzeit der Thyristoren, verzö λThe AND circuit 11 or 62 speaks at one at the input - line 14 - or input 65 appearing switch-through signal for a response time, which is greater than the quenching time of the thyristors, delayed λ
gert an.gert.
Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wieThe circuit arrangement described works like
folgt:follows:
Bei Beginn der Lei 'ungsübertragung wird der Zündimpulsgeber 7 eingeschaltet. Weil der Hilfsstrom- ' pfad 12 vorerst stromlos ist. wird ein in der Zündleitung 10 auftretender Zündimpuls von der UND Schaltung 11 nicht durchgelassen. Die UND-SchaltungThe ignition pulse generator is activated at the start of the line transmission 7 switched on. Because the auxiliary current 'path 12 is initially de-energized. becomes one in the ignition wire 10 occurring ignition pulse from the AND circuit 11 not allowed through. The AND circuit
62 hingegen ist infolge der
Zündimpulse durchlässig,62, however, is due to the
Ignition pulses permeable,
stromlos ist. Be.m ersten >* de™ fU™ Stromrichter auftretenden Zündunpuls wird somU der nsa.is de-energized. If the first> * de ™ f U ™ power converter occurs, the nsa is somU.
5 gezündet, ein positiver Strom Λ ladt^*- aei 5 ignited, a positive current Λ ladt ^ * - aei
tor des Lsstwiderstandes 1 au£ torn c. ^n gate of the release resistor 1 au £ torn c . ^ n
Maximalen Spannungswertes im Bondens ^Maximum tension value in bonding ^
der Strom /, seine Richtung um und Π eU tu Hilfsstrompfad 12 zur Glachstromq^lte J wodurch am Stromrichter 5 eine negative ρ entsteht und dessen Löschung «^gf^m erin dem Hilfsstrompfad 12 fließende Ruckflutor zeugt ein Duichschaltsignal. fas Mto»^.ng 8 Zuge der Leitung 14 gelangt se °JU ae ls the current /, its direction around and Π eU tu auxiliary current path 12 to the Glachstromq ^ lte J whereby a negative ρ arises at the converter 5 and its cancellation «^ if the backflow flowing in the auxiliary current path 12 produces a Duichschaltsignal. fas Mto »^. ng 8 The line 14 arrives at se ° JU ae ls
ßend vom Zündimpulsgeber 7 ge»etei? slromrichdie UND-Schaltung 11 passieren und de,η Strom ter 6 zünden kann. Der Ruckflußstrom flu-■ J mehr über den Querzweig 4. wahrend de R^Lub diode 8 gesperrt ist. Sobald die Spannung am Ko. densator des Lastwiderstandes 1 ein Mm mum läuft, findet wiederum Stromumkehr statt, ^r. F1 fließt vorerst in Sperrichtung aber den St.omric ter 6. da dieser niederohmiger .st als *e RucUlüb diode 9. Gleichzeitig steigt jedoch d.e Impedanz des Stromrichters 6 an. so daß der Strom_ im Stromnch ter 6 kleiner und derjenige in der R«kn^d£?* \ größer wird. Nach der Löschze.t des Stroninchters ö hat die Rückflußdiode 9 den vollen übernommen, während der Strom im Stro praktisch Null geworden ist. Anschließend sp UND-Schaltung 62. die bereits be.m Stromnulldu.ch ganu im Querzweig 4 über den Stromwandler (Übe wachungsglied 63) und die Inverterschaltung^ 64 m Durchschaltsignal erhalten hat. an. Kurz danach er folet wieder die Zündung des Stromrichters 5.ßend from the ignition pulse generator 7 approved ? s lromr i the AND circuit 11 and de, η current m ter 6 can ignite. The reflux flow flows through the shunt branch 4, while the R ^ Lub diode 8 is blocked. As soon as the tension on Ko. capacitor of the load resistor 1 runs a Mm mum, current reversal takes place again, ^ r. F 1 initially flows in the reverse direction, but the converter 6, since it has a lower resistance than the RucUlüb diode 9. At the same time, however, the impedance of the converter 6 increases. so that the current in the downstream 6 becomes smaller and that in the R « kn ^ d £? * \ becomes greater. After Löschze.t the Stroninchters ö the reflux diode 9 has taken over the full, while the current in the Stro has become practically zero. Then sp AND circuit 62. which has already been.m Stromnulldu.ch ganu in shunt branch 4 via the current transformer (Übe monitoring element 63) and the inverter circuit ^ 64 m has received switching signal. on. Shortly thereafter, the ignition of the converter 5 again follows.
Xn sich .st es vorteilhaft, als Kntenum fur die Durchschaltung der UND-Schaltungen den Bl.ncl· stromrücknuß in den Hilfsstrompfaden zu wato, eine derartige UND-Schaltung jeweils nur ku rzzert.g für Zünd.mpulse durchlässig ist. Fur die Zulassigke.t der Zündung des Stromrichters 5 kann dieses knterium jedoch nicht benützt werden, weil sonst der Wechselrichter gar nicht in Betrieb gesetzt werdenIn itself it would be beneficial as a knowledge for the Switching through the AND circuits to wato the Bl.nclcurrent feedback in the auxiliary current paths, such an AND circuit only briefly is permeable for ignition pulses. For the Zulassigke.t the ignition of the converter 5 can this knterium however, cannot be used because otherwise the Inverter cannot be put into operation at all
irder Fie. 2 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer bND-Schaitung .1 dargestellt. Die Sekundärwicklung des Überwachungsgliedes 13 .st xur Über pan nunusbegrenzung über anliparallelgeschalteU D.oden 67 und 68 an eine Zenerd.ode 69 angeschlo sen und •in den Eingang eines aus Transistoren 70. 71 und //irder fie. 2 is an exemplary embodiment of a bND circuit .1 shown. The secondary winding of the monitoring element 13 .st xur via pan Nunus limitation via anliparallel-connected U D.odes 67 and 68 connected to a Zenerd.ode 69 and • into the input of one of transistors 70. 71 and //
bieten Verstärkers gelegt. Beim Au (treten, enes Rückstromes in der Rückflußdiode 8 «ird de,, Irnns.-stor 70 durchgesteuert, der Transistor 71 «n;d ge sperrt und ein Kondensator 73 wird .über d.e Kollek tor-Emitterstrecke des Transistors 72 und e.nen als Potentiometer ausgebildeten KollektorwiacrstanJ 74offer amplifier placed. When kicking, enes Reverse current in the reflux diode 8 "ird de" Irnns.-stor 70 turned on, the transistor 71 «n; d ge blocks and a capacitor 73 is .via d.e collector gate-emitter path of transistor 72 and a collector resistor 74 designed as a potentiometer
en.en.
uem Kondensator 73 liegt die Reihenschaltung der Basis I initterstrecko eines Transistors 75 mit einer Zenerdiode 76 parallel. Die Zenerdiode 76 ist über einen Widerstand 77 mit den Speisespannungsklemmen verbunden und in das Durchbruchgebiet gesteuert. Ein Glättungskondensator 78 ist der Zenerdiode 76 parallel geschaltet.The series circuit is connected to the capacitor 73 the base I initterstrecko of a transistor 75 with a Zener diode 76 in parallel. The zener diode 76 is connected via a resistor 77 to the supply voltage terminals and controlled into the breakdown region. A smoothing capacitor 78 is connected in parallel with the Zener diode 76.
Der Transistor 75 wird in den leitenden Zustand durchgesteuert. sobald die Spannung am Kondensa tor 73 den Wert der Durchbruchspannung der Zenerdiode 76 überschreitet. Bei leitendem Transistor 75The transistor 75 is turned on into the conductive state. as soon as the voltage on the condenser gate 73 exceeds the value of the breakdown voltage of the Zener diode 76. With transistor 75 conducting
wird ein vom Zündimpulsgeber 7 gelieferter Impuls über einen Impulsübertrager 79 der Zündleitung des Stromrichters 6 zugeführt.is a pulse supplied by the ignition pulse generator 7 via a pulse transmitter 79 of the ignition line of the Converter 6 supplied.
Die Ansprechverzögerung der UND-Schaltung 11 kann mit dem Kollektorwiderstand 74 eingestellt werden. Nach beendetem Rückstromfluß durch die Rückflußdiode S wird der Kondensator 73 über einen Widerstand 80 wieder entladen.The response delay of the AND circuit 11 can be adjusted with the collector resistor 74. After the reflux has ended through the Reflux diode S, the capacitor 73 is discharged again via a resistor 80.
Der in der F i g. 3 dargestellte Schaltungsblock 66 unterscheidet sich in seinem Aufbau von der in derThe one shown in FIG. The circuit block 66 shown in FIG. 3 differs in its construction from that in FIG
Fig. 2 gezeigten UND-Schaltung Il nur dadurch, daß der Transistor 72 unmittelbar am Transistor 70 angekoppelt ist. Der Kondensator 73 wird hier aufge laden, sobald der Strom im Stromrichter 6 seine Rieh 5 tung umkehrt.FIG. 2 shown AND circuit II only in that the transistor 72 is directly connected to the transistor 70 is coupled. The capacitor 73 is loaded up here as soon as the current in the converter 6 reaches its limit 5 reversed.
Die Ansprechverzögerung der UND-Schaltung 11The response delay of the AND circuit 11
und des Schaltungsblocks 66 ist nach erfolgter Ein stellung äu(3erst konstant und unabhängig von deiand the circuit block 66 is after a successful setting extremely constant and independent of the
Größe des Stromes im Überwachungsglied 13 bzwSize of the current in the monitoring element 13 or
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (2)
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Also Published As
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHZ | Patent of addition ceased/non-payment of annual fee of parent patent |