DE1927826C - Überlastungsschutz für einen Stromrichter mit steuerbaren Halbleiterventilen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Überlastiings- einen Überlastungsschutz der vorgenannten Art so schutz für einen Stromrichter mit steuerbaren Halb- weiterzubilden, daß mit ihm die thermischen Verleiterventilen, mit einem /?C-GIied, dem ein dem dem hiiltnisse auch von Halbleiterventilen in mit variabler Stromrichter zugeführten oder von ihm abgegebenen Frequenz betriebenen Stromrichtern einigermaßen Strom proportionaler Strom und eine Korrekturgröße 5 richtig erfaßt werden; es wird dann die Möglichkeit zugeführt wird, und mit einem Signalgeber, dem die eröffnet, die Halbleiterventile eines solchen Strom-Spannung an dem Kondensator des /iC-Glicdes zu- richters für den am häufigsten vorkommenden Nenngeführt wird und der anspricht, wenn die Konden- betriebsfall zu bemessen.

satorspannung einen bestimmten Grenzwert erreicht Die erfindungEgemäße Lösung dieser Aufgabe ist

hat. ίο bei einem Überlastungsschutz der eingangs genann-

Einem derartigen, z. B. aus der deutschen Pa- ten Art dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu

tentschrift 1 108 317 bekannter Überlastungsschutz den Kondensator oder in Reihe zu ihm ein ver-

liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich das ther- änderbarer Widerstand liegt, der über eine Steucr-

mische Verhalten von Halbleiterventilen eines Strom- einrichtung so in Steuerabhängigkeit von der die

richters mit Hilfe von mindestens einem ftC-Glicd, 15 Korrekturgröße bildenden Betriebsfrequenz des

das mit einem dem dem Stromrichter zugeführten Stromrichters steht, daß sein Widerstandswert mit

oder von ihm abgegebene 1 Strom proportionalen abnehmender Betriebsfrequenz steigt, wenn der

Strom aufgeladen wird, angenähert nachbilden läßt. Widerstand parallel zu dem Kondensator liegt bzw.

Korrekturgrößen erfassen Randbedingungen, z. B. sinkt, wenn der Widerstand in Reihe zu dem Konden-

unterschiedliche Umgebungstemperaturen. Die Span- 20 sator liegt.

nung an dem Kondensator ist dabei ein Maß für die Wenn man den Überlastungsschutz so bemißt, daß Erwärmung des kritischsten Teiles, nämlich der der Signalgeber anspricht, wenn der dem Strom-Sperrschicht des eigentlichen Ha.bleiterelcmentcs. richter zugeführte Strom / einen bestimmten oberen Man kann daher mit der Spannung des Kondensators Grenzwert Iß bei einer vorgegebenen Stromflußzeit t_a eine Kippschaltung ansteuern, die bei einem bestimm- 25 je Stromrichterzweig erreicht, dann sollte die Steuerten Grenzwert der Spannung am Kondensator an- einrichtung für den Widerstand zweckmäßig so ausspricht und ein Sicnal abgibt oder sogar die Ab- gebildet werden, daß der Wert dieses Widerstandes schaitung der Stromrichteranlage veranlaßt. Bei ent- mit der Wurzel aus t„ sinkt (bei Parallelschaltung) sprechender, den verwendeten ilalbleiterventilen bzw. steigt (bei Reihenschaltung), wobei /„ die Stromangepaßter Bemessung des RC-Gliedes und der An- 30 flußzeit der einzelnen Zweige des Stromrichters ist. sprechgrenze der Kippschaltung läßt sich erreichen, Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Signaldaß diese Kippschaltung gerade dann anspricht, geber anspricht, wenn der die Erwärmung der Halbwenn die Erwärmung der Halblciterventile einen be- leiterventile bestimmende Wert des Stromes über die stimmten Sicherheitsabstand von der Zerstörungs- einzelnen Zweige des Stromrichters bei beliebiger grenze überschreitet. 35 Kombination von Scheitelwert urd Stromflußdauer

Voraussetzung für die einwandfreie Funktion den der Bemessung zugrunde gelegten Grenzwert

eines derartigen bekannten Überlastungsschutzes ist überschreitet.

aber, daß eine bestimmte maximale Stromflußzeit Wenn man als veränderbaren Widerstand einen innerhalb der einzelnen Zweige des Stromrichters mit Transistor verwendet und für dessen Steuerung eine Sicherheit nicht überschritten werden kann. Diese 40 der Stromflußzeit in den einzelnen Stromrichter-Bedingung ist immer dann erfüllt, wenn der Strom- zweigen proportionale Spannung zur Verfügung steht, richter mit einer im wesentlichen konstanten Betriebs- so läßt sich die gewünschte Steuerabhängigkeit mit frequenz arbeitet; denn nur dann ist der die Erwär- Hilfe bekannter Kombinationen von Dioden und mung der Halbleitcrventils in den Stromrichter- Widerständen erreichen, die der Steuerstrecke des zweigen bestimmende Wert des über diese einzelnen 45 Transistors vorzuschalten sind.
Stromrichterzweige fließenden Stromes in erster Linie Man kann den Widerstandswert aber auch unnur von einer Veränderlichen, nämlich dem dem stetig zwischen zwei festen Grenzwerten durch UmStromrichter zugeführten oder von ihm abgegebenen schalten verändern, wobei der mittlere Wert von Strom abhängig. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht dem Verhältnis der Zeitintervalle abhängt, während mehr erfüllt, wenn die Belriebsfrcqucnz eines z. B. 50 denen der eine oder der andere Grenzwert wirksam eine Antriebsmaschine speisenden Stromrichters in ist. Beispielsweise kann man als Widerstand wieder sehr weilen Grenzen verändert werden muß. Wenn einen Transistor wählen, dessen fest vorgegebene beispielsweise in einem Grenzfall die Bctricbsfrcqucnz Aussteuerung während der Rückkippzeit einer mono-Null ist, fließt der gesamte zum Stromrichter fließende stabilen Kippstufe einen anderen konstanten Wert Strom über einen einzigen Zweig diese» Stromrich- 55 erhält; den Eingang der Kippstufe kann man dann ters, statt nacheinander von einem Stromrichterzweig über ein ODER-Gatter mit sämtlichen Ausgängen auf den anderen zu kommutieren. Zur Verschärfung der den Stromrichter steuernden Steuereinheit verdes Problems trägt noch der Umstand bei, daß der binden.

von einem solchen Stromrichter aufgenommene Die Erfindung wird an Hand zweier AusfUhrungs«

Strom mit sinkender Betriebsfrequenz steigt, da die 60 beispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher Gegen-EMK fällt. erläutert. Es zeigt Man könnte nun das angesprochene Problem Fig. 1 das Blockschaltbild einer Stromrichter-

dadurch lösen, daß man die Halbleitcrvcntilc in den anlage mit einem erfindungsgemäßen überlastungs-

uin/clnen Zweigen des Stromrichters für denjenigen schutz,

Strom bemißt, der in dem genannten Grenzfail (Be- 65 Fig. 2 ein erstes AusfUhrungsbeispiel fUr den

tricbsfrec|uenz - Null) fließt; das würde aber offen- Teil T In der Anlage nach Fi g, 1 und

sichtlich eine unwirtschaftliche Lösung darstellen. Fig. 3 ein anderes AusfUhrungsbeispiel fUr den

Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Teil T innerhalb der Anlage nach Fig, I.

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Der in Fig. I mit A gezeichnete Stromrichter hat stufe, ist über eine Zenerdtode ηS an den Konden-

heispielsweise vier parallclgeschaltete Zweige, die sator k 5 und parallel dazu über eine Zenerdinde η 4

über einen Gleichrichter B, einen Stromwandler») mit höherer Zcnerspannung als die Zenerdiode /ja

und einen Schalter si an die Klemmen 11 und 12 und eine Diode «2 an die Quelle β angeschlossen,

eines Wecliselspannungsnctzes angeschlossen sind. 5 Die bistabile Kippstufe K hat noch einen weiteren

Jeder Zweig besteht aus einer Wicklung Ll bis Ln Eingang, dem über einen von Hand zu betätigenden

in Reihenschaltung mit je einem Thyristor ρ 1 bis pn. Schalters si eine Spannung zum Rückkippen in den

Die Verbindungspunkte zwischen Wicklung und Ruhezustand zugeführt werden kann.

Thyristor jedes Zweiges sind über einen Kommu- Die Zeitkonstante des aus den Widerständen rl,

tierungskondensator k 1 bis kn mit demselben Ver- io rl, dein Transistor ρ4 und dem Kondensator k5 be-

bindungspunkt des im Kommutierungszyklus folgen- stehenden /?C-Gliedes und die Zenerspannung der

den Stromrichterzweiges verbunden. " Zenerdiode η 5 sind so aufeinander abgestimmt und

Die Wicklungen Ll bis Ln können die Wick- der Belastbarkeit der Halbleiterventile (Gleichrichter lungen eines Wechselrichtertransformators oder oder Thyristoren) so angepaßt, daß die Kippstufe K — wie in vorliegendem Ausführungsbeispiel — die 15 erst dann anspricht, wenn die Spannung U_K an dem räumlich gegeneinander versetzten Wicklungen einer Kondensator k 5 den bei Nennbetrieb (beliebig vorSynchronmaschine sein. gebbare Frequenz und dun* die Belastbarkeit der

Die Steuerimpulse für die Thyristoren ρ 1 bis pn Halbleiterventile bestimmtei Strom) auftretende werden von einer Steuereinheit St genefert, die an Spannung um einen bestimmten Betrag überschritten sich bekannten Aufbau haben kann. Insbesondere 20 wird. Das kann z. B. bei unverändertem Gesamtkann die Folgefrequenz der Steuerimpulse in an sich strom durch eine Erhöhung der Stromflußzeiten bekannter Weise durch die Stellung des Läufers der (niedrigere Betriebsfrequenz) hervorgerufen werden, Synchronmaschine, die magnetisch, kapazitiv oder weil in diesem Fall der Transistor ρ4 weniger durchoptisch abgetastet wird, bestimmt sein. Die Drehzahl gesteuert und damit sein Widerstand erhöht wird, so der Maschine hängt in diesem Fall nicht von der 35 daß sich der Kondensator k 5 bei unveränderter Belastung ab. Spannung der Quelle Q auf tine höhere Spannung

Zur Gewinnung einer von der Stromilußdauer aufladen kann.

innerhalb der einzelnen Stromrichterzweige in der Eine derartige Erhöhung der Spannung am Kongewünschten Art abhängigen Spannung dient ein densatorA:5 und ein Auslösen der Kippstufe K er-Gebcr G, der eingangsseitig mit wenigstens zwei 30 gibt sich aber auch dann, wenn der Strom / und dasolchcn Ausgängen der Steuereinheit St verbunden mit die Spannung der Quelle Q bei unveränderter ist, die die Steuerimpulse für zwei im Kommutie- Betriebsfrequenz entsprechend ansteigt. Dagegen rungszyklus aufeinanderfolgende Stromrichterzweige würde ein derartiges Ansteigen noch nicht zur Ausliefern (p3, pn). In vorliegendem Ausführungsbei- lösung der Kippstufe K führen, w.nn dieser Anstieg spiel kann statt dessen auch eine mit dem Rotor der 35 des Gesamtstromes / mit einer entsprechenden Zu-Synchroumaschine gekuppelte Tachometermaschine nähme der Betriebsfrequenz verbunden war-, was dienen. Die yon dem Geber G gelieferte Spannung eine Erhöhung der Spannung U₁- und damit eine wird einem KC-Glied zugeführt, das einen weiteren, stärkere Durchsteuerung des Transistors ρ4 zur Folge mit einer Quelle Q verbundenen Eingang hat und hätte, was einer Erhöhung der Spannung am Konan seinem Ausgang eine einer Kippstufe K züge- 40 densator£5 entgegenwirken würde. Die Grenze der führte Spannung liefert. Die Quelle Q ist eingangs- thermischen Belastung der Halbleiterventile in den seitig an die Sekundärwicklung des Stromwandlers m Stromrichterzweigen wird bei dieser höheren Beangeschlossen und enthält im wesentlichen einen triebsfrequenz erst bei einem noch höheren Wert des Bürdenwiderstand r, einen Zweiwegegleichrichter η 1 Gesamtstromes des Stromrichters erreicht, und einen Glättungskondensator k4 (vgl. Fig. 2 45 Die Überwachungseinrichtung nach Fig. 2 kann und 3) und liefert am Ausgang eine dem dem Strom- die ihr zugedachte Funktion nicht mehr erfüllen, richter zugeführten Sirom / proportionale Spannung. wenn der Transistor p4 durchlegiert; eine Ausfüh-Mit Hilfe des Ausgangssignals der Kippstufe K wird rungsform, die selbst in diesem Falle noch einsatzeinerseits eine SchalteinrichtungS angesteuert, durch fähig bleibt, zeigt Fig. 3: Diese Ausführungsform die der Schalter si ausgelöst werden kann; ferner so unterscheidet sich von der nach Fig. 2 lediglich dawird durch das Ausgangssignal der Kippstufe K die durch, daß die Aufladung des Kondensators λ 5 mit Abgabe der Steuerimpulse von der Steuereinheit Λ Hilfe eines zwischen der Diode η 3 und dem Widcrgesperrt. stand rl liegenden Transistors ρ5 gesteuert wird. Der

Einzelheiten der Anordnung nach F i g. 1 zeigt SteuerstrorriKreis dieses Transistors verläuft über die Fig. 2; An den Ausgang der Quelle Q ist die Reihen- 55 Diode «3, einen Widerstand r3 und die Emitter-Kolschaltung einer Diode η 3, eines Widerstandes r 1 und lektof-Strecke eines Transistors ρ 6 und hegt zwischen eines Kondensators k S gelegt, dem ein Widerstand den Klemmen der Quelle Q. Die Basis-Emitter-Strecke rl und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transi- des Transistors ρ6 liegt über einen Widerstand M an stors p4 parallel geschaltet 1st. Die Basis-Emitter- dem positiven PoIP einer nicht dargestellten Span-Strecke des Transistors ρ4 ist an den Ausgang des 60 nungsqueiie; dieser Transistor ρ6 ist daher über die-Gebers O angeschlossen, der die von der Betriebs- sen Stromkreis durchgesteuert, so daß auch der Tranfrequenz des Stromrichters A abhängige Spannung U₁, sistorp5 durchgesteuert ist. Die von dem Ocher G liefert, die mit abnehmender Betriebsfrequenz fällt. gelieferte, mit der Betriebsfrequenz des Stromrichters Der Geber O könnte auch einen Sperrstrom liefern, steigende Spannung U_P Hegt über einen Widerder von Durchsteuerimpulsen konstanter Dauer mit 6s stand r 5 in sperrendem Sinne an der Steuerstrecke der Folgefrequenz der von der Steuereinheit gellefer- des Transistors ρ6, so daß die effektiven Widerstände ten Steuerimpulse unterbrochen wird. Der Eingang der Emittcr-Kollektor-Strecken der Transistoren ρ 5 der Kippstufe K, vorzugsweise eine bistabile Kipp- und pb mit zunehmender Betriebsfrequenz des

Stromrichters ansteigt; die Spannung am Kondensator k S kann daher den zum Ansprechen der Kippschaltung K erforderlichen Grenzwert nur bei entsprechend höherem Oesamtstrom des Stromrichters (entsprechend höhere Spannung der Quelle Q) erreichen.

Der Geber G könnte auch Sperrimpulse konstanter Dauer mit einer Folgefrequenz liefern, die der Folgefrequenz der von der Steuereinheit an den Stromrichter abgegebenen Steuerimpulse entspricht.

In den beiden Ausfuhrungsbeispielen nach F i g. 2 und 3 ist der Eingang der Kippstufe K über eine Diode η 1 und eine Zenerdiode «4 direkt an die Klemmen der Quelle Q angeschlossen; die Zenerdiode «4 ist so bemessen, daß die Kippstufe K ohne i$ Rücksicht auf die jeweilige Betriebsfrequenz des Stromrichters A bei einem durch die Bemessung der Zenerdiode/i4 bestimmten oberen Grenzwert verzögerungsfrei anspricht.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei- *o spiel wird beim Ansprechen der Kippstufe K der Schalter si in der Verbindungsleitung zwischen Stromrichter und Energiequelle 11,12 geöffnet; sofern die Kippstufe K bistabites Verhalten hat, bleibt dieser Schalter geöffnet, bis die Kippstufe durch Be- *$ tätigen des Schalters τ 2 wieder zurückgekippt wird.

Die Kippstufe K kann aber auch monostabiles Verhalten haben; das bedeutet, daß der Schalter χ 1 beim Ansprechen dieser Kippstufe geöffnet und nach Ablauf der Rückkippzeit der monostabilen Kippstufe wieder geschlossen wird. Sofern in diesem Zeitpunkt die kritischen Betriebsbedingungen, die durch das RC-G\\ed erfaßt werden, immer noch bestehen, spricht die Kippstufe erneut an und öffnet den Schalter s 1 wiederum für die Dauer der Rückkippzeit die- ser monostabilen Kippstufe.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Überlastungsschutz für einen Stromrichter mit steuerbaren Halbleiterventilen, mit einem ÄC-Glied. dem ein dem dem Stromrichter zugeführten oder von ihm abgegebenen Strom proportionaler Strom und eine Korrekturgröße zugeführt wird, und mit einem Signalgeber, dem die Spannung an dem Kondensator des ÄC-Gliedes zugeführt wird und der anspricht, wenn die Kondensatorspannung einen bestimmten Grenzwert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Kondensator (A 5) oder in Reihe zu ihm ein veränderbarer Widerstand (p4, pS) liegt, der über eine Steuereinrichtung so in Steuerabhängigkeit von der die Korrekturgrößc bildenden Betriebsfrequenz des Stromrichters (A) steht, daß sein Widerstandswert mit abnehmender Betriebsfrequ«nz steigt, wenn der Widerstand (F i g. 2) parallel zu dem Kondensator liegt bzw. sinkt, wenn der Widerstand in Reihe (F i g. 3) zu dem Kondensator liegt.

2. Überlastungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand mit der Wurzel aus t„ «inkt bzw. steigt, wobei /„ die Stromflußzeit der einzelnen Zweige des Stromrichters ist.

3. Überlastungsschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Signalgebers (Af) über eine erste Zenerdiode («5) an den Kondensator (A 5) des /?f-Gliedes und über eine zweite Zenerdiode («4) mit höherer Zenerspannung an eine Spannungsquelle (Q) angeschlossen ist, die eine dem dem Stromrichter zugeführ'rn oder von ihm abgegebenen Strom proportionale Spannung liefert.

4. überlastungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderbarer Widerstand ein Transistor (pi, ρ S) dient.

5. Überlastungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalgeber (K) eine bistabile Kippstufe dient, der ein Handschalter (si) zum Rückstellen zugeordnet ist.

6. überlastungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß als Signalgeber (K) eine monostabfle Kippstufe dient.

7. Überlastungsschutz nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ausgangssignal des Signalgebers (K) ein zwischen einer den Stromrichter speisenden Energiequelle und dem Stromrichter liegender Schalter (s 1) geöffnet wird.

8. überlastungsschutz nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (51) so ausgebildet ist, daß er nor während der Dauer des vom Signalgeber (K) gelieferten Ausgangssignals geöffnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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