DE2000422A1

DE2000422A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von Thyristoren

Info

Publication number: DE2000422A1
Application number: DE19702000422
Authority: DE
Inventors: Hisao Amano; Naoe Kawakami; Akiteru Ueda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-01-08
Filing date: 1970-01-07
Publication date: 1970-07-23
Also published as: JPS4831015B1; GB1270513A; SE384764B; US3881147A; DE2000422B2

Description

81-15.295P 7-1.1970

HITACHI, LTD., Tokio (japan)

Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von Thyristoren

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz von Thyristoren in Stromrichtern,

In jüngster Zeit sind große Portschritte bei der Entwicklung von gesteuerten Halbleitergleichrichterelementsu (im folgenden Thyristoren genannt) gemacht worden« Aus diesem Grund werden Stromrichter wie Gleichrichter, Wechselrichter und Zerhacker, die Quecksilberdampfgleichrichter aufweisen, durch, entsprechende Stromrichter mit Kiysistoren ersetzt, die in vieler Hinsicht Quecksilberdümpfgleiofe.r/.ohtern

ü1-(Poa. 20,46S)-Hd]? (7)

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überlegen sind. Jedoch let die Durchbruchspannung von Thyristoren bedeutend niedriger als die von Quecksilberdampfgleichrichtern .

Saher müssen z. B. zur Herstellung eines Stromrichters, der aus einem einzigen Quecksilberdampfgleichrichter gebildet werden kann, oft einige zehn bis einige hundert Thyristoren in Serienschaltung verwendet werden. Es kann nun nioht erwartet werden, daß eine derartig große Anzahl yon Thyristoren einschließlich ihrer Steuerkreise wie Gatterkreise gleichmäßige Kennlinien aufweisen.Unter den Abweichungen der Kennlinien τοη Thyristoren machen besondere Schwierigkeiten Abweichungen des Sin- und Ausschaltverhaltens, weshalb üblicherweise Schaltungsabwandlungen nötig sind, um diese Schwierigkeiten zu überwinden.

In einem Stromrichter wie einem Wechselrichter oder einem Zerhacker kommt es jedoch häufig Tor, daß nach dem Ausschalten der Thyristoren duroh Anlegen einer Sperrspannung eine Leitungs- oder Vorwärtsspannung wieder an die Thyristoren für ein sehr kurzes Zeitintervall nach dem Anlegen der Sperrspannung angelegt wird. Wenn dieses Zeitintervall zu kurz ist, können einige der in Serie geschalteten Thyristoren ausgeschaltet werden, während andere nicht ausgeschaltet werden können. Ein derartiges Verhalten kann nur duroh Schaltungsänderung vermieden werden, da die Stromrichter wie Wechselrichter und Zerhacker in verschiedener Weise betrieben werden und die in derartigen Stromrichtern verwendeten Thyristoren unvermeidbar Kennlinienabweichungen zeigen.

Wenn eine Spannung an in Serie geschaltete Thyristoren angelegt wird, werden einige von ihnen ausgeschaltet, während

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andere eingeschaltet bleiben, 00 daß die ganze Spannung dann nur an den ausgeschalteten Thyristoren anliegt und deren Durchbrach, verursaohen kann, wenn die an jeweils einem angeschalteten Thyristor anliegende Spannung zu groß wird.

Sas Auftreten eines Zustandes, inßem einige der in Serie geschalteten Thyristoren ausgeschaltet sind, während die anderen noch eingeschaltet sind, kann nicht durch Schaltungsänderung vermieden werden, so daß die Gefahr der Beschädigung der Thyristoren besteht. Saher wird eine gewisse Schutzschaltung benötigt, die einen stabilen Betrieb zeigt und nicht aufwendig ist, um eine derartige Beschädigung zu vermelden.

Da ferner die Strombelastbarkeit eines Thyristors begrenzt ist, ist eine Anzahl von parallel gescheiteten Thyristoren notwendig, um einen groSen Strom fließen zu lassen. In derartigen Fällen treten ebenfalls Schwierigkeiten irfolge Abweichungen des AusschaItverhaltens auf. Venn nämlich eine Rückwärts- oder Sperrspannung an den Thyristoren angelegt wird, durch die Strom fließt, werden die Thyristoren ausgeschaltet. Wenn jedoch das Zeitintervall sehr kurz 1st, während dem eine Sperrspannung angelegt wird, und bald darauf wieder eine Mtungsspannung angelegt wird, werden diejenigen Thyristoren, die relativ lange Ausschaltzeiten haben, wieder eingeschaltet. Durch diese wieder eingeschalteten Thyristoren kann jetzt der ganze Strom fließen. Das führt zu einer zu starken Strombelastung der eingeschalteten Thyristoren.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß Abweichungen des Ausschaltverhaltens zu Überspannungen bei Serienschaltung und Überströmen bei Parallelschaltung führen, was in beiden

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- 4 fällen eine Beschädigung der Thyristoren hervorruft.

Se 1st daher Aufgabe der Erfindung, einen Schutz für Thyristoren anzugeben, der zuverlässig eine Beschädigung der Thyristoren Infolge Abweichungen des Aueschaltverhaltens einer Anzahl von Thyristoren vermeldet. Insbesondere soll eine Thyrlstorschutzsohaltung geschaffen werden, die einen anormalen Zustand Infolge Abweichungen der Kennlinien der Thyristoren rechtzeitig feststellt und die Thyristoren schützt. Diese Thyrostorschutzschaltung soll einfach und damit auch billig zu fertigen sein.

Die Schwierigkeit, dad nur ein Teil der Thyristoren ausgeschaltet wird, während die übrigen Thyristoren eingeschaltet bleiben, betrifft das umschalten und tritt auf, wenn der Toleranzwinkel (Toleranzzeit) des Umsohaltens nicht ausreichend klein ist. Insbesondere, wenn die Ausschaltzeit eines Thyristors größer als der Toleranzwinkel ist, kann der Thyristor nicht ausgeschaltet werden.

In einem Stromrichter, der aus einem Quecksilberdampfgleichrichter oder einem Thyristor besteht, wird, wenn der Toleranzwinkel im Obergang zu klein wird, der Quecksilberdampfgleichrichter oder Thyristor nicht ausgeschaltet, so daß eine Umsehaltstörung entsteht. Eine Umsehaltstörung ist jedoch hinsichtlich des Betriebs des Stromrichters nachteilig, da kurzzeitig ein Überstrom fließt. Eine Umschaltstörung führt jedoch nicht zu einem Durchbruch eines Quecksilberdampfgleichrichters oder Thyristors.

Ton diesem Umstand macht die Erfindung Gebrauch. Wenn nämlich der Toleranzwinkel des Umsehaltens unter einem vorgegebenen Wert liegt, werden alle Thyristoren gezündet, um

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absichtlich kein Umschalten vorzunehmen, nachdem eine leitungsspannung angelegt worden ist.

Sie Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1a bis 1d schematische BarStellungen zur Erläuterung des Aueschaltens eines Thyristors;

Pig. 2 ein Blockschaltbild des Netzwerks eines Gleichstrom-Starkstromnetzes mit Wechselrichtern;

Pig. 3a bis 3d Wellenzüge zur Erläuterung des Betriebs eines Wechselrichters des Starkstromnetzes τοη Pig. 2;

Pig. 4 ein Blockschaltbild des Netzwerks eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Pig. 5a und_v5b Wellenzüge zur Erläuterung des Betriebs

der Schaltung von Pig. 4;
Pig. 6 ein Blockschaltbild des Hauptteils eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Pig. 7a bis 7d Wellenzüge zur Erläuterung des Betriebs der Schaltung τοη Pig. 2;

Pig. 8a und 8b Wellenzüge zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungebeispiels von Pig. 6;

Pig. 9a bis 9h Wellenzüge an verschiedenen Stellen der Schaltung von Pig. 10; und

Pig.10 ein Blockschaltbild die Hauptteils eines weiteren Ausführungebeispieis gemäß der Erfindung.

Zunächst soll die Beziehung zwischen der Ausschaltzeit und dem Toleranzwinkel des Urneehaltβne eines Thyristors anhand von Pig. 1a bis 1d erklärt werden, wobei der Toleranzwinkel

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gewöhnlich durch einen elektrischen Winkel aufgedrückt wird und die Frequenz der Wechselstromschaltung eines Stromrichters wie eines Wechselrichters oder eines Zerhackerβ als Normal zugrundegelegt wird und man von einem Toleranzwinkel des Umeohaltens oder einfach Toleranzwinkel spricht.

Ee soll angenommen werden, daß ein litunge- oder Vorwärtsstrom Ip durch einen Thyristor S fließt und eine Sperrspannung Y_r zum Zeitpunkt t^ angelegt wird. Dann nimmt der Strom allmählich mit einer konstanten Geschwindigkeit ab, die durch die einzelnen Elemente der Schaltung bestimmt ist, und erreicht den Wert Null zum Zeitpunkt t_2> nimmt ferner auf einen negativen Wert bis zu einem Zeitpunkt t, durch den Ladungsträgerspeichereffekt ab und kehrt anschließend auf Null zurück, wie aus Pig. 1b ersichtlich ist. Nach Eintritt dieses Zustande tritt die Sperrspannung V_r am Thyristor S zum erstenifel auf. Wenn die Schaltung in diesem Zustand zum Zeitpunkt tg geschaltet wird, um eine Leitungsspannung V_f am Thyristor S anzulegen, nimmt die Sperrspannung V_r allmählich mit konstanter Geschwindigkeit ab, die durch die Bauelemente der Schaltung bestimmt ist, und erreicht den Wert Null zum Zeitpunkt t^, wie aus Pig. 1o ersichtlich ist. Eine Leitungsspannung steigt allmählich mit der gleichen Geschwindigkeit auf den Wert TT. an. Das Zeitintervall zwischen der Zeit t₂i wenn der Strom Null wird, und der Zeit t~, wenn die Leitungsspannung anzulegen begonnen wird, wird Toleranzwinkel des Umschaltens für eine derartige Schaltung und unter derartigen Bedingungen genannt.

Ein Thyristor kann nicht ausgeschaltet werden, bis ein bestimmtes Zeitintervall naoh dem Zeitpunkt t₂ verstrichen ist, wenn der Leitungs- oder Yorwärtsstrom Null wird; und wenn eine Leitungsspannung angelegt wird, bevor dieses bestimmte

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Zeitintervall abgelaufen ist, wird der !Thyristor auch ohne Einspeisung eines Zündimpulses wieder eingeschaltet. Daher existiert ein Hindestzeitintervall, um eine Sperrspannung zum allmählichen Aussähalten eines Thyristors anzulegen, und dieses Zeitintervall wird Ausschalteeit X₀ genannt·

Wenn also der Toleranzwinkel T des Umsohaltens kleiner als die Ausschaltzeit T_Q ist, kann der Thyristor nicht ausgeschaltet werden. Dieser Umstand ist in Pig. 1d erläutert, in der die Sperrspannung zur Zeit t. abzunehmen beginnt, während im Zeitpunkt te eine Leitungespannung auftritt, so daß der Toleranzwinkel T¹ τοπ Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt te beträgt. Tails T¹ kleiner als X₀ ist, kann ein Leitungsstrom »am Zeitpunkt te fließen, wie durch die Strichlinie in fig. 1b angedeutet ist. Daher wird der Thyristor nicht ausgeschaltet und mit keinem Teil der Leitungespannung beaufschlagt.

Wie bereits angegeben wurde, kann ein Thyristor, falls der Toleranzwinkel nicht größer als die Ausschaltzeit ist, kein Umschalten Tornehmen, so daß ein Stromrichter wie ein Wechselrichter oder Zerhacker nicht normal arbeiten kann. Daher ist ein Stromrichter so aufgebaut, daß der Toleranzwinkel der Zündphase des Thyristors immer größer als die Ausachaltzeit sein sollte. Jedoch wird die Betriebsart eines Stromrichters wie eines Wechselrichters oder Zerhackers starken Xnderungen unterworfen, und eine plötzliche Störung wie ein Kurzschluß der Wechselstromschaltung kann auftreten, so daß es sehr schwierig ist, eine Schaltung und eine Schutzschaltung zu bauen, die eine Urneehaltstörung vollständig vermeiden.

ferner treten unvermeidbar Abweichungen in der Auesclialtzeit der Thyristoren auf, und die Aueschaltzeit hängt auch

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vom Stromfluß durch den Thyristor, der Temperatur der Übergangsfläche des Thyristorelements usw. ab. Wenn^also eine Umschaltstörung in einem Stromrichter wie einem Wechselrichter oder Zerhacker zeigt, der aus einer Anzahl von in Serie und/oder parallel verbundenen Thyristoren besteht, werden einige Thyristoren ausgeschaltet, während andere nicht ausgeschaltet werden, was zur Gefahr einer Beschädigung der Thyristoren führt. Das soll jetzt genauer an Hand τοη Pig. 2 erklärt werden, in der ein Ersatzschaltbild eines G-leichstromübertragungssysteios gezeigt ist. Das System weist eine Gleichstromquelle 1 in Form eines Gleichrichters, eine Gleichstromglättungsdrossel 2 mit einer Gleichstromübertragungsleitung, einen Wechselrichter 3 und eine Wechselstromschaltung 4 auf. Ein Gleichstrom vom Gleichrichter 1 wird in einen Wechselstrom über den Wechselrichter 3 umgewandelt und in die Wechselstromschaltung 4 eingespeist. Der Wechselrichter 3 besteht aus der Graetzschaltung von Thyristorzweigen 31 bis 36, die jeweils aus einer Anzahl von in Serie geschalteten Thyristoren gebildet sind. Fig. 3a bis 3d zeigen den Betrieb des Wechselrichters 3. Fig. 3a gibt die Reihenfolge von Zündimpuls, überlagerten Winkel und Toleranzwinkel der Thyristoren der entsprechenden Zweige an. Die Kurven 31 bis 36 bezeichnen die Phasenspannungen der Zweige 31 bis 36. Zum richtigen Betrieb des Wechselrichters sollten die Thyristoren in der Reihenfolge 31, 33, 35t 31, ... auf der oberen Hälfte und 32, 34, 36, 32, ... auf der unteren Hälfte gezündet werden. Wenn die Thyristoren in der in Pig. 3a abgebildeten Mee gesteuert werden, kann Strom duroh die entsprechenden Zweig· fließen, wie in ?ig. 3b und 3c gezeigt ist. Wenn zum Beispiel das Umschalten vom Zweig zum Zweig 36 herausgegriffen wird, wird tin Zündimpuls in den Zweig 36 eingespeist, während noch Strom durch den Zweig fließt. Bann fließen Ströme duroh die Zweige 34 und 36 während

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eines Überlappungewinkels α. Am Ende des Winkele u wird der Zweig 34 abgeschaltet, so daß Strom allein durch den Zweig fließt. Während des Stromflusses tritt am Zweig 34 keine Spannung auf, und während des Zeitintervalle fehlenden Stromflueses und fehlender Leitungsspannung, das heißt während des Zeitintervalle des Toleranzwinkels 6 , wird eine Sperrspannung am Zweig und danach eine Leitungsspannung angelegt. Pig. 3d zeigt den Verlauf der am Zweig 34 angelegten Spannung. Wenn hier der Toleranzwinkel <f kleiner als die Ausschaltzeit T₀ des Thyristors 34 ißt, kann für den Zweig vorgesehener Strom wieder durch den Zweig 34 fließen, was zu einer Umschaltstörung führt. Schwierigkeiten treten für einen Zweig auf, der aus einer Anzahl von in Serie geschalteten Thyristoren steht, wenn der Zweig selbst eine Umschaltung vorgenommen hat, aber einige Thyristoren noch eingeschaltet sind. In diesem Pail wird die Zweigspannung gemäß Pig. 3b nur an die ausgeschalteten Thyristoren angelegt, die dadurch einer Überspannung ausgesetzt sind.

Zur Verarbeitung niedriger Spannungen und großer Ströme hat ein Wechselrichter Zweige, die jeweils eine Anzahl von parallel geschalteten Thyristoren aufweisen. Wenn in diesem Pail der Toleranzwinkel eines Zweigs zu klöin Ist, können diejenigen Thyristoren, deren Ausschaltzeit größer als der Toleranzwinkel ist, nicht ausgeschaltet werden, so daß der Zweig &M keiner Umschaltung unterliegt. Der durch diesen Zweig infolge fehlenden Uraschaltans fließende Strom fließi; nur durch diejenigen Thyristoren, die nicht auageaehaltet worden sind, so daß die Gefahr eines überströme auftritt.

Gemäß der Erfindung wird nun zum Zeitpunkt, zu dem der Toleranzwinkel des Umsohaltene verstrichen ist, dieser Toleranzwinkel mit einem vorgegebenen Wtrt verglichen und, falle

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er nicht größer als der vorgegebene Wert ist, wird ein Zündimpuls in jedem Thyristor dee Zweige eingespeist, um absichtlich, ein fehlendes Umschalten des Zweigs zu bewirken. Dadurch wird verhindert, daß eine Überschußspannung oder ein Überschußstrom auf einige der Thyristoren einwirken.

Es soll jetzt die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert werden. Pig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels mit In - Serie geschalteten Thyrisd&ren 11, 12, ..., 1n zwischen Anschlüssen A und K. Diese Schaltung zwischen den Anschlüssen A und K entspricht einem der Zweige 31 bis 36 von Fig. 2. Spannungsteiler 21, 22, ..., 2n sind in Serie und parallel zu den Thyristoren 11 bis 1n geschaltet, um die an den einzelnen Thyristoren angelegten Spannungen gleichzumachen. Spannungsteiler^ und 42 sind zwischen die Anschlüsse A und K geschaltet, um die zwischen diesen Anschlüssen anliegende Spannung zu erfassen. Eine Zener-Diode 43 ist parallel zum Spannungsteiler 42 angeordnet, um die maximale Eingangsspannung einer Wellenzugformschaltung 44 zu begrenzen, die zum Beispiel ein Ausgangssignal konstanter positiver Spannung abgibt, wenn das Eingangssignal positiv ist, und keine Spannung, wenn das Eingangssignal negativ ist. Das Ausgangesignal der Wellenzugformschaltung 44 wird in eine Differentiationsschaltung 45 eingespeist, die einen positiven und einen negativen Impuls bei Anstieg bzw. Abfall der Eingangsspannung abgibt. Dioden und 47 sind an die Differentiationsschaltung 45 angeschlossen, um wahlweise einen negativen bzw. positiven Impuls abzuleiten. Eine monostabile Sohaltung 48, die mit der Diode verbunden ist, wird duroh einen negativen Impuls von der Diode 46 getriggert, und lie erzeugt ein Ausgangssignal für tin bestimmtes Zeitintervall, da· gleioh der minimalen Zeit

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für das Anlegen einer Sperrspannung zwischen den Anschlüssen A und E ist, um das Ausschalten jedes Thyristors zu stabilisieren. Die Ausgangssignale der Diode 47 und der Schaltung 48 werden in ein UHD-Glied 49 eingespeist, das einen positiven Impuls von der Diode 47 durchläßt, wenn die Schaltung 43 ebenfalls ein Auegangssignal abgibt. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 49 wird über einen Anschluß 51 in ein ODER-Glied 50 eingespeist, das einen Zündimpuls von einer Phasensteuerschaltung (nicht abgebildet) über einen anderen Anschluß 52 empfängt. Sin Impulsrerstärker 53 empfängt das Ausgangesignal des ODER-Glieds 52 und leitet es an die Thyristoren 11 bis 1n nach Verstärkung weiter, um diese zu Sünden. Auf diese Welse werden die Thyristoren bis 1n normalerweise durch den Zündimpuls Tom Ansohluß 52 gezündet, um als Wechselrichter zu arbeiten, und auch durch den Impuls rom Anschluß 51 gezündet, wenn das Zeitintervall vom Auftreten eines negativen Impulses zum Auftreten des

„genden positiven Impulses in der Differentiationsschaltung 45 nicht länger als das Zeitintervall der Erregung der monostabilen Schaltung 43 ist, das heißt, wenn der Toleranzwinkel nicht größer als die AusschaltzeiiT.⁸ Sin positiver Impuls vom Anschluß 51 zeigt die Möglichkeit an, daß einige Thyristoren ausgeschaltet, aber andere nicht ausgeschaltet worden sind, das heißt, daß eine Überspannung an einigen der Thyristoren auftreten kann. Unter diesen Bedingungen wird in alle Thyristoren ein Zündimpuls eingespeist, um sie absichtlich an einem Umschalten zu hindern. Auf diese Weise arbeitet die Einrichtung zwar nicht als Wechselrichter, jedoch wird eine Beschädigung der Thyristoren vollständig vermieden.

Tig. 5a und 5b zeigen die Arbeitsweise der Schaltung von Tig. 4, insbesondere Tig. 5a einen Tall, gemäß dem der Töleranz-

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winkel nicht groß genug ist, und Pig. 5b den fall normalen Betriebe. In Fig. 5a werden Thyristoren, nachdem der Zweigstrom auf Null gefallen ist, mit einer Sperrspannung beaufschlagt, durch die die Schaltung 45 einen negativen Impuls erzeugt. Dann werden die Thyristoren mit einer Leitungespannung beaufschlagt, und die Schaltung 45 erzeugt einen positiven Impuls. Der negative Impuls erre^gt die monostabile Schaltung 48, so daß diese ein Auegangssignal für ein vorbestimmtes Zeitintervall abgibt, das der Ausschaltzeit entspricht. Wenn ein positiver Impuls während der Erregung der Schaltung 48 erzeugt wird, wie in Fig.5a zu sehen ist, wird der positive Impuls in die Thyristoren eingespeist, um diese zu zünden. Dadurch wird die Schaltung an einem umschalten gehindert, was die Thyristoren vor einer Beschädigung schützt. Wenn das Zeitintervall zur Urzeugung des Ausgangssignals der Schaltung 48 größer gemacht wird, werden die Thyristoren umtso sicherer geschützt. Wenn jedoch dieses Zeitintervall zu groß gemacht wird, wird der Betrieb eines Wechselrichters unnötig stark beeinträchtigt. Daher wird dieses Zeitintervall so gewählt, daß es lang genug ist, um die Thyristoren wirksam zu schützen, aber kurz genug ist, um nicht den Betrieb eines Wechselrichters zu beeinträohtigen. In Fig. 5b wird ein positiver Impuls erzeugt, wenn genügend Zeit naoh einem negativen Impuls verstrichen ist, so daß kein Impuls in den Anschluß 51 eingespeist wird. Die Sperrspannung am Eingang der Schaltung 44 kann einen bestimmten Wert nicht überschreiten, da die Zener-Diode 43 vor der Schaltung 44 liegt.

Ia eben beechriebenen Ausführungsbeispiel ist eine FUhIechaItung für jeden Zweig eines Wecheelrichters vorgesehen. Ie soll jetzt ein Ausführungebeispiel beschrieben werden, bei dem ein Eingangssignal vom Wecheeletromteil eines

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Stromrichters abgeleitet wird. Pig· 2 zeigt schematisch die Verbindung dieses AusführungBbeiapieIs mit dem äußeren Kreis. In Fig. 2 empfängt eine Schutzschaltung 60 Eingangesignale Ton Stromwandlern 61, 62 und 63« um Phasenströme zu gewinnen, und auch von Yechselspannungsnetzleitungen eines Spannungstransformators, um Netzspannungen zu gewinnen. Die Schutzschaltung 60 ist teilweise in Pig. 6 genauer abgebildet. Die Schaltung von Pig.6 bildet den Seil für einen Zweig, so daß in der ganzen Schutzschaltung für jeden Zweig eine ähnliche Schaltung vorgesehen ist. Yor Erklärung der Schaltung von Pig. 6 soll die Beziehung zwischen den Strom-Signalen von den Stromwandlern 61 bis 63 und den Netzspannungen von der Wechselspannungsschaltung anhand von Pig. 7a bis 7d beschrieben werden. Pig. 7a bis 7c sind identisch mit Pig. 3a bis 3c und stellen die Reihenfolge des Zündens der einzelnen Zweige dar. Wenn angenommen wird, daß der vom Wechselrichter 3 zur Wechselstromschaltung 4 fließende Strom in Pig. 2 positiv ist, werden Wellenzüge wie gemäß Pig. 7<1 von den Stromwandlern 61 bis 63 erfaßt. Beim Umschalten vom Zweig 35 zum Zweig 31 fällt der Strom durch den Sransformator 62 von einem positiven Wert auf Null nach dem Umschalten ab. Die UrnechaItspannung (Netzspannung)» die zu diesem Umschalten beiträgt, ist durch sine Strichlinie V-^ angedeutet, die als Sperrspannung für den Zweig 35 ira Zeitpunkt des Umschaltens dient und eine Leitungsspannung nach dem Toleranzwinkel </ wird. Daher kann der TοIaranzwinkel durch Erfassen der Beziehung des Ausgangssignals des Stromwandler und der Netzspannung Vy^ überwacht werden. Wenn also der Toleranzwinkel unter einem vorbestimmten Wtrt liegt, wird der Zweig 35 sofort gezündtt, nachdem die Netzspannung positiv geworden ist, ao daß die gleiche Schutzwirkung wi· beim ersten Ausftthrungsbeiepiel von Pig· 4 erhalten wird. Pur die

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anderen Zweige sind ähnliche Schutzeinrichtungen vorhanden.

Die Sohaltung von Flg. 6 beruht auf dem eben beschriebenen Prinzip, und Pig. 8a und 8b zeigen die Arbeitsweise dieser Schaltung. Pig. 8a gibt den Pail eines ungenügenden Toleranz-Winkels und Pig. 8b den Pail eines ausreichenden Toleranzwinkele an. Gemäß Pig. 6 hat die Schutzschaltung eine Schnittschaltung 65, die mit dem Ausgang eines Stromwandlers verbunden ist_f eine Schnittschaltung 69, in die eine entsprechende Netzspannung eingespeist wird, wobei beide Schaltungen ein Ausgangssignal erzeugen, wenn·»* das Eingangssignal positiv ist, Differentiationssohaltungen 66 und 70, die mit den Schnittschaltungen 65 bzw. 69 verbunden sind, die einen positiven Impuls bei Ansteigen eines Eingangssignals und einen negativen Impuls bei Abfallen eines Eingangssignals abgeben, Dioden und 71t die mit den Schaltungen 66 bzw. 70 verbunden sind und nur einen negativen bzw. positiven Impuls abgeben, eine monostabile Sohaltung 68, die mit der Diode 67 verbunden ist und ein Ausgangssignal für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach Triggern durch einen negativen Impuls abgibt, ein UND-Glied 72, das mit der monostabilen Sohaltung 68 und der Diode 71 verbunden ist, und ein ODER-Glied 74, das mit dem UND-Glied 72 und einem Anschluß 73 zur Einspeisung eines gesteuerten Zündimpulses verbunden ist. Das UND-Glied 72 überträgt einen positiven Impuls von der Diode 71, wenn die monostabile Sohaltung 68 auoh ein Ausgangssignal abgibt. Das ODER-Glied 74 überträgt entweder ein Signal vom UND-Glied oder vom Anschluß 73. Das Ausgangssignal des ODER-Glieds 74 wird in die Thyristoren über einen (nicht gezeigten) Impulsverstärker eingespeist, um diese su zünden.

Wenn der Töleranzwinkel <f groß genug ist, werden die Thyristoren nur durch die normalen Zundinpule· vom Ansohlufi gezündet, wie in Fig. 8b zu sehen ist. Wenn jedoch der

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Toleranzwinkel cT zu klein ist, «erden die Thyristoren auch durch den Auegaugeimpuls τοπ den UND-Glied 72 gesundet, so daß jede Beschädigung der Thyristoren vermieden wird.

Bekanntlich wird, wenn der Steuerwinkel / ( ^ « u + c/~ ) größer als 60° wird (elektrischer Winkel), die am Zweig anliegende Spannung plötzlich von negatlrem zu positivem Wert durch den Einfluß des Winkels des umzuschaltenden Phasenstroms umgepolt, der eine Phasenverzögerung von 60° zu diesem Zweig im Zeitpunkt des Umschaltens hat. Bas ist aus Pig. 9a und 9b ersichtlich. In diesem Fall wird der Toleranzwinkel <$ praktisch kleiner als in Fig. 9b gezeigt. Wenn dieser Terringerte Toleranzwinkel unter einem Vorbestimmten Wert liegt, sollten auch die Thyristoren gezündet werden, damit sie geschützt werden. Im Fall der Schaltung τοη ^ig, 4 wird die Zveigepannung selbst Überwacht, eo daß grundsätzlich eine weitere Schutzeinrichtung nicht notwendig ist» Im Fall der Schaltung

Q Fig. 6 werden jedoch die Singangesignale der Schutzeinrichtung yon einer Hetz- oder Leitungespannung (ümßchaltspannung) abgeleitet, so daß gewisse Maßnahmen ergriffen werden müssen, um diese Situation zu beherrschen. In der Hetzspannung tritt nämlich ein derartiger Einfluß des Umschalten^ nicht auf, und der Toleranzwinkel wird als cf» gemäß Fig. 9b erfaßt. Daher sollte irgendeine Einrichtung zusätzlich zur Schutzschaltung Ton Fig. 6 vorhanden sein, um die Thyristoren auch in den Fällen von Fig. 9a und 9b zu zünden.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen zusätzlichen Schutzschaltung. In Fig.10 bezeichnen Bezugszahlen 65 bis 68 und 72 bis 74 zu Fig.6 ähnliche Bauteile. Ein Anschluß 75 zum Empfang eines Slngangsimpulses ist vorhanden, um einen Zündimpuls mit einer Phasenverzögerung von 180° einzuspeisen. Beispiele für einen Zündimpuls mit einer

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Phasenverzögerung yon 180° sind in Pig. 3a der Impuls 32 relativ zum Impuls 35 und der Impuls 34 relativ zum Impuls 31. Saher wird in der Schutzschaltung für den Zweig 35 der Impuls 35 in den Anschluß 73 und der Impuls 32 in den Anschluß 75 eingespeist. Fig. 9b bis 9h zeigen die Arbeitsweise dieser Sohaltung für den Fall, daß der Toleranzwinkel </ äußeret klein ist. Dieser Pail gleicht dem von Pig. 8 mit der Ausnahme, daß eines der Eingangesignale des UND-Glieds 72 in den Anschluß 75 eingespeist wird. Daher dürfte die Bedeutung von Pig. 9b bis 9h ohne weiteres verständlich sein. Kurz gesagt, der Zeitpunkt der Einspeisung des Impulses mit einer Verzögerung von 180° wird unter Verwendung des Zündimpulses überwacht. Auf diese Weise wird für den Schutz eines Stromrichters, der die Spannung oder den Strom der Wechselstrumschaltung verwendet, eine vollständige Schutzeinrichtung durch Vereinigung der Schaltungen von Fig. 6 und 10 erhalten. Im Ausführungsbeispiel von Fig.4 ist es ebenfalls vorteilhaft, schneller auf eine Situation anzusprechen, in der die Zweigspannung plötzlich ansteigt, wie in Fig. 9b gezeigt ist, so daß die Verwendung der Schaltung von Fig. 10 den Schutz der Thyristoren weiter erhöht. In diesem Fall kann anstelle der Schaltungen 65 bis 68 der Ausgang der monostabilen Schaltung 48 (Fig. 4) gemeinsam verwendet werden.

In der vorangegangenen Beschreibung ist der Schutz von in Serie geschalteten Thyristoren angegeben worden. Parallel geschaltete Thyristoren können aber in der gleichen Weise gesohützt werden. Sin Unterschied besteht lediglioh darin, daß Thyristoren, die versehentlich nicht ausgeschaltet worden sind, vor einem Überstrom in Parallelschaltung geschützt werden, während die Thyristoren vor einer überspannung in Seriensohaltung geschützt werden. In beiden Fällen werden die Toleranzwinkel vom Zeitpunkt, in dem der Zweigstrom Hull wird,

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bis zum Zeitpunkt dee Anlegens einer leitungaepannung erfaßt und, wenn einige τοη ihnen kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, werden alle Thyristoren dieser Zweige für ein Einschalten getriggert. Daher sind die Schaltungen von Pig. 4» 6 und 10 auch für parallel geschaltete Thyristoren ohne jede Änderung anwendbar.

Die Erfindung kann in verschiedener Weise gegenüber den hier gezeigten Ausführungsbeispielen abgewandelt werden« Zum Beispiel können im Ausführungsbeispiel von ILg* 4 die Spannungsteiler 41 und 42 weggelassen werden, und eine Spannung kann von einem Teil der Spannungsteiler 21 bis 2n abgeleitet werden. In Pig. 2 können die Stromwandler 61 bis 63 an der Primärseite des Spannungstransformators vorgesehen sein. In Pig. 7 kann die Polarität der Phasenschaltung beliebig gewählt werden.

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Claims

- 18 Patentansprüche

Q./Verfahren zum Schutz der Thyristoren eines Stromrichters, der mindestens einen Zweig aus einer Anzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten !Thyristoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall vom Zeitpunkt, zu dem ein Zweigstrom Null wird, bis zum Zeitpunkt, zu dem der Zweig mit einer Vorwärts- oder Leitungsspannung beaufschlagt wird, gemessen wird, daß das Zeitintervall mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, und daß dia Thyristoren des Zweigs nach Anlegen der Leitungespannung gezündet werden, wenn das Zeitintervall nicht größer als der vorbestimmte Wert ist.
2. Verfahren zum Schutz der Thyristoren eines Stromrichters, der mindestens einen Zweig hat, der aus einer Anzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten Thyristoren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall erfaßt wird, wenn ein Zweig mit einer Sperr- oder Rückwärtsspannung beaufschlagt wird, und daß die Thyristoren des Zweigs bei Anlegen einer Vorwärts- oder Leitungsspannung an den Zweig gezündet werden, wenn das Zeitintervall nicht größer als der vorgegebene Wert ist.
3. Verfahren zum Schutz der Thyristoren eines Stromrichters, der mindestens einen Zweig hat, der aus einer Anzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten Thyristoren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall vom Zeitpunkt, zu dem ein Zweigstrom Null wird, bis zum Zeitpunkt, zu dem ein Zündimpuls mit einer Phasenverzögerung von 180° zu dem Zündimpuls für den Zweig erzeugt wird, erfaßt wird, daß das Zeitintervall mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird,

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und daS die Thyristoren des Zweigs durch den verzögerten Zttndimpuls gezündet werden, wenn das Zeitintervall nicht größer als der yorbestimmte Wert ist. .
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweigstrom als Phasenstrom von der Sekundärseite eines Spannungstransformators gewonnen wird, und daß die Spannung zur Beaufschlagung des Zweige von der Hetz- oder Leitungespannung der Primärseite des Spannungstransformators gewonnen wird.
5. Thyristorschutzeinrichtung für einen Stromrichter, der mindestens einen Zweig mit einer Anzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten Thyristoren und eine Wechselstromechaltung mit einem Spannungstransformator aufweist, gekennzeichnet durch eine erste monostable Schaltung (68) zum Smpfang des Phasenetroms der Sekundärseite des Spannungsiraneformators (4) und zur Erzeugung eines Ausgangseignais für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach' Triggerung, wobei die erste monostabile Schaltung getriggert wird, wenn der Phasenstrom Hull wird, durch eine Differentiationsschaltung (70), die an die Leitungen der Primärseite des Spannungstransformators angeschlossen ist, um ein Ausgangeimpuls zu erzeugen, wenn die Hetz- oder Leitungsspannung positiv wird, und durch ein erstes UND-Glied (72), das mit der ersten monostabilen Schaltung und der Differentiationssohaltung verbunden 1st, uo einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, wenn beide Schaltungen gleichzeitig ein Ausgangesignal abgeben, wobei der Ausgangsimpuls des ersten UHD-Glieds in die Thyristoren zu deren Zündung eingespeist wird (Jig. 2,6).
6. Thyristorschutzeinrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine zweite monostabile Schaltung (68) zum Empfang des

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Phasenβtrone and zur Erzeugung eines Ausgangssignals für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Triggern, wobei die zweite monostabile Schaltung getriggert wird, wenn der Phaienstrom Null wird, durch einen Anschluß (75) zum Einspeisen eines Zündimpulses mit einer Phaβenverzögerung yon 180° zu dem Zündimpuls für den zu schützenden Zweig, und durch ein zweites UND-Glied (72), das mit der zweiten monostabilen Schaltung und dem Anschluß zur Erzeugung eines Ausgangssignals verbunden ist, wenn sowohl die monostabile Schaltung als auch der Anschluß gleichzeitig Ausgangssignale abgeben, so daß die Thyristoren des zu schützenden Zweigs duroh das Ausgangesignal sowohl vom ersten als auch rom zweiten UND-Glied gezündet werden (Fig.10).
7· Thyristorschutzeinrlchtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite monostabile Schaltung (68) die Punktion der jeweils anderen monostabilen Schaltung übernehmen (Fig. 6, 10).
8. Thyrlstorschutzeinrichtung für einen Stromrichter mit mehreren Zweigen, die jeweils eine Anzahl τοη in Serie und/oder parallel geschalteten Thyristoren aufweisen, gekennzeichnet durch eine monostabile Schaltung (68) zum Empfang eines Phasenetroms und zur Erzeugung eines AusgangsSignaIs für ein Torbestimmtes Zeitintervall nach Triggerung, wenn der Phasenstrom Null wird, durch einen Anschluß (75) «ur Einspeisung eines Zündimpulses mit einer Phasenverzögerung τοη 180° zum Zündimpuls für den zu schützenden Zweig, und duroh ein UND-Glied (72), das mit der monoetabilen Schaltung und den Anschluß zur Erzeugung eines Ausgangesignals verbunden ist, wenn beide Schaltungen gleichzeitig Auegangssignaleabgeben, wobei das Ausgangseignal des UND-Glieds in die Thyristoren des Zweige zu deren Zündung eingespeist wird (Fig. 10).

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9. !Thyristor schutz einrichtung für einen Stromrichter mit mehreren Zweigen, die eine Anzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten !Thyristoren aufweisen, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler (41, 42) zum Erfassen der an einem Zweig (11, 12, ..., 1n) angelegten Spannung, durch eine an den Spannungsteiler angeschlossene Wellenzugformschaltung (44) zur Bestimmung des Zeitintervalle, während dem die Eingangsspannung vom Spannungsteiler negativ ist, durch eine Differentiationesohaltüng (45) zur Differentiation des Ausgangseignais der Wellenzugformschaltung, um einen positiven und einen negativen Impuls im Zeitpunkt der Zu- bzw. Abnahme des Eingangssignals zu erzeugen, durch eine an die Differentiationsschaltung angeschlossene erste monostabile Schaltung (48) zur Erzeugung eines Ausgangssignals für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach Triggerung durch den ersten Impuls der Schaltung, und durch ein erstes UND-Glied (49), das mit der ersten monostabilen Schaltung und der Differentiationsschaltung verbunden ist, um den zweiten Impuls von der Differentiationeschaltung zu übertragen, wenn die erste monostabile Schaltung ihr Ausgangesignal abgibt, wobei der durch das erste UND-Glied übertragene zweite Impuls in die Thyristoren des zu schützenden Zweige zu deren Zünden eingespeist wird (Fig. 4).
10. Thyristorschutzeinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine zweite monostabil© Schaltung (68) zum Empfang eines Phasenstrome und zur Erzeugung einee Ausgangssignals für ein Zeitintervall nach Sriggerung, wenn der Phasenstrom Null wird, duroh einen Anschluß (75) zur Einspeieung eines Zündimpuleee mit einer Phasenverzögerung von 180° zu dem Zündimpule für den zu eohütienden Zweig (11, 12·,,,,1η), und durch ein zweitte UHD-Glled (72), dae mit der zweiten monoetabilen Schaltung und dem Anschluß zur Erzeugung eines Aue«

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gangssignals rerbunden ist, wenn sowohl die monostabile Schaltung als auoh der Anschluß gleichzeitig lusgangssignale abgeben, wobei die Thyristoren des Zweigs sowohl durch das Aasgangesignal des ersten als auch des zweiten UND-Glieds gezündet werden können (Fig. 4* 10).
11. Thyristorschutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste monostabile Schaltung (48) als zweite monostabil« Schaltung (48) dienen kann (fig. 4,1O)₁

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