DE2441962B2 - Schutzanordnung für einen Wechselrichter mit Thyristorzweigen - Google Patents
Schutzanordnung für einen Wechselrichter mit ThyristorzweigenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzanordnung für einen Wechselrichter mit Thyristorzweigen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, die insbesondere bei einer Gleichstrom-Hochspannungs-Übertragung (HGO) verwendbar ist
Bei Wechselrichtern oder Zerhackern mit einem einzigen Quecksilberdampfgleichrichter oder einem
einzigen Thyristor pro Zweig schaltet, falls der Sicherheitswinkel (der Kommutierung) vorübergehend
zu klein wird, dieser nicht aus, d.h. es erfolgt keine Kommutierung. Dies ist für den Betrieb des Wechselrichters bzw. des Zerhackers zwar unerwünscht, da
vorübergehend ein zu großer Strom durch den Quecksilberdampfgleichrichter bzw. Thyristor fließt,
jedoch kann dieser durch dieses Nichtkommutieren nicht beschädigt werden.
Falls jedoch in einen Thyristorzweig mehrere reihen-, parallel- oder reihenparallelgeschaitete Thyristoren
vorhanden sind, kann es vorkommen, daß der Sicherheitswinkel für einen Teil der Thyristoren eines
Zweiges zu klein wird, da sich die Ausschaltkennlinien der Thyristoren unterscheiden, wodurch in dem Zweig
einige Thyristoren kommutieren und andere nicht, wodurch wiederum einige Thyristoren des Zweiges
beschädigt werden können.
Zur Überwindung dieses Problems wurde die eingangs genannte Schutzanordnung angegeben (vgl.
DE-OS 20 00 422), bei der die Thyristoren - so der Sicherheitswinkel zu klein ist — durch erneutes
Zuführen des Zündsignals geschützt werden. Bei der bekannten Schutzanordnung wird das Zündsignal bei
Auftreten des Ausschaltsignals bleibend beendet, bis das nächste Einschaltsignal zugeführt wird oder bis erfaßt
wird, daß eine Sperrspannung weniger als eine bestimmte Zeitdauer anliegt. Um ein Zündsignal nach
Beendigen der Sperrspannung zur Zündung der Thyristoren zu erzeugen, muß ein zusätzliches Signal
vorgesehen werden, das anzeigt, daß eine Sperrspannung zwar am Zweig anliegt, jedoch nicht länger als ein
vorgegebenes Zeitintervall andauert. Weiter kann bei der bekannten Schutzanordnung die am Zweig anliegende Sperrspannung nicht erfaßt werden, falls sie
einen vorgegebenen Pegel (beispielsweise infolge eines Spannungsabfalls auf der Wechselstrom-Leitung) unterschreitet, wodurch dieses Zusatzsignal selbst dann nicht
erzeugt werden würde, wenn die Sperrspannung kürzer vorhanden ist als das vorgegebene Zeitintervall, obwohl
dann ein zwangsweises Zünden der Thyristoren auch nach dem Ausschaltsignal erwünscht wäre, um deren
Beschädigung zu verhindern.
Zündsignal an den Steueranschlüssen der Thyristoren dann nicht erzeugt werden, wenn das Anliegen einer
Sperrspannung an den Thyristoren nicht erfaßt werden
kann oder werden sollte. Ein derartiger Fehler kann auftreten, wenn der Pegel der Sperrspannung zu niedrig
ist
Somit kann bei der bekannten Schutzanordnung die eingangs genannte Gefahr nicht vollständig verhindert
werden, weshalb es auch bei Verwendung der bekannten Schutzanordnung zu Beschädigungen der
Thyristoren kommen kann.
Es ist aiio Aufgabe der Erfindung, die Schutzanordnung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf jeden Fall dann, wenn einzelne Thyristoren nicht
kommutieren würden, die Thyristoren des Zweiges zwangsweise durchgeschaltet werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet
Bei der Schutzanordnung gemäß der Erfindung wird also das Zündsignal so lange erzeugt, so lange nicht
festgestellt worden ist, daß eine Sperrspannung während des vorgegebenen, hinreichend langen Zeitintervalls
TD angelegen hat Erst dann wird das Zündsignal nicht erzeugt, wenn die Sperrspannung
ausreichend lange an den Thyristoren anliegt Das Zündsignal tritt nach Ende der Sperrspannung dann
wieder auf, wenn sie nicht länger andauert, d. h. kurzer
ist, als das Zeitintervall TD, wodurch die Thyristoren des Zweiges zwangsweise durchgeschaltet werden. Dabei
wird das Zündsignal auch dann erzeugt, wenn die Sperrspannung aus irgendwelchen Gründen nicht hat
erfaßt werden können, selbst wenn sie die an sich erforderliche Zeitdauer anliegen würde. Bei der
Erfindung wird somit das Zündsignal zwar durch das Einschaltsignal unmittelbar ausgelöst, wird jedoch durch
das Ausschaltsignal nur dann wirksam ausgeschaltet, wenn zusätzlich der Sicherheitswinkel für alle Thyristoren
des Zweiges sicher als ausreichend groß erkannt worden ist, was dadurch erfaßt wird, daß die
Sperrspannung (mit erfaßbarem Pegel) während einer durch den Sicherheitswinkel der Thyristoren bestimmten
ausreichenden Zeitdauer anliegt.
Gemäß den Weiterbildungen kann die Sperrspannung bzw. das entsprechende Signal in verschiedener
Weise erhalten werden. Weiter kann auch ein fehlerhafter Betrieb infolge einer Verzögerung des
Wiedereinschaltens des die Sperrspannung erfassenden Fühlers mittels des Einschaltsignals für einen anderen
Zweig verhindert werden.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer Gleichstrom-Hochspannungs-Übertragung
(HGÜ),
Fig.2 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs des Wechselrichters der in F i g. 1 dargestellten HGÜ,
F i g. 3 Signalverläufe bezüglich des Abschaltens des Zündsignals bei Anlegen einer Sperrspannung an die
Thyristoren,
Fig.4 ein Blockschaltbild einer Schutzanordnung
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 5 zeitabhängig Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs der Schutzanordnung gemäß F i g. 4,
F i g. 6 bzw. 7 schematisch Ausgestaltungen zu der Erfindung,
Fig.8 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs
des Ausführungsbeispiels der F i g. 8,
F i g. 9 ein Blockschaltbild eines Teils der Schutzanordnung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung,
Fig. 10 zeitabhängig Signalverläufe zur Erläuterung derFig.9.
Fig. 10 zeitabhängig Signalverläufe zur Erläuterung derFig.9.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Wechselrichters mit einer sogenannten sechsphasigen
Grätzschaltung erläutert, die bei Gleichstrom-Hochspannungs-Übertragungen
(HGU)WeXt verbreitet ist
in In der Fig. 1, die schematisch eine HGÜ zeigt,
besteht eine Gleichstromquelle 1 aus einem Transformator 11, der mit einem Wechselstromnetz verbunden
ist und aus Gleichrichterventilen Ii!, die an die Sekundärwicklungen des Transformators 11 angeschlossen
sind. Weiter sind vorgesehen eine Gleichstromdrossel 2 einschließlich Gleichstroraübertragungs-Ieitungen,
ein Wechselrichter 3, für den die Erfindung vorgesehen ist sowie ein Transformator 100, der den
Wechselrichter 3 mit einem Wechselstromnetz 4 verbindet Der von der Gleichstromquelle 1 über die
Gleichstromübertragungsleitungen abgegebene Gleichstrom wird durch den Wechselrichter 3 in einen
Wechselstrom umgewandelt der über den Transformator 100 zum Wechselstromnetz 4 gespeist wird. Gemäß
Fig. 1 weist der Wechselrichter 3 Thyristorzweige 31, 32,..., 36 in Brückenschaltung auf, wobei jeder Zweig
hier mehrere reihengeschaltete Thyristoren hat
In der F · g. 2, die Signale zur Erläuterung des Betriebs
des in der F i g. 1 dargestellten Wechselrichters zeigt,
stellt das Diagramm (a) die Zündreihenfolge, die Überlappungswinkel und die Kommutierungssicherheitswinkel
der jeweiligen Thyristorzweige dar, wobei die Phasenspannungen, die an den Zweigen liegen und
mit den gleichen Bezugszeichen wie: die Zweige versehen sind, als Bezugspegel dienen. Für eine
eigentliche Kommutierung mit dem Wechselrichter 3 ist es erforderlich, die Zweige 35, 31, 33, 35, ... und die
Zweige 34,36,32; 34,... auf der negativen Seite in der
erwähnten Reihenfolge zu zünden.
•40 Für die oben beschriebene Zündung der Thyristorzweige
31 bis 36 haben die durch die jeweiligen Zweige fließenden Ströme die in den Diagrammen (b) und (c)
der F i g. 2 dargestellten Signalverläufe. Beispielsweise soll die Kommutierung vom Zweig 34 zum Zweig 36
näher untersucht werden. Üblicherweise liegt ein Zündsignal am Zweig 34 während der Zeitdauer vom
Einschaltsignal im Diagramm (e) bis zum Ausschaltsignal im Diagramm (f), d. h. während der inn Diagramm (g)
dargestellten Zeitdauer. Das Ausschaltsignal, das am Zweig 34 liegt und im Diagramm (Q dargestellt ist dient
als Einschaltsignal für den Zweig 36. Insbesondere liegt ein Zündsignal am Zweig 34, während der Zweig 34
leitend ist; und nach der Einspeisung des Zündsignals in den Zweig 36 verschwindet das Zündsignal zum Zweig
34. Demgemäß leiten beide Zweige 34 und 36 während der dem Überlappungswinkel u entsprechenden Zeitdauer,
und danach zieht lediglich der Zweig 36 Strom. Während Strom durch den Zweig 34 fließt braucht der
Zweig 34 nahezu keine Spannung auszuhalten. Aber während der Zeitdauer, die von dem Zeitpunkt in dem
der Strom durch den Zweig 34 verschwindet, bis zu dem Zeitpunkt reicht, in dem die Durchlaßspannung über
dem Zweig 34 liegt, d. h. während der dem Sicherheitswinkel δ der Kommutierung entsprechenden Zeitdauer.
wir! eine Sperrspannung über dem Zweig 34 gebildet
Danach liegt eine zunehmende Durchlaßspannung am Zweig 34. Der Verlauf der am Zweig 34 liegenden
Spannung ist im Diagramm (d)der F i g. 2 dargestellt
Wenn der Sicherheitswinkel der Kommutierung kleiner als die Abschaltzeit des Thyristors des Zweiges
ist, fließt der Strom bei der Übertragung zum Zweig 36 wieder durch den Zweig 34, so daß der Wechselrichter
nicht kommutiert, d. h. liickt.
Besteht nun jeder Zweig des Wechselrichters aus mehreren Thyristoren, so weichen die Ausschaltzeiten
der Thyristoren gewöhnlich voneinander ab. Wenn der Sicherheitswinkel ö der Kommutierung des Wechselrichters
klein ist, können daher Sperrspannungen an einigen Thyristoren für ausreichende Zeit, aber an den
übrigen zu kurz liegen. Demgemäß müssen nur die Thyristoren, die kleine Ausschaltzeiten haben, der am
Zweig liegenden Durchlaßspannung standhalten. Deshalb werden oft diese Thyristoren durch die zu große
Durchlaßspannung beschädigt oder zerstört.
Wenn andererseits der verwendete Wechselrichter für Hochleistungsbetrieb, d. h. für Hochspannung und
Starkstrom vorgesehen ist und jeder seiner Zweige aus mehreren parallelgeschalteten Thyristoren besteht,
führt ein nicht ausreichender Sicherheitswinkel zu Überströmen durch die Thyristoren mit großen
Ausschaltzeiten.
Um die Überspannungen und -ströme, die auf mangelndem Sicherheitswinkel der Kommutierung
beruhen, zu vermeiden, ist es lediglich erforderlich, den Wechselrichter so auszulegen, daß dann keine Kommutierung
stattfindet. Der aus der obengenannten Druckschrift bekannte Stand der Technik beruht auf diesem
Prinzip.
Fig.3 erläutert, wie das Zündsignal bei der
bekannten Schutzanordnung abgeschaltet wird, wenn eine Sperrspannung an einem Zweig liegt. Die in F i g. 3
dargestellten Signalverläufe entsprechen einem Zweig eines Wechselrichters in der Nähe beim Steuervoreilwinkel
y = 90°. Das Diagramm (a) zeigt den Spannungsverlauf über dem Zweig. Das Diagramm (b) zeigt den
Stromverlauf durch den Zweig. Das Diagramm (c) zeigt den Verlauf des Ausgangssignals einer nicht dargestellten
Einrichtung, die das Ausgangssignal während der Periode erzeugt, in der eine Sperrspannung am Zweig
liegt. Das Diagramm (d) zeigt den Verlauf der Einschalt- und Ausschaksignale. Das Diagramm (e) zeigt den
Verlauf des Zündsignals. Wie aus Fig.3 hervorgeht, liegt das Zündsignal am Zweig während der Zeitdauer
vom Einschaltsignal bis zum Ausschaltsignal, d. h. während der Zeit von einem Zeitpunkt t\ bis zu einem
Zeitpunkt is; wenn aber das Zündsignal während der
Zeitdauer entsprechend dem Diagramm (c) vorhanden ist, d. h. während der Zeitdauer, in der die Sperrspannung
am Zweig liegt, nehmen die Sperrleckströme durch die Thyristoren des Zweiges zu. Demgemäß ist es
üblich, das Zündsignal zeitweilig während der obenerwähnten Zeitdauer, d. h. während fe — ty, U — fe und ti —t%
abzuschneiden oder auszuschalten. Dies wird bei der
vorliegenden Erfindung wirkungsvoll ausgenutzt
Insbesondere kann das Zündsignal unabhängig vom Vorliegen des Ausschaltsignals abgeschaltet werden,
wenn eine Sperrspannung über dem Zweig auftritt,
weshalb das Zündsignal während der obenerwähnten Kommutierung durch das Ausschaltsignal nicht abgeschaltet,
sondern lediglich der Umstand, daß das Ausschalt-Signal empfangen wurde, gespeichert wird.
Nachdem auch der Umstand, daß die Sperrspannung für eine ausreichende Zeit vorgelegen hat, erfaßt wurde,
wird das gespeicherte Ausschaltsignal freigegeben und zur Unterbrechung des Zündsignals verwendet Selbst
wenn die Sperrspannung aus einem beliebigen Grund nicht für eine ausreichende Zeitdauer erfaßt wird,
ermöglicht die Erfindung daher dennoch einen vollständigen Schutz.
Im folgenden wird die Erfindung näher anhand F i g. 4
j erläutert. In F i g. 4 bilden Thyristoren 71, 7~2 Tn, die
zwischen Anschlüssen A und Kin Reihe geschaltet sind,
einen der Zweige 31,32,..., 36 der F i g. 1. Glieder Ru
Ri,..., Rn, die zur Vereinfachung der Darstellung jeweils
als Block mit zwei Anschlüssen dargestellt sind, arbeiten
in als Spannungsteiler- und Dämpfungsglieder für die
Thyristoren 7Ί,... Tn. Spannungsteilerglieder D\ und Ch
leiten die Sperrspannung ab, die sich über einem der Zweige entwickelt. Eine Z-Diode Z dient zur Begrenzung
der Eingangsspannung an einem Signalformer 41.
π Der Signalformer 4! empfängt die über dem Spannungsteilerglied
Di liegende Spannung als Eingangssignal und erzeugt ein Ausgangssignal »0«, wenn das
Eingangssignal Null oder positiv ist, und ein Ausgangssignal »1«, wenn das Eingangssignal negativ ist.
Signalinverter 42 und 44 kehren die jeweiligen Eingangssignale um und erzeugen Ausgangssignale. Ein
Zeitglied 43 erzeugt ein Ausgangssignal »0«, wenn ein Eingangssignal »0« an ihm länger als ein vorbestimmtes
Zeitintervall To liegt, und ein Ausgangssignal »1«,
:<s sobald ein Eingangssignal »1« in ihn eingespeist wird.
Wenn das Eingangssignal »1« kontinuierlich in das Zeitglied 43 eingespeist wird, erzeugt dieses tatsächlich
fortwährend das Ausgangssignal »1«, und selbst wenn das Eingangssignal »1« durch das Eingangssignal »0« für
tu eine kürzere Zeitdauer als das vorbestimmte Zeitintervall Td ersetzt wird, bleibt das Ausgangssignal »1«
unverändert Flip-Flops 46 und 48 sind jeweils gesetzt um ein Ausgangssignal »1« an ihrem Ausgangsanschluß
Q zu erzeugen, wenn ein Eingangssignal »1« in ihren
t~> Setzanschluß 5 eingespeist wird, bzw. rückgesetzt, um
ein Ausgangssignal »1« an ihrem Ausgangsanschluß Q zu erzeugen, wenn ein Eingangssignal »1« in ihren
Rücksetzanschluß R eingespeist wird. UND-Glieder 47 und 49 erzeugen jeweils ein Ausgangssignal »1«, wenn
4ü beide Eingangssignale an ihren zwei Eingangsanschlüssen
»!«-Signale sind. Ein Oszillator 50 erzeugt eine Ausgangsspannung mit vorbestimmter Frequenz, wenn
das UND-Glied 49 ein Ausgangssignal »1« zuführt. Ein Verstärker 51 wandelt das Ausgangssignal des Oszillators
50 in eine Spannung oder einen Strom mit vorbestimmtem Verlauf und vorbestimmter Amplitude
um, die bzw. der in den Steueranschluß jedes Thyristors Ti, Ti-.. Tn eingespeist wird.
Die Einschaltsignale für die jeweiligen Thyristoren 71
... Tn werden in den Setzanschluß S des Flip-Flops 46
über den Anschluß 461 eingespeist während die Ausschaltsignale für die Thyristoren 7Ί ... Tn zum
Rücksetzanschluß R des gleichen Flip-Flops 46 über einen Anschluß 462 geführt werden. Da der Setzanschluß
S des Flip-Flops 48 mit dem Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 46 verbunden ist werden "beide
Flip-Flops 46 und 48 unmittelbar durch das Einschaltsignal so gesetzt daß ein Ausgangssigna] »1« am
Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 48 auftritt Andererseits wird so lange kein Eingangssignal »1« in den
Rücksetzanschluß R des Flip-Flops 48 eingespeist so lange nicht Ausgangssignale »1« am Ausgangsanschluß
Q des Flip-Flops 46 und am Ausgangsanschluß des Signalinverters 44 auftreten. Es ist deshalb möglich, daß
ffir ein bestimmtes Ausgangssignal des Signalinverters 44 das in den Anschluß 462 eingespeiste Ausschaltsignal
. nicht zu den Thyristoren 71... Tn übertragen wird. Wenn
insbesondere der Signalinverter 44 so ausgelegt ist daß
er kein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Zeitdauer, in der Sperrspannungen an den Thyristoren T\... Tn liegen
wurden, durch die Glieder 41 bis 44 für nicht
ausreichend ermittelt wird, dann tritt die gleiche Lage ein, wie wenn keine Ausschaltsignale in diesem Zustand s
an den Thyristoren 71... Tn liegen. Wenn die Zeitdauer
der Sperrspannung ausreichend lang ist, wird das Ausgangssignal »1« vom Signalinverter 44 erzeugt,
weshalb das Ausschaltsignal zum Flip-Flop 48 übertragen wird, um dieses rückzusetzen.
Im folgenden wird die Beurteilung der Zeitdauer der Sperrspannung durch die Glieder 41 bis 44 näher
erläutert. Der Signalformer 41 erzeugt ein Ausgangssignal »1« während der Zeitdauer der Sperrspannung,
und das Ausgangssignal wird durch den Signalinverter 42 invertiert und in ein Signal »0« umgewandelt, das
während der Zeitdauer der Sperrspannung vorliegt Da das Zeitglied 43 ein Ausgangssignal »0« erzeugt, wenn
das Signal »0« länger als das vorbestimmte Zeitintervall
Td dauert, wird das Ausgangssignal »0« durch den
Signalinverter 44 in ein Signal »1« invertiert, das in das UND-Glied 47 eingespeist wird. Demgemäß wird das in
den Anschluß 462 eingespeiste Ausschaltsignal zum Rücksetzanschluß R des Flip-Flops 48 übertragen.
Da das Ausgangssignal des Signalinverters 42 auch zum UND-Glied 49 gespeist wird, erzeugt das
UND-Glied 49 ein Ausgangssignal »1«, solange das Flip-Flop 48 gesetzt ist, mit Ausnahme der Zeitdauer, in
der der Signalformer 41 ein Ausgangssignal »1«liefert
Insbesondere ist bei der Erfindung das Flip-Flop zur direkten Steuerung der Zündsignale für die Thyristoren
von dem Flip-Flop getrennt das die Einschalt- und Ausschaltsignzle erzeugt und das Ausschaltsignal wird
wirksam, sobald erfaßt wurde, daß die Sperrspannungs-Zeitdauer ausreichend ist Das UND-Glied 49 dient zum
Abtrennen oder Abschalten des Zündsignals während der Zeitdauer, in der die Sperrspannung erfaßt wird.
Deshalb wird das Zündsignal kontinuierlich eingespeist mit Ausnahme der Zeitdauer, in der eine
Sperrspannung am Zweig liegt wenn nicht eine Sperrspannungs-Zeitdauer erfaßt wird, die langer als
das vorbestimnrte Zeitintervall rDist
Fig.5 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der
Steuerung des Zündsignals. Wie aus dem oberen Teil der Fig.5 hervorgeht spricht das Flip-Flop 46
unmittelbar auf die Einschalt- und Ausschaltsignale an, jedoch empfängt das Flip-Flop 48 das Ausschaltsignal
nicht da das Zeitglied 43 kein Ausgangssignal »0« liefert wenn die Sperrspannungs-Zeitdauer, d.h. der
Sicherheitswinkel der Kommutierung nicht ausreichend ist und bleibt das Flip-Flop 48 durch das Einschaltsignal
gesetzt Daher arbeiten der Oszillator 50 und der Verstärker 51 so, daß sie das Zündsignal dann in die
Thyristoren Ti ... Tn einspeisen, wenn die Sperrspannung
verschwunden ist
Fig.6 zeigt eine bei //GÖ-Anlagen bekannte
optische Signalübertragung, angewendet beim Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei fur einander
entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in der F i g. 4 verwendet sind. Jedes Glied Ru R2, · -, Ra, das
jeweils für einen der Thyristoren eines Zweiges vorgesehen ist, besteht aus einer Reihenschaltung eines
Kondensators C und eines Widerstands Ä, um die am
Zweig liegende Wechselspannung zu teilen, und aus
einem Widerstand R', um die am Zweig liegende Gleichspannung zu teilen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein besonderer Kunstgriff angewendet: Eine
Parallelschaltung aus einer Diode D und einer Leuchtoder Lumineszenzdiode LD ist in Reihe mit einem der
Gleichstrom-Teilungsglieder R' vorgesehen, so daß die Leuchtdiode LD abhängig von der Sperrspannung Licht
aussendet. Daher arbeitet dieses Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie das Ausführungsbeispiel der
F i g. 4, mit der Ausnahme, daß der Signalformer 41 ein Ausgangssignal »1« oder »0« abhängig vom Leuchten
oder von der Lumineszenz der Diode LD aussendet.
Die F i g. 7 zeigt eine weitere Einzelheit im Rahmen des Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird die Sperrspannung über den Zweig nicht vom Zweig erfaßt, sondern aus der
Spannung und dem Strom auf der Wechselstromseite des Wechselrichters abgeleitet Zur Verwirklichung
dieses Ausführungsbeispiels ist es erforderlich, in die Schutzanordnung 6G die Spannungen von Leitung zu
Leitung auf der Wechselstromseite und die Ausgangssignale der Stromwandler 61, 62 und 63 für die
jeweiligen Phasen aufzunehmen.
Vor der Erläuterung des Betriebs der in Fig.7 dargestellten Schaltung wird mit Hilfe der F i g. 8 näher
erläutert wie die Zeitdauer, in der die Sperrspannung am Zweig liegt aus der Spannung und dem Strom auf
der Wechselstromseite abgeleitet werden kann. F i g. 8 zeigt Signalverläufe, die den Signalverläufen der F i g. 2
gleichen, um die Reihenfolge der Zündung der Zweige des Wechselrichters zu erläutern. Die jeweiligen Zweige
leiten wie dies in den Diagrammen (b) und (c) in F i g. 8
dargestellt ist und der im Diagramm (d) der Fig.8
dargestellte Stromverbrauch kann von den Stromwandlern 61, 62 bzw. 63 (Fig. 1) erhalten werden,
vorausgesetzt daß der Richtungssinn des vom Wechselrichter 3 zum Wechselstromglied 4 fließenden Stromes
positiv ist. Beispielsweise ändert sich bei einer Kommutierung vom Zweig 35 zum Zweig 36 der Strom
vom Stromwandler 62 von positiv nach Null. Die Kommutierungsspannung (Spannung von Leitung zu
Leitung), die zur Kommutierung beiträgt wirkt auf den Zweig 35 während der Kommutierung als Sperrspannung
und wird zu einer Durchlaßspannung nach dem Sicherheitswinkel δ der Kommutierung, wie dies durch
eine Strichpunktlinie Vw im Diagramm (a) der F i g. 8
dargestellt ist Insbesondere ist die Zeitdauer von dem Zeitpunkt in dem sich das Ausgangssignal des
Stromwandlers 62 von positiv nach Null ändert bis zu dem Zeitpunkt in dem sich die Spannung Vn, von
Leitung zu Leitung von negativ nach positiv ändert die Sperrspannungs-Zeitdauer (entsprechend dem Sicherheitswinkel
der Kommutierung) des Zweiges 35. Dies gilt auch für andere Zweige, wenn verschiedene
Kombinationen der Stromwandler und der Spannungen von Leitung zu Leitung verwendet werden. Die in der
Fig.7 dargestellte Schaltung setzt voraus, daß ein
Doppelbegrenzer 65 ein Ausgangssignal »1« erzeugt wenn das Ausgangssignal des Stromwandlers 62 Null
oder negativ ist, daß ein Doppelbegrenzer 66 ein Ausgangssignal »1« erzeugt, wenn die Spannung V1n,
von Leitung zu Leitung positiv ist, daß ein FBp-Flop 67
vorgesehen ist, das durch die Doppelbegrenzer 65 und 66 gesetzt und rückgesetzt wird, und daß das
Ausgangssignal vom Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 67 als Eingangssignal für den Signalfonner 41
beim Ausführungsbeispiel der Fig.4 verwendet wird.
Wie aus der Beschreibung der Fig.8 hervorgeht, tritt
. das Ausgangssignal »1« am Ausgangsanschluß Q des
Flip-Flops 67 lediglich während der Sperrspannungs-Zeitdauer auf, und der gleiche Schutz wie beim
Ausführungsbeispiel der F i g. 4 kann ebenfalls mit dem
Ausführungsbeispiel der F i g. 7 erhalten werden.
Wenn der Steuervoreilwinkel γ (γ = υ+δ) 60°
(elektrischer Winkel) überschreitet, wird die am Zweig liegende Spannung bekanntlich plötzlich von einer
Sperrvorspannung zu einer Durchlaßspannung unter dem Einfluß des Überlappungswinkels während der
Kommutierung des Zweiges verschoben, an dem das Einschaltsignal nach einer Verzögerung von 180°
hinsichtlich des zuvor erwähnten Zweiges liegt beispielsweise eilt das Einschaltsignal zum Zweig 33 dem
Einschaltsignal zum Zweig 36 um 180° nach). Wenn in diesem Fall der Sicherheitswinkel ausreichend ist, wird
keine Störung bewirkt, aber wenn der Sicherheitswinkel nicht ausreichend ist muß die Schutzfunktion vorliegen,
da die Durchlaßspannung plötzlich angelegt ist.
Fig.9 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung,
die so ausgelegt ist, daß Zündsignale genau im oben erläuterten Fall eingespeist werden, und F i g. 10
ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der in F i g. 9 dargestellten Anordnung.
Beispielsweise zeigt das Diagramm (a) in F i g. 10 den Verlauf der am Zweig 36 liegenden Spannung, der mit
einem Zündsignal während der Zeitdauer zwischen dem Einschaltsignal und dem Ausschaltsignal und mit der
Sperrspannung nach dieser Zeitdauer versorgt wird. Die durch den Signalformer 41 erfaßte Sperrspannung hat
den im Diagramm (c) dargestellten Verlauf, und es kann eine Zeitverzögerung tdr und eine Zeitverzögerung tds
am Beginn bzw. am Abschluß der Erfassung vorliegen. Selbst wenn die Verzögerungen nicht so groß sind, wird
die Durchlaßspannung plötzlich abhängig vom Einschaltsignal für den Zweig 33 eingespeist, wie dies im
Diagramm (d) für das Ausführungsbeispiel der F i g. 10
dargestellt ist, so daß die Durchlaßspannung die Thyristoren des Zweiges nachteilig beeinflußt.
In F i g. 9 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Fig.4.
Zusätzlich bildet die in Fig.9 dargestellte Schaltung eine Zünd-Steuerschaltung für den Zweig 36. Ein
Eingangsanschluß 91 empfängt das Ausgangssignal des Signalformers 41. Ein Eingangsanschluß 92 empfängt
das Einschaltsignal für den Zweig 33. Ein Monoflop 93 erzeugt ständig ein Ausgangssignal »1« für eine
vorbestimmte Zeitdauer, wenn es ein Eingangssignal »1« empfängt Die Zeitdauer ist so bestimmt, daß sie
etwas langer als die Verzögerungszeit tds ist. Ein
Inhibit-GIied 94 empfängt das Ausgangssignal des Anschlusses Q des Flip-Flops 46 am Sperreingang und
das Ausgangssignal des Anschlusses Q des Flip-Flops 48 am Signaleingang. Das Inhibit-Glied 94 erzeugt ein
Ausgangssignal »1«, wenn die Ausgangssignale an den Anschlüssen Q der Flip-Flops 46 und 48 »0« bzw. »1«
sind. Insbesondere erzeugt das Inhibit-Glied 94 kontinuierlich das Ausgangssignal »1«, bis ein Ausschaltsignal
vorliegt und. der Sicherheitswinkel der Kommutierung als ausreichend erfaßt ist NAND-GuV
der 95 und 96 erzeugen ein Ausgangssignal »1«, wenn eines von ihren beiden Eingangssignalen ein »0«-Signal
ist oder wenn beide Eingangssignale »0«-Signale sind, und ein Ausgangssignal »0«, wenn beide Eingangssignale
»1 «-Signale sind. Deshalb erzeugt das NAND-Glied 95 normalerweise, mit Ausnahme der Zeitdauer, in der
das Ausgangssignal des Monoflops 93 ein »1 «-Signal ist, ein Ausgangssignal »1« während der Zeitdauer, in der
die Ausgangssignale an den Anschlüssen Q der Flip-Flops 46 und 48, in die gerade das Ausschaltsignal
für den Zweig 36 eingespeist wurde, nicht miteinander
ίο zusammenfallen (d. h. während der Zeitdauer, in der das
Ausgangssignal des Inhibit-Gliedes 94 ein »1 «-Signal ist). Als Ergebnis dient das NAND-Glied 96 zur
Umkehrung des Ausgangssignals des Signalformers 41, und da das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 95 ein
»0«-Signal wird, wenn das Einschaltsignal für den Zweig 33 nahe dem Beginn der Sperrspannungs-Zeitdauer
auftritt, wie dies in der Fig. 10 gezeigt ist, wird das Ausgangssignal des Signalformers 41 unterbrochen, und
das Ausgangssignal des NAND-Gliedes % wird zu einem »!«-Signal. Dieses Ausgangssignal »1« des
NAND-Gliedes 96 bewirkt, daß das UND-Glied 49 ein Ausgangssignal »1« erzeugt, so daß das Zündsignal
unmittelbar für die Thyristoren des Zweiges 36 eingespeist wird. Daher ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel
der Fig.9 das Ausgangssignal des Sperrspannungsfühlers in zeitlicher Übereinstimmung
mit dem Einschaltsignal für den Zweig 33 unwirksam, so daß keine Schwierigkeit aufgrund der Verzögerung der
Wiederherstellung bei dieser Schaltung verursacht wird.
Wenn die Verzögerung der Wiederherstellung des Betriebs des Sperrspannungsfühlers in Betracht gezogen
wird, wie dies im Diagramm (g) in F i g. 10 der Fall ist ergibt sich, daß das Zeitglied 43 lediglich die Zeit zur
Messung des Sicherheitswinkels der Kommutierung zu (TD- tdr) an Stelle von TD wählen muß. Dies gilt auch
für die Ausführungsbeispiele der F i g. 4,6 und 7.
Selbst wenn ein Einschalt- und ein Ausschaltsignal von außen zur Überprüfung des Wechselrichters
anliegen, kann der Betrieb der Zünd-Steuerschaltung erfindungsgemäß nicht unterbrochen werden, da die
Sperrspannung nicht eingeprägt ist. Darauf beruhen einige Nachteile bei der Überprüfung der Schaltung.
Um diese Nachteile auszuschließen, ist es jedoch lediglich erforderlich, einen Hilfsschalter AS vorzuse-
«5 hen, wie dieser mit Strichlinien in F i g. 4 dargestellt ist,
der bei einer Überprüfung geschlossen ist. Durch Schließen des Hilfsschalters AS wird das Ausschaltsignal
eingespeist um das Flip-Flop 48 rückzusetzen. Dieser Zustand ist der Bedingung gleichwertig, in der
die Sperrspannung erfaßt wird, so daß der Beginn und der Abbruch des Betriebs der Zündsteuerschaltung
lediglich durch das Einschalt- und das Ausschaltsignal steuerbar und die Überprüfung wesentlich erleichtert
ist Es ist auch möglich, den Schalter AS so auszulegen, daß er zwangsweise stets dann geöffnet ist wenn eine
Betriebs-Wechselspannung am Wechselrichter anliegt um Nachlässigkeiten beim öffnen des Schalters AS zu
vermeiden.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Schutzanordnung für einen Wechselrichter mit Thyristorzweigen, die jeweils mehrere reihen-,
parallel- oder reihenparallelgeschaitete Thyristoren aufweisen, vor einer Beschädigung, wenn nur einige
der Thyristoren wegen ungenügenden Mindest-Sicherheitswinkels durch Anlegen von Spannung in
deren Durchlaßrichtung wieder gezündet werden, ι '>
bei der die Thyristoren nichtleitend werden durch Anlegen einer Sperrspannung während eines Zeitabschnitts, der länger als der Mindest-Sicherheitswinkel ist,
bei der die Thyristoren leitend werden durch Anlegen eines Zündsignals an deren Steueranschlüssen, das erzeugt wird abhängig von jeweils einem
Einschaltsignal zur Steuerung des Zündzeitpunkts der Thyristoren bis zur Vorgabe eines Ausschalts'ignals, und
bei der eine Anordnung den Zeitpunkt erfaßt, zu dem eine Sperrspannung am Thyristorzweig auftritt,
von welchem Zeitpunkt ab ein durch den Mindest-Sicherheitswinkel bestimmtes Zeitintervall vorgegeben wird und ein Zündsignal für alle Thyristoren des
betreffenden Zweiges erzeugt wird, wenn eine Durchlaßspannung vor Ablauf dieses Zeitintervalls
auftritt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Einschaltsignal direkt an den Setzeingang eines Flip-Flop (48), das Ausschaltsignal über ein
UND-Glied (47) an den Rückstelleingang des Flip-Flop (48) geführt ist,
daß dem zweiten Eingang des UND-Gliedes (47) das um das Zeitintervall (TD) verzögerte Sperrspannungssignal zugeführt ist, -)">
daß der Ausgang des Flip-Flop (48) über ein weiteres UND-Glied (49) einen Generator (50, 51) für das
Zündsignal freigibt, und
daß dem zweiten Eingang des weiteren UND-Gliedes (49) unmittelbar das Sperrspannungssignal
zugeführt ist.
2.
Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Gewinnung des Sperrspannungssignals in an sich bekannter Weise eine
Leuchtdiode (LD) in einer Spannungsteilerschaltung « für die Thyristoren (T\, Ti, Tj... Tn) vorgesehen ist,
der eine Lichtübertragungseinrichtung und eine Einrichtung, um eine Spannung von dem empfangenen Licht abzuleiten, nachgeschaltet sind (F i g. 6).
3. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung des Sperrspannungssignals eine Einrichtung (65) vorhanden ist, die
erfaßt, daß die Phasenströme auf der Wechselstromseite des Wechselrichters auf Null verringert sind,
daß eine weitere Einrichtung (66) vorhanden ist, die erfaßt, daß die Kommutierungsspannungen von
einem negativen zu einem positiven Wert geändert sind, und daß ein Flip-Flop (67) durch das
Ausgangssignal der Einrichtung (65) setzbar und durch das Ausgangssitmal der weiteren Einrichtung
(66) rücksetzbar ist (F i g. 7,8).
4. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 — 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum vorübergehenden Unterbrechen des Ausgangssignals vom
Generator (50,51) der Setzeingang und der Ausgang des Flip-Flops (48) am Sperreingang bzw. am
Signaleingang eines Inhibit-Gliedes (94) angeschlossen sind, ein NAND-Glied (95) mit dem Ausgang des
Inhibit-Gliedes (94) und dem eines das Einschaltsignal eines anderen Zweiges empfangenden und
zumindest während der Erfassungsverzögerungszeit
(tds) der Sperrspannung haltenden Monoflops (93)
verbunden ist und ein weiteres NAND-Glied (96) die Weitergabe des der Sperrspannung entsprechenden
Signals mittels des Ausgangssignals des erstcren NAND-Gliedes (95) verhindert (F i g. 9,10).
5. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, daß für Prüf zwecke ein Hilfsschalter (AS)
schließbar ist, um das der Sperrspannung entsprechende Signal direkt dem ersten Eingang des
UND-Glieds (47) zuzuführen (F i g. 4).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9833073A JPS5245632B2 (de) | 1973-09-03 | 1973-09-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2441962A1 DE2441962A1 (de) | 1975-10-30 |
DE2441962B2 true DE2441962B2 (de) | 1979-07-26 |
DE2441962C3 DE2441962C3 (de) | 1981-12-24 |
Family
ID=14216882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19742441962 Expired DE2441962C3 (de) | 1973-09-03 | 1974-09-02 | Schutzanordnung für einen Wechselrichter mit Thyristorzweigen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
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CA (1) | CA1008925A (de) |
DE (1) | DE2441962C3 (de) |
Cited By (2)
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AT382986B (de) * | 1985-04-16 | 1987-05-11 | Siemens Ag Oesterreich | Vorrichtung zur istwerterfassung des ausgangsstromes eines umrichters |
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- 1973-09-03 JP JP9833073A patent/JPS5245632B2/ja not_active Expired
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1974
- 1974-09-02 DE DE19742441962 patent/DE2441962C3/de not_active Expired
- 1974-09-03 CA CA208,359A patent/CA1008925A/en not_active Expired
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CA1008925A (en) | 1977-04-19 |
DE2441962C3 (de) | 1981-12-24 |
DE2441962A1 (de) | 1975-10-30 |
JPS5049973A (de) | 1975-05-06 |
JPS5245632B2 (de) | 1977-11-17 |
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