DE2441962C3

DE2441962C3 - Schutzanordnung für einen Wechselrichter mit Thyristorzweigen

Info

Publication number: DE2441962C3
Application number: DE19742441962
Authority: DE
Inventors: Naoe Hitachi Kawakami; Fumio Ogata; Atsumi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-09-03
Filing date: 1974-09-02
Publication date: 1981-12-24
Also published as: CA1008925A; JPS5245632B2; JPS5049973A; DE2441962A1; DE2441962B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schulzanordnung für einen Wechselrichter mit Thyristorzweigen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die insbesondere bei einer .Gleichstrom-Hochspannungs-Übertragung (HGO) verwendba.' ist

Bei Wechselrichtern oder Zerhackern mit einem einzigen Quecksilberdampfgleichrichter oder einem einzigen '.Tiyristor 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 reihenparallelgeschaltete 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, wcdurch in dem Zweig einige Thyristoren kommutieren und andere nicht, wodurch wiederum eirige Thyristoren des Zweiges beschädigt werden können.

Zur Überwindung dieses Problems wurde die eingangs genannte Schutzanordnung angegeben (vgl. DE-AS 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.

Bei der bekannten Schutzanordnung kann also das

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 also 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 Merkmaie 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 Irrige 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 langer andauert, d. h. kürzer 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 Zw.iges 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 info'ge einer Verzögerung des Wiedereinschalten* 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),

F i g. 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,

Fig.5 zeitabhängig Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs der Schutzanordnung gemäß F i g. 4,

Fig.6 bzw. 7 sch:matisch Ausgestaltungen zu der Erfindung,

Fig. 8 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungsbeispiels der F i g. 8,

Fig.9 ein Blockschaltbild eines Teils der Schutzanordnung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung,

Fig. 10 zeitabhängig Signalverläufe zur Erläuterung der F i g. 9.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Wechselrichters mit einer sogenannten sechsphasigen Grätzschaltung erläutert, die bei Gleichstrom-Hochspannungs-Übertragungen (HGÜJweh verbreitet ist

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 12, die an die Sekundärwicklungen des Transformators 11 angeschlossen sind. Weiter sind vorgesehen eine Gleichstromdrossel 2 einschließlich Gleichstromübertragungsleitungen, 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 i 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.

Für die oben beschriebene Zündung der Thyristorzwoige 31 bis 36 haben die durch die jeweiligen Zweige fließenden Ströme die in den Diagrammen (b) und (c) der Fig.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 im Diagramm (g) dargestellten Zeitdauer. Das Ausschaltsignal, das am Zweig 34 liegt und im Diagramm ß) dargestellt ist, dient als tinschaltsignal für den Zweig 36. Insbesondere liegt ein Zündsignal am Zweig 34, während der Zweig 34 leitend 'st; und nach der Einspeisung des Zündsignals in den Zweig 36 verschwindet das ZUndsignal zum Zweig 34. Demgemäß Ieiicn beide Zweige 34 und 36 während der dem Überlappungswinkel u entsprechenden Zeit· dauer, 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 Durchiaßspannung über dem Zweig 34 liegt, d. h. während der dem Sicherheitswinkel <5 der Kommutierung entsprechenden Zeitdauer, wird eine Sperrspannung über dem Zweig 34 gebildet. Danach liegt eine zunehmende Durchlaßspannung am Zweig 34. Der Verlauf der am Zweig 34 liegenden Soannung 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. lückt.

Besteht nun jeder Zweig des Wechselrichters aus mehreren Thyristoren, so weichen die Ausschaltzeiten der Thyristoren gewöhnlich voneinander ab. Wenn der Sicherheitswinkel δ 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 ^ = W. 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 Ausschaltsignale. Das Diagramm (e) zeigt den Verlauf des Zündsignals. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, liegt das Zündsignal am Zweig während der Zeitdauer vom Einschaltsignal bis zum Ausschaltsignal, d. h. während der Zeit von einem Zeitpunkt fi bis zu einem Zeitpunkt /5; 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 ti — ij, U — u, und ti — fe 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 AusschaJtsignal 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 erläutert. In F i g. 4 bilden Thyristoren 71, T₁,.., T_n, die zwischen Anschlüssen A und K in Reihe geschaltet sind, einen der Zweige 31, 32,..., 36 der Fig. 1. Glieder R],

R2 Rn, die zur Vereinfachung der Darstellung jeweils

als Block mit zwei Anschlüssen dargestellt sind, arbeiten

· als Spannungsteiler- und Dämpfungsglieder für die Thyristoren Ti,... T_n- Spannungsteilerglieder D] und Di leiten die Sperrspannung ab, die sich über einem der Zweige entwickelt. Eine Z-Diode Z dient zur Begrenzung der Eingangsspannung an einem Signalformer 41. Der Signalformer 41 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 »I«, 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 langer als ein vorbestimmtes Zeitintervall Td liegt, und ein Ausgangssignal »1«, 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 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 Setzanschluß 5 eingespeist wird, bzw. riickgesetzt, 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 beide Eingangssignale an ihren zwei Eingangsanschlüssen »1«-Signale sind. Ein Oszillator 50 erzeugt eine Ausgangsspannung mit vorbestimmter Frequenz, wenn das UND-Glied 49 ein Ausgangssignal »I« 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 71, Tj... T_n eingespeist wird. Die Einschaltsignale für die jeweiligen Thyristoren Γι

. ... T_n werden in den Setzanschluß 5des Flip-Flops 46 über den Anschluß 461 eingespeist, während die Ausschaltsignale für die Thyristoren 71 ... T_n zum Rücksetzanschluß R des gleichen Flip-Flops 46 über einen Anschluß 462 geführt werden. Da der Setzan-

■ ■ schluß 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 Ausgangssignal »1« am Ausgangsanschiuß Q des Flip-Flops 48 auftritt An-

■' dererseits 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

ί für ein bestimmtes Ausgangssignal des Signalinverters 44 das in den Anschluß 462 eingespeiste Ausschaltsigna! nicht zu den Thyristoren Γι... T_n 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\...T„ liegen würden, 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 Ti ...T_n liegen. Wenn die Zeitdauer der Sperrspannung ausreichend lang ist, wird das A.'jsgangssignal »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 »I« 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 To dauert, wird das Ausgangssignal »0« durch den M 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 Ausschaltsignale 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 *o Sperrspannungs-Zeitdauer erfaßt wird, die länger als das vorbestimmte Zeitintervall To ist.

F i g. 5 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Steuerung des Zündsignals. Wie aus dem oberen Teil der Fig.5 hervorgeht spricht das Flip-Flop 46 *5 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 7Ί ... T_n einspeisen, wenn die Sperrspannung verschwunden ist

Fig.6 zeigt eine bei f/CD-Anlagen bekannte optische Signalübertragung, angewendet beim Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in der F i g. 4 verwendet sind. Jedes Glied R\, R₂, ■ ■, R=, das «> jeweils für einen der Thyristoren eines Zweiges vorgesehen ist besteht aus einer Reihenschaltung eines Kondensators C und eines Widerstands R, um die am Zweig liegende Wechselspannung zu teilen, und aus einem Widerstand R', um die am Zweig liegende Gleichspannung zu teilen. Bei diesem AL-Fführungsbeispiel wird ein besonderer Kunstgriff angewendet: Eine Parallelschaltung aus einer Diode D und einer Leuchtoder Lumineszenzdiode LD ist in Reihe mit einem der Gleichstrom-Teilungsglieder /{'vorgesehen, so daß die Leuchtdiode LD abhängig von der Sperrspannung Licht aussendet. Daher arbeitet dieses Ausfuhrungsbeispiel in der gleichen Weise wie das Ausfuhrungsbeispiel 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 Fig.7 zeigt eine weitere Einzelheit im Rahmen des Ausfuhrungsbeispiels 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 (JO 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 F ι g. 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 F i g. 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 6 der Kommutierung, wie dies durch eine Strichpunktlinie V_n, 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 V_n, 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 F i g. 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 Kw von Leitung zu Leitung positiv ist daß ein Flip-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 Signalformer 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 + 6) 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 Einschsiltsignal nr.ch einer Verzögerung von 180° hinsichtlich des zuvor erwähnten Zweiges liegt beispielsweise eilt das Einschaltsignal zum Zweig 33 dem Einschsiltsignal 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 Fig. IO ist ein 2!eitdiagramm 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 dien Signalformer 41 erfaßte Sperrspannung hat den im Diagramm fcj dargestellten Verlauf, und es kann eine Zeitverzögerung tdr und eine Zeitverzögerung <<& 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 (o^für das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 dargestellt ist, so uaß 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 ZQnd-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 Hänger als die Verzögerungszeit ί<& ist Ein Inhibit-Glied 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 Ilasbesondere erzeugt das Inhibit-Glied 94 kontinuierlich das Ausgangssignal »1«, bis ein AusschaltsifrnaJ vorliegt und der Sicherheitswinkel der Kommutierung als ausreichend erfaßt ist NAND-Glieder 95 und 96 erzeugen ein Ausgangssignal »1«, wenn eines von ihren beiden Eingangssignalen ein »0«-Signai ist oder wenn beide Eingangssignale »(!«-Signale sind, und ein Ausgangssiyjal »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 Ausschaltsigrial für den Zweig 36 eingespeist wurde, nicht miteinander zusammenfallen (d. h. während der Zeitdauer, in der das Ausgangssignal des Inhibit-Gliedes 94 ein »le-Signal ist). Als Ergebnis dient das NAND-Glied % zur Umkehrung des Ausgangssignals des Signalformers 41, und da das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 95 ein »O«-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 »1 «-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 Ausfüh rungsbeispiel uer F i g. 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 daB 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, daB 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

Patentansprüche:

1. Schutzanordnung für einen Wechselrichter mit Thyristorzweigen, die jeweils mehrere reihen-, parallel- oder reihenparallelgeschaltete Thyristoren aufweisen, vor einer Beschädigung, wenn nur einige der Thyristoren wegen ungenügenden Mindest-Sicherheitswinkels durch Anlegen von Spannung in deren Durchlaßrichtung wieder gezündet werden,
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 Ausschaltsignals, 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 Rip-Flop (48) geführt ist,

daß dem zweiten Eingang -jes UND-Glieds (47) das Sperrsp&.inungssigwal zugeführt ist, wenn das Sperrspannungssignal währen., des Zeitintervalls (TD) angedauert hat,

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_u T₂, T₃... T_n)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 Ausgangssignal 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 ersteren NAND-Gliedes (95) verhindert (Fi g. 9,10).

5. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, daß für Prüfzwecke ein Hilfsschalter (AS) schließbar ist, um das der Sperrspannung entsprechende Signal direkt dem ursten Eingang des UND-Glieds (47) zuzuführen (F i g. 4).