DE2513227C3 - Schutzeinrichtung für einen Umrichter - Google Patents
Schutzeinrichtung für einen UmrichterInfo
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Description
50
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für einen Umrichter mit einem Wechselrichter mit
Blindstromdioden und mit Löschkreisen für die Ventile, dessen Gleichspannungseingängen Sicherungen vorgeschaltet sind, und mit einer elektronischen Spannungsüberwachungseinrichtung, die beim Ansprechen Ventile
aufsteuert
Bei Stromrichteranlagen, die einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter umfassen, ist bereits ein Verfahren zum Schutz gegen
Überspannungen bekannt (DTPS 9 11 034). Wenn eine Überspannung im Zwischenkreis oder an den Ventilen
auftritt, so wird diese Überspannung durch eine Funkenstrecke, durch Zündung von zusätzlichen Ventilen oder durch Zündung der an der normalen
Stromführung teilnehmenden Ventile unschädlich gemacht
Bei einem Wechselrichter mit Blindstromdioden und mit Löschkreisen für die Wechsetrichterventile besteht
das spezielle Problem, daß bei einem Einbruch oder einem Ausfall der Eingangsgleichspannung die Kommutierungsfähigkeit der zünd- und löschbaren Ventilzweige vermindert wird. Ein solcher Einbruch oder Ausfall
der Eingangsgleichspannung erfolgt insbesondere beim Auslösen einer Sicherung in einem der Gleichspannungseingänge des Wechselrichters. Ein weiteres
Problem besteht darin, daß beim Ausfall von Sicherungen in den Gleichspannungseingängen des Wechselrichters von der Last her Ströme in den Wechselrichter
getrieben werden können, die bereits in sehr kurzer Zeit zu unzulässig hohen und zur Zerstörung der Halbleiterelemente führenden Spannungen führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung zu schaffen, welche die Wechselrichterventile bei einem Einbruch oder einem Ausfall
der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters schützt
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
dadurch gelöst, daß die elektronische Spannungsüberwachungseinrichtung bei Unterschreitung eines vorgegebenen Wertes der Eingangsgleichspannung des
Wechselrichters ein Schutzsignal abgibt, das in der Steuereinrichtung des Wechselrichters Zündimpulse für
dessen Ventile auslöst
Die Erfindung geht davon aus, daß beim Auslösen einer Sicherung ein Einbruch in der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters erfolgt, der von der
elektronischen Spannungsüberwachungseinrichtung unverzüglich erfaßt wird, die ihrerseits den Steuersatz des
Wechselrichters so beeinflußt, daß dieser Zündimpulse für die Ventile des Wechselrichters ausgibt Ein Schutz
der Ventile ist durch Zündimpulse an die Löschventile oder aber durch Zündimpulse an alle Hauptventile
möglich. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich keine unzulässigen Überspannungen an den Halbleiterelementen ausbilden und zu deren Zerstörung führen
können.
Der Ansprechwert der Spannungsüberwachungseinrichtung wird in einem solchen Abstand unter die im
ungestörten Betrieb auftretende Zwischenkreis-Gleichspannung gelegt, daß dieser Ansprechwert im ungestörten Betrieb nicht erreicht wird. Die Überwachung der
Zwischenkreisspannung läßt sich dahingehend ausgestalten, daß bei einer defekten Sicherung das Anfahren
des Wechselrichters verhindert wird. Hierzu ist vorgesehen, daß das Schutzsignal über ein Sperrgatter
geführt ist, das beim Anfahren des Umrichters für eine vorgegebene Zeitdauer oder in Abhängigkeit vom
Ausgangssignal eines Spannungsmelders für die Zwischenkreis-Gleichspannung gesperrt gesteuert ist Beim
Anfahren des Umrichters baut sich die Zwischenkreis-Gleichspannung am Zwischenkreiskondensator mit
einer Zeitkonstante auf. Die Zwischenkreis-Gleichspannung liegt daher zunächst unter dem Ansprechwert der
Spannungsüberwachungseinrichtung und überschreitet diesen Wert nach einer bestimmten Zeitdauer. Erst
wenn die Zwischenkreis-Gleichspannung einen vorgegebenen Wert aufweist, darf der Wechselrichter
angefahren werden. Während der Zeitspanne, die die Zwischenkreis-Gleichspannung im ungestörten Betrieb
benötigt, um über den Ansprechwert der Schutzeinrichtung anzusteigen, wird das Schutzsignal gesperrt Wenn
sich nach Ablauf dieser Zeitspanne die Zwischenkreis-Gleichspannung
noch immer unter dem Ansprechwert der Spannungsüberwachungseinrichtung befindet, liegt
ein Defekt vor und es wird die Zuschahung des
Wechselrichters verhindert S
Die Überwachung der Eingangsgleichspannung des
Wechselrichters erfolgt vorteilhaft hinter den Sicherungen, d.h. zwischen den Sicherungen und den Gleichspannungseingängen
des Wechselrichters. Hinter den Sicherungen ist ein Spannungseinbruch beim Auslösen ι ο
einer Sicherung ausgeprägter und damit leichter erfaßbar als vor den Sicherungen. Diese Ausgestaltung
ist auch vorteilhaft, wenn mehrere Wechselrichter an einen Gleichspannungs-Zwischenkreis angeschlossen
sind. Beim Auslösen einer Sicherung eines Wechselrichters
können die übrigen Wechselrichter ungestört weiter betrieben werden.
Eine für die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung geeignete Spannungsüberwachungseinric^tung kann
gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Schwellwertglied enthalten, dessen Ausgangssignal über eine
potentialfreie Übertragungseinrichtung in ein Schutzsignal umgesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist eine
Zenerdiode als Schwellwertglied.
Eine besonders einfache und verzögerungsfreie potentialfreie Übertragung ist über einen opto-elektronischen
Koppler möglich. Dieser ermöglicht eine
vollkommene Potentialtrennung bei hoher Isolierfestigkeit. Die Isolierfestigkeit kann noch weiter gesteigert
werden, wenn das lichtemittierende und das Iichtempfindliche Halbleiterelement des opto-elektronischen
Kopplers über Lichtleiter voneinander getrennt sind.
Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung für Umrichter ist völlig verschleißfrei, unterliegt keiner
Verschmutzung und bedarf keiner Wartung. Sie unterliegt keinem Kontaktabbrand und verursacht
keine Störungen durch Lichtbögen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schutzeinrichtung,
F i g. 2 eine erfindungsgemäße Schutzeinrichtung für einen Umrichter in Phasenbauweise,
F i g. 3 ein Beispiel für eine elektronische Spannungsüberwachungseinrichtung.
Der in F i g. 1 dargestellte Umrichter bildet aus den Phasen RST eines Drehstromnetzes die Phasen UVW
eines weiteren Drehstromsystems, an das beispielsweise eine Drehfeldmaschine angeschlossen sein Kann. Der
Umrichter enthält einen Gleichrichter 1, einen mit einem Kondensator 2 symbolisch dargestellten Gleichspannungs-Zwischenkreis
und einen Wechselrichter 3 mit zünd- und löschbaren Ventilzweigen, der vorzugsweise
aJs selbstgeführter Wechselrichter ausgeführt sein kann. Dem Wechselrichter 3 ist eine Steuereinrichtung 4
zugeordnet, welche Zündimpulse für die Haupt- und Löschventile in den Ventilzweigen des Wechselrichters
3 bildet In den Gleichspannungseingängen des Wechselrichters 3 sind Sicherungen 5 bzw. 6 angeordnet
Wenn beispielsweise die Sicherung 5 während des Betriebes aus irgendwelchen Gründen auslöst, könnte
über die noch intakte Sicherung 6 und die nicht dargestellte Last über die Ventilzweige des Wechselrichters
ein Strom getrieben werden, der an den Umschwingkondensatoren in den Ventilzweigen eine so
hohe Spannung aufbaut, daß dadurch Ventile zerstört werden können, bevor die Sicherung 6 auslöst. Eine
Zerstörung von Ventilen ist auch dann möglich, wenn die Umschwingkondensatoren in den Löschkreisen der
Ventilzweige durch einen derartigen Strom entladen werden und die Ventilzweige nicht mehr gelöscht
werden können.
Um derartige Schäden zu verhindern, ist erfindungsgemäß
eine elektronische Spannur.gsüberwachungseinrichtung 8 vorgesehen, die die Zwischenkreis-Gleichspannung
hinter den Sicherungen 5, 6 ani Wechselrichlereingang
erfaßt Wenn diese Spannung einen vorgegebenen Wert unterschreitet, gibt die Spannungsüberwachungseinrichtung
8 ein Schutzsignal an die Steuereinrichtung 4, die daraufhin Zündimpulse für die
Ventilzweige des Wechselrichters aussendet
Das Schutzsignal ist über ein Sperrgatter 14 geführt,
das vom Ausgangssignal eines Verzögerungsgliedes 15 sperrbar ist, das eingangsseitig mit einer Klemme 16 für
einen Startbefehl verbunden ist Die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 15 entspricht derjenigen Zeit
die um ungestörten Betrieb vergeht bis die Zwischenkreis-Gleichspannung über den Ansprechwert der
elektronischen Spannungsüberwachungseinrichtung 8 angestiegen ist Während dieser Zeit wird das
Schutzsignal gesperrt Wenn nach Ablauf dieser Zeitspanne das Schutzsignal noch immer ansteht, liegt
ein Defekt vor, beispielsweise kann eine der Phasen RST ausgefallen oder eine Sicherung defekt sein. Das
Anfahren des Wechselrichters wird dann verhindert.
F i g. 2 zeigt einen Umrichter in Phasenbauweise, bei dem die einzelnen Phasen getrennt überwacht werden.
Der Umrichter besteht wiederum aus einem Gleichrichter 1, einem Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem
Kondensator 2 und aus den Wechselrichtern 3u, 3v, 3iv
zur Erzeugung eines Dreiphasensystems mit den Phasen UVW. Die Gleichspannungseingänge der drei Wechselrichter
3u bzw. 3 ν bzw. 3w sind mit Sicherungen Su, 61/
bzw. 5v, 6v bzw. 5w, 6»· abgesichert Die Spannungen hinter den jeweiligen Sicherungen an den Eingängen
der Wechselrichter werden von elektronischen Spannungsüberwachungseinrichtungen
8u, 8 v, 8 w überwacht Die Ausgangssignale dieser drei Spannungsüberwachungseinrichtungen
8u, 8v, 8w werden in einem Verknüpfungsglied 10 zu einem Schutzsignal zusammengefaßt,
welches in der Steuereinrichtung 9 Zündimpulse für die Ventilzweige der Wechselrichter auslöst
Die Ausgangssignale der drei elektronischen Spannungsüberwachungseinrichtungen
Su, 8v, Sw sind außerdem einer Anzeigevorrichtung 11 zugeführt, die
beispielsweise mit Leuchtanzeigen denjenigen Wechselrichter kenntlich macht, bei dem eine Sicherung
ausgelöst hat.
Wenn es für einen speziellen Betriebsfall erwünscht ist, den Wechselrichter beim Ausfall einer Phase mit den
restlichen Phasen weiter zu betreiben, so können die Ausgangssignale der Spannungsüberwachungseinrichtungen
Su, Sv, Sw über Sperrgatter geführt werden, in
denen die Schutzsignale blockiert werden können, beispielsweise durch ein von Hand gegebenes Sperrsignal.
Der dargestellte Umrichter kann ohne weiteres auch für eine größere oder kleinere Anzahl von Phasen
ausgeführt werden. Es ist auch möglich, daß jeder der an
den Gleichspannungs-Zwischenkreis angeschlossenen Wechselrichter als dreiphasiger Wechselrichter ausgebildet
ist
F i g. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine elektronische Spannungsüberwachungseinrichtung
8, die in einem der Beispiele nach den F i g. 1 oder 2 eingesetzt werden kann.
Zwischen den Eingangsklemmen Fl und £2 liegt ein
Spannungsteiler aus den Widerständen R 1, R 2 und R 3.
Die Widerstände R i und R 2 sind von der Reihenschaltung einer Zenerdiode Z mit einem weiteren Widerstand R 4 zur Strombegrenzung überbrückt. Wenn der
Spannungsabfall an den Widerständen Ri, R 2 die Durchbruchspannung der Zenerdiode Z überschreitet,
steuert diese einen Transistor T auf, der wiederum das lichtemittierende Halbleiterelement eines opto-elektronischen Kopplers OK als potentialfreie Übertragungs-
>° einrichtung ansteuert Der Strom über das lichtemittierende Halbleiterelement des opto-elektronischen
Kopplers OK wird von einem weiteren Widerstand R 6 begrenzt. Die emittierte Lichtstrahlung steuert das
lichtempfindliche Halbleiterelement des opto-elektroni- ·5
sehen Kopplers OK an, das zwischen einem positiven
Potential Pund Erde liegt. Am Ausgang A erscheint ein Schutzsignal.
Die Widerstände R 5 und R 6 bilden einen Spannungsteiler für den opto-elektronischen Koppler OK.
Die Diode D dient zu seinem Schutz gegen Überspannungen. Auch zwischen Basis und Emitter des
Transistors T kann eine weitere Schutzdiode angeordnet sein.
In den F i g. 1 und 2 ist der opto-elektronische Koppler OK ständig geflutet Sobald die Spannung über
den Widerständen Ri, R2 die Durchbruchspannung
der Zenerdiode i? unterschreitet, erlischt die Leuchtdiodeim opto-elektronischen Koppler OK und das Signal
am Ausgang A ändert sich.
Claims (7)
1. Schutzeinrichtung für einen Umrichter mit
einem Gleichrichter, einem Gleichspannungszwi- s schenkreis und einem Wechselrichter mit Blindstromdioden und mit Löschkreisen für die Ventile,
dessen Gleichspannungssingängen Sicherungen vorgeschaltet sind, und mit einer elektronischen
Spannungsüberwachungseinrichtung, die beim Ansprechen Ventile aufsteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Spannungsüberwachungseinrichtung (8; Su, Sv, Sw)bei Unterschreitung eines vorgegebenen Wertes der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters (3; 3u, 3v, 3w)
ein Schutzsignal abgibt, das in der Steuereinrichtung (4; 9) des Wechselrichters (3; iu, 3 v, 3w^Zünditnpulse
für dessen Ventile auslöst (F i g. I, F i g. 2).
Z Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzsignal über ein
Sperrgatter (14) geführt ist, das beim Anfahren des Umrichters für eine vorgegebene Zeitdauer oder in
Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Spannungsmelders für die Zwischenkreis-Gleichspannung gesperrt gesteuert ist.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters (3; 3u, 3v, 3w)
zwischen den Sicherungen (5, 6; 5u, 6u bzw. 5v, 6ν
bzw. 5 w, 6 w) und seinen Gleichspannungseingängen erfaßt ist
4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsüberwachungseinrichtung ein Schwellwertglied enthält, dessen
Ausgangssignal über eine potentialfreie Übertragungseinrichtung in das Schutzsignal umgesetzt
wird.
5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zenerdiode (Z) als Schwellwertglied (F i g. 3).
6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen opto-elektronischen Koppler
(OA^ als potentialfreie Übertragungseinrichtung.
7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende und das
lichtempfindliche Halbleiterelement des opto-elektronischen Kopplers über Lichtleiter voneinander
getrennt sind.
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