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"Anordnung zur Schnell abschaltung eines
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Verbraucherstromes" Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zur Schnellabschaltung eines Verbraucherstromes an der Gleichstromseite eines Thyristorstromrichters
durch Thyristorzwangslöschung.
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Anordnungen zur Schnellabschaltung eines Verbrauchergleichstromes
durch Thyristorzwangslöschung mittels eines Kommutierungsstromzweiges mit einem
Löschthyristor und einem Löschkondensator oder einem i,öschtransformator sind als
zwangskommutierte Thyristorgleichstromschalter bekannt z .3.
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durch DT-PS 1 262 344 bzw. durch die DT-AS 2 063 193. Mittels derartiger
Gleichstromschalter sind Gleichströme innerhalb einer Kurzzeitdauer von 10 bis etwa
50 /us, je nach Höhe des Gleichstromes und der Gleichspannung, abschaltbar.
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Durch die DU-AS 1 488 909 ist eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art bekannt, welche als Schutzschalteinrichtung eines Stromrichters vorgesehen
ist. Demnach ist ein Stromzweig mit einem Thyristor und einem Kondensator an der
Gleichstromseite eines Thyristorwechselrichters derart angeordnet, daß durch einen
für den Wechselrichter unerwünscht hohen Gleichstrom der Thyristor gezündet wird
und dem Wechselrichter an der Gleichstromseite parallel geschaltet wird. Dadurch,
daß der jeweils stromleitende Thyristor des Wechselrichters hierbei gelöscht wird,
wirkt diese Anordnung
mit dem Thyristor und dem Kondensator als
den Thyristoren des Wechselrichters gemeinsamer Eommutierungsstromzweig nach Art
einer Summenlöschung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wie ein zwangskommutierter
Thyristorgleichstromschalter wirkende Anordnung vorzuweisen, mit welcher eine beschleunigte
Schnellabschaltung eines Verbrauchergleichstromes möglich ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Anordnung der eingangs
genannten Art in Verbindung mit einem Thyristorstromrichter zu lösen und zwar dadurch,
daß der Thyristorstromrichter ein an sich bekannter gesteuerter Gleichrichter ist
mit zur Schnellabschaltung des Verbrauchergleichstromes zwangsgelöschten Thyristoren
und einem diesen Thyristoren gemeinsamen Kommutierungsstromzweig mit einem Löschthyristor
und einem Löschkondensator, welcher Stromzweig beim Zünden des Löschthyristors dem
Stromverbrauoher über den jeweils stromleitenden zwangsgelöschten Thyristor des
gesteuerten Gleichrichters parallelschaltbar ist.
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Der Kommutierungsstromzweig ist einer weiteren Ausbildung der Erfindung
gemäß einerseits mit den Phasenleitern der Wechselstromseite des gesteuerten Gleichrichters
über Je eine in der Durchlaßrichtung des Löschthyristors gepolte Gleichrichterdiode
verbunden und andererseits mit den korrespondierenden nicht zwangsgelöschten Thyristoren
eines vollgesteuerten oder mit den ungesteuerten Ventilen des halbgesteuerten Gleichrichters
über eine den Verbrauchergleichstrom führende Schwingdrossel verbunden.
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Ein durch die Erfindung erzielter Vorteil ist darin zu
sehen,
daß zur Schnellabschaltung eines durch den gesteuerten Gleichrichter erzeugten Gleichstromes
ein besonderer Thyristorgleichstromschalter im Verbraucherstromkreis überflüssig
wird.
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Einzelheiten der Erfindung sowie auch weitere Vorteile derselben sind
der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur 1 der
Zeichnung zu entnehmen.
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Beschrieben und in der Figur 1 dargestellt ist eine Abschaltanordnung
mit einem halbgesteuerten Gleichrichter 1 in Drehstrombrückenschaltung und einem
Gleichstromverbraucher 2, eine Gasentladungsstrecke, in welcher in den Entladungsraum
ein Gut, z.B. Maschinenteile aus Stahl eingebracht ist, an dessen Oberfläche eine
stickstoffhaltige Schicht abgeschieden werden soll.
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Es muß z.B. während des Vorganges verhindert werden, daß das behandelte
Gut durch energiereiche tberschläge gefährdet wird. Wenn im Entladungsraum ein Überschlag
entsteht, soll die Entladungsstrecke (der Gleichstromverbraucher 2) in extrem kurzer
Zeit vom speisenden Drehstromnetz RST getrennt werden. Dies aber ist mittels eines
in einer Verbraucherzuleitung liegenden zwangsgelöschten Thyristorgleichstromschalters
bekannter Art nicht möglich.
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Hohe Betriebsspannungen verlangen die Verwendung von hyristoren bei
welchen entsprechend lange Schonzeiten vorgegeben werden müssen, wodurch dann die
Abschaltzeit größer als 50 zur lang werden kann.
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Die für Schnellabschaltungen des Gleichstromverbrauchers 2 zu verwendende
Anordnung enthält einen halbgesteuerten
Gleichrichter 1 mit drei
Thyristoren 11, 12, 13 und drei ungesteuerte Ventile, also Gleichrichterdioden 14,
15, 16.
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Die drei Thyristoren sind mittels eines gemeinsamen Kommutierungsstroszweiges
3 mit einem Löschthyristor 31 und einem Ioschkondensator 32 zwangsgelöscht. Der
Verbraucher 2 ist an der Gleichstromseite des Gleichrichters 1 angeschlossen. Über
drei Gleichrichterdioden 33, 34, 35 ist der Stromzweig 3 einerseits mit den drei
Phasenleitern r, s, t eines Drehstromnetzes RST an der Wechselstromseite des Gleichrichters
1 verbunden. Die drei Gleichrichterdioden sind in Durchlaßrichtung des Löschthyristors
31 gepolt.
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Über eine den Verbraucherstrom führende Schwingdrossel D ist der Stromzweig
3 andererseits mit den Anoden der drei ungesteuerten Ventile 14, 15, 16 verbunden.
Dem Stromverbraucher 2 ist eine gegen die Richtung des Verbraucherstromes gepolte
Diode 21 als Löschhilfe parallelgeschaltet, damit der jeweils stromleitende Thyristor
sicher umgepolt wird. Ii Koinmutierungsstromzweig 3 kann dem Löschthyristor 31 eine
kleine Drossel 36 zur Begrenzung des Kommutierungsstromanstiegs vorgeordnet sein.
Diese Drossel kann eine mindestens zehnmal geringere Induktivität als die Schwingdrossel
D haben. Die Begrenzung des Stromanstiegs durch die Drossel 36 kann so festgelegt
werden, daß bei einem Kurzschluß des Verbrauchers genügend Zeit zur Erfassung des
Kurzschlusses verbleibt. Ferner wird durch die Drossel 36 die Geschwindigkeit der
Stromtommutierung festgelegt. Dem Löchkondensator 32 ist eine nicht dargestellte
Ladeschaltung zugeordnet,und 32 wird auf die in Figur 1 mgedeutete Polarität geladen.
Seine Kapazität soll groß, die gespeicherte Spannung soll klein sein. Dadurch wird
nach der Umschwingung des Kondensators dessen Spannung klein.
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Bildet sich bei der Einspeisung des Verbrauchers 2 ein energiereicher
Überschlag
aus, der zu einem kräftigen Stromanstieg führt, und wird der Verbraucherstrom mittels
eines auf Stromanstieg ansprechenden Stromsensors ständig überwacht, welcher beim
Ansprechen einen den Löschthyristor 31 zündenden Impulsgeber in Betrieb setzt, so
wird infolge des Stromanstiegs der Thyristor 31 gezündet.
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Uber den gezündeten Thyristor 31 und den Löschkondensator 32 wird
nun der jeweils stromleitende Thyristor (z.B. der Thyristor 13) des halbgesteuerten
Gleichrichters 1 gelöscht. Beim Zünden des Löschthyristors 31 wird, noch bevor der
Thyristor 13 gelöscht ist, der stromleitend werdende Kommutierungsstromzweig 3 über
den Thyristor 13 dem Stromverbraucher 2 parallelgeschaltet, wodurch die Spannung
des Verbrauchers zusammenbricht, Wird hierbei die Plus-Schiene + des Verbrauchers
negativer als die Minusschiene -, führt die Hilfsdiode 21 an Stelle des Verbrauchers
2 den aus dem Löschkondensator 32 fließenden Entladestrom, welcher den Thyristor
17 ioscht, Hierdurch wird der Verbraucher schneller stromfrei/beim Abschalten mittels
eines zwangskommutierten Thyristorgleichstromschalters bekannter Art. Der Kondensator
32 wird schließlich mit Hilfe der Schwingdrossel D über das ungesteuerte Ventil
15, die Gleichrichterdiode 35 und den Löschthyristor 31 umgeladen. Die Drossel D
ist nicht nur Schwingdrossel, sondern ist auch zur Begrenzung des Kommutierungsstromes
vorgesehen und entsprechend zu bemessen. Der Drossel kann eine einseitig leitende
RC-Beschaltung mit einem Dämpfungswiderstand parallel zum Kondensator eines Reihen-RC-Gliedes
zugeordnet sein, damit die nach einem Löschvorgang in D gespeicherte Energie in
diesen Kondensator gebracht wird. Kondensator 32 kann dann fur eine noch niedrigere
Spannung ausgelegt werden.
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Nachstehend sei noch auf die Figur 2 der Zeichnung Bezug genommen,
in welcher die Kurven a) und b) den zeitlichen
Verlauf der Umladespannung
U32 des Kondensators 32 bei fließendem Laststrom und bei Leerlauf und die Kurve
c) den zeitlichen Verlauf der Ladespannung des Kondensators darstellt.
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Die Zeit ts in Figur 2 ist die Entladezeit des tondensators 32 und
heißt Schonzeit der Anordnung. ts wird länger als die Freiwerdezeit eines zu löschenden
hyristors gewählt. Mit Uc ist die Spannung, auf welche der itöschkondensator 32
vor einem Löschvorgang geladen wird, bezeichnet, und mit Uo die Amplitude der Netzspannung.
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Uc wird zweckmäßig kleiner als Uo gewählt.
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Die Schonzeit ts läßt sich für den Fall, daß kein Verbraucherstrom
fließt (I=O), durch den zeitlichen Verlauf der Umladespannung des Löschkondensators
nach Kurve b) von Figur 2 darstellen.
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Sie beginnt beim Zünden des Löschthyristors 31 und ist beendet, wenn
die Kondensatorspannung U32 und somit die Anodenspannung des löschenden Thyristors
13 positiv wird. Eine Verkürzung der Schonzeit ts ergibt sich, wenn Verbraucherstrom
fließt, welcher über die Schwingdrossel D in den Gleichrichter 1 zurückfließt. Beim
Zünden des Löschthyristors 31 wird der Verbraucherstrom I sozusagen schlagartig
von der Last 2 auf den töschkondensator 32 kommutiert, wodurch an der Drossel D
eine der Ladespannung Uc von 32 entgegengerichtete Spannung entsteht, die im Schwingkreis
32, D, 16, 35, 31 eingeprägt ist. Folglich erhält die Umladespannung U32 den in
Figur 2 gezeigten Verlauf a), der deutlich früher durch Null geht als der Verlauf
b).
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Die entsprechend kürzere Schonzeit ist mit t5' bezeichnet. Der Spannungsverlauf
a) ergibt sich durch Überlagerung des Spannungsverlafes b) mit einen eine entgegengesetzte
Aufladung des Kondensators 32 darstellenden Spannungsverlauf c) nach Figur 2.
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Dadurch daß beim Zünden des Löschthyristors der Verbraucher 2 praktisch
kurzgeschlossen wird, ist die Abschaltzeit beim Abschalten eines unerwiinscht stark
ansteigenden Gleichstromes soweit verkürzt, daß sie kaum noch länger als die Durchschaltzeit
des Löschthyristors 31 ist.