DE2634490C3

DE2634490C3 - Circuit arrangement for monitoring fuse elements and for protecting the semiconductors of a converter

Info

Publication number: DE2634490C3
Application number: DE19762634490
Authority: DE
Inventors: Harald 4788 Warstein Kalkum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-07-31
Filing date: 1976-07-31
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DE2634490B2; DE2634490A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Sicherungselementen und zum Schutz der Halbleiter eines Stromrichters vor Überspannung, wobei jedem Sicherungselement ein von einer Stromquelle gespeister Anzeigestromkreis mit je einem Anzeigeorgan sowie je einem elektronischen Schaltmittel zugeordnet ist, das über einen Impulsübertrager an das Sicherungselement angeschlossen ist, ferner allen Sicherungselementen des Stromrichters gemeinsam ein Auslösestromkreis mit ebenfalls einem elektronischen Schaltmittel durch Impulsübertrager zugeordnet ist.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring fuse elements and to Protection of the semiconductors of a converter against overvoltage, with each fuse element one of a power source fed display circuit each with a display element and an electronic one Switching means is assigned, which is connected to the fuse element via a pulse transmitter, Furthermore, all fuse elements of the converter share a trip circuit with also one electronic switching means is assigned by pulse transmitter.

Eine Schaltungsanordnung mit entsprechender Zuordnung von Anzeigestromkreisen sowie auch Zuordnung eines gemeinsamen Auslösstromkreises durch Impulsübertrager zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer Sicherungselemente ist durch die DE-PS 12 51426 bekannt Bei dieser Anordnung ist jedem Sicherungselement eines Stromrichters ein Anzeigestromkreis mit je einer Kontrollampe sowie je einem Thyristor durch je einen Impulsübertrager zugeordnet Es sind die in der Anordnung beteiligten Anzeigestromkreise insgesamt an einer gemeinsamen Speisestromquelle angeschlossen. Gemeinsam ist ein mechanisches Relais als Schaltmittel eines Auslösestromkreises vorgesehen.A circuit arrangement with a corresponding assignment of display circuits as well Allocation of a common tripping circuit by pulse transmitter for simultaneous monitoring several securing elements is known from DE-PS 12 51426 In this arrangement each fuse element of a converter a display circuit with a control lamp and each each assigned to a thyristor by a pulse transformer. Those involved in the arrangement are included Total display circuits connected to a common supply current source. Together is one mechanical relay provided as a switching means of a tripping circuit.

Das Aufleuchten einer Kontrollampe beim Durchschlagen eines Sicherungselementes ist bei dieser Schaltungsanordnung von dem Einschalten eines Stromes im Auslösestromkreis über den Thyristor des zugeordneten Anzeigestromkreises abhängig gemacht.A control lamp lights up when a fuse element breaks through Circuit arrangement of the switching on of a current in the tripping circuit via the thyristor of the assigned display circuit made dependent.

Wegen der in den Auslösestromkreisen zu verwendenden Relais liegt bei der vorangehend in Betracht gezogenen bekannten Schaltungsanordnung die Verzögerung bei der Auslösung, beispielsweise einer Stromrichterabschaltung, im Falle eines Sicherungsdurchschlags in der Größenordnung von Millisekunden. Hierbei sind Halbleiter wie z. B. die Thyristoren eines Stromrichters hohen Überspannungen, die infolge eines Durchschlags eines Sicherungselementes entstehen kö.inen, schutzlos ausgesetzt.Because of the relays to be used in the tripping circuits, the above is considered drawn known circuit arrangement, the delay in triggering, for example a converter shutdown, in the case of a fuse breakdown in the order of milliseconds. Here are semiconductors such. B. the thyristors of a converter high overvoltages caused by a A breakdown of a security element can occur without protection.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art zur Überwachung von Sicherungselementen aufzuzeigen, bei welcher die Anzeigestromkreise und der Auslösestromkreis bei Durchschlagen eines damit überwachten Sicherungselementes unabhängig voneinander aktiviert werden. Hierdurch sind die Voraussetzungen zu schaffen, um bei einer betreffenden Schaltungsanordnung den Auslösestromkreis im Falle eines Durchschlags praktisch verzögerungsfrei zu aktivieren und die Schaltungsanordnung somit auch zum Schutz der Halbleiter eines Stromrichters und nicht nur eines Stromrichters verfügbar zu machen.The invention is now based on the object of providing a circuit arrangement of the type described above to show the monitoring of fuse elements in which the display circuits and the Trip circuit in the event of a breakdown of a fuse element monitored by it independently of one another to be activated. This creates the conditions for a relevant Circuit arrangement to the trigger circuit in the event of a breakdown practically without delay activate and the circuit arrangement thus also to protect the semiconductors of a converter and not to make only one converter available.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Kennzeichnungsmerkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Verwendung eines /?C-Gliedes bei einer Sicherungsüberwachung ist aus der DE-AS 12 44 948 an sich bekannt.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1. the Use of a /? C element in fuse monitoring is from DE-AS 12 44 948 per se known.

Zur Überwachung von Sicherungselementen in parallelen Stromzweigen, wie zum Beispiel Stromzweige einer und derselben Phase eines Stromrichters, ist einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entsprechend je ein Anzeigestromkreis den Sicherungselementen der parallelen Stromzweige von jeweils einer Phase über einen Summierungsimpulsübertrager bekannter Art mit für diese Sicherungselemente gesonderten Eingangswicklungen und einer gemeinsamen Ausgangswicklung zugeordnet.For monitoring fuse elements in parallel branches, such as branches one and the same phase of a converter corresponds to a further embodiment of the invention one display circuit for the fuse elements of the parallel branches of one phase each Via a summation pulse transmitter of a known type with separate fuse elements for these Assigned input windings and a common output winding.

Einer besonderen Ausbildung der Erfindung gemäß liegen der Eingangswicklung eines Impulsübertragers zusätzlich ein ohmscher Widerstand und der Ausgangswicklung eine mit der ersten und der zweiten Halbleiterdiode gleichsinnig gepolte Zenerdiode parallel, um am Impulstransformator etwa auftretende Überspannungen zu begrenzen.According to a special embodiment of the invention, the input winding of a pulse transformer is located In addition, an ohmic resistor and the output winding one with the first and the second Semiconductor diode polarized in the same direction Zener diode in parallel to any occurring at the pulse transformer Limit overvoltages.

Zur verzögerungsfreien Aktivierung des Auslösestromkreises sind schließlich noch einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß rein elektronische Schaltmittel wie Flip-Flop-Schaltkreise als SchaltmittelFinally, there is another one for the instant activation of the tripping circuit Formation of the invention according to purely electronic switching means such as flip-flop circuits as switching means

des Auslosestromkreises sowie auch der Anzeigestromkreise zu verwenden.of the tripping circuit as well as the display circuits.

Weitere Einzelheiten zur Erfindung und auch hierdurch erreichte Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.Further details of the invention and the advantages achieved thereby can be found in the following Description of an embodiment.

In der Zeichnung ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von drei Sicherungselementen, die bei einem Stromrichter in Dreiphasen-Sternschaltung als Halbleitersicherungen für drei Thyristoren vt .-wendet sind, dui-gestellt, welche Anordnung auch zum Schutz dieser Thyristoren vor Oberspannungen geeignet ist.In the drawing is a circuit arrangement for monitoring three fuse elements that are used in a converter in three-phase star connection as semiconductor fuses for three thyristors vt are, dui-posed, whatever arrangement also for protection this thyristor is suitable for high voltages.

Die drei Sicherungselemente 1, 2, 3 liegen in Reihenschaltung mit je einem Thyristor in den drei Phasenstromzweigen des nicht dargestellten Stromrichters. An jedem Sicherungselement ist ein Stromkreis angeschlossen, in welchem ein als Impulsfilter dienendes Parallel-ÄC-Glied 11, 21, 31 und ein ohmscher Widerstand 12,22,32 sowie auch die Eingangswicklung eines Impulsübertragers 13, 23, 33 in Reihenschaltung liegen. An der Ausgangswicklung eines jeden Impuisübertragers sind zwei Stromkreise in Parallelschaltung angeschlossen, und zwar ein erster Stromkreis, in welchem eine erste Halbleiterdiode 14, 24, 34. ein als Schaltmittel dienender Flip-Flop-Schaltkreis 15, 25, 35, ein ohmscher Widerstand 16, 26, 36 und eine als Anzeigeorgan dienende Leuchtdiode 17, 27, 37 in Reihenschaltung liegen (Anzeigestromkreis), und ein zweiter Stromkreis, in welchem eine zweite Halbleiterdiode 18, 28, 38 und ein ebenfalls als Schaltmittel dienender Flip-Flop-Schaltkreis 19 in Reihenschaltung liegen. Die drei zweiten Stromkreise enthalten den Schaltkreis 19 gemeinsam und sind zu einem Auslösestromkreis zusammengeschaltet, wobei diese zweiten Stromkreise dem Eingang des Schaltkreises 19 parallelgeschaltet sind. Dem Flip-Flop-Schaltkreis ist eine Stufe 20 zur Impulsaufbereitung für die Ansteuerung der erwähnten Thyristoren des Stromrichters nachgeordnet. Ein jeder Impulsübertrager 13, 23, 33 ist mit einem ohmschen Widerstand rl, r2, r3 über der Eingangswicklung und mit einer Zenerdiode Z1, Z 2, Z 3 über der Ausgangswicklung beschaltet. Diese Beschaltung ist zur Amplitudenbegrenzung der Spannungsimpulse vorgesehen, die beim Auftreten der Lichtbogenspannung eines durchschlagenden Sicherungselementes entstehen. Alle Halbleiterdioden 14, 24, 34 und 18, 28,38 sind so gepolt, daß sie für einen beim Durchschlagen eines Sicherungselementes entstehenden Spannungsimpuls durchlässig sind. Die Zenerdioden Z1, Z 2, Z3 sind wie die Halbleiterdioden gepolt, so daß sie durch einen Spannungsimpuls in der Zenerrichtung beaufschlagt werden. Die drei Anzeigestromkreise werden aus einer gemeinsamen Gleichstromquelle Q über einen als Löschtaste dienenden Ruhekontakt Leingespeist.The three fuse elements 1, 2, 3 are connected in series, each with a thyristor, in the three phase current branches of the converter (not shown). A circuit is connected to each fuse element in which a parallel AC element 11, 21, 31 and an ohmic resistor 12, 22, 32 as well as the input winding of a pulse transformer 13, 23, 33 are connected in series. Two circuits are connected in parallel to the output winding of each pulse transformer, namely a first circuit in which a first semiconductor diode 14, 24, 34, a flip-flop circuit 15, 25, 35 serving as switching means, an ohmic resistor 16, 26, 36 and a light-emitting diode 17, 27, 37 serving as a display element are connected in series (display circuit), and a second circuit in which a second semiconductor diode 18, 28, 38 and a flip-flop circuit 19 also serving as switching means are connected in series lie. The three second circuits contain the circuit 19 together and are interconnected to form a trigger circuit, these second circuits being connected in parallel to the input of the circuit 19. The flip-flop circuit is followed by a stage 20 for pulse processing for controlling the aforementioned thyristors of the converter. Each pulse transmitter 13, 23, 33 is connected to an ohmic resistor r1, r2, r3 across the input winding and to a Zener diode Z1, Z 2, Z 3 across the output winding. This circuit is intended to limit the amplitude of the voltage pulses that arise when the arc voltage of a breaking fuse element occurs. All semiconductor diodes 14, 24, 34 and 18, 28, 38 are polarized in such a way that they are permeable to a voltage pulse that occurs when a fuse element breaks down. The Zener diodes Z 1, Z 2, Z3 are polarized like the semiconductor diodes, so that they are acted upon by a voltage pulse in the Zener device. The three display circuits are fed from a common direct current source Q via a normally closed contact that serves as a cancel button.

Solange alle Sicherungselemente intakt sind, bleiben die über die Eingangswicklungen der Impulsübertrager 13, 23, 33 führenden Primärstromkreise nahezu spannungsfrei und es werden in die Anzeigestromkreise sowie auch in den gemeinsamen Auslösestrom keine Spannungsimpulse übertragen. Schlägt nun eins von den drei Sicherungselementen 1, 2, 3 infolge einer Betriebsstörung durch Überstrom im Stromrichter durch, dann tritt an dem betreffenden Sicherungselement, beispielsweise an 2, die Lichtbogenspannung mit steller Vorderflanke auf. Durch das Impulsfilter 21 und den ohmschen Widerstand r2 wird die Impulsflanke als kurzer scharfer Impuls mit einer im Verhältnis der ohmschen Widerstände r2 zu r2 und 22 verminderten Amplitude der Eingangswicklung des Impulsübertragers 23 zugeführt. Dieser Spannungsimpuls wird von der Ausgangswicklung des Übertragers 23 einmal über die erste Diode 24 in den Anzeigestromkreis mit dem Schaltkreis 25, dem ohmschen Widerstand 26 und der Leuchtdiode 27 übertragen. Durc.'i den Spannungsimpuls wird der Flip-Flop-Schaltkreis 25 eingeschaltet und dadurch der Anzeigestromkreis aktiviert, so daß ein Strom über die Leuchtdiode 27 fließt, der diese zum Aufleuchten bringt Damit wird das Durchschlagen des Sicherungselementes 2 sichtbar und sogar fortdauernd angezeigt, bis die Löschtaste geöffnet wird. Von der Ausgangswicklung des Übertragers 23 wird gleichzeitig des weiteren der beim Durchschlagen des Sicherungselementes 2 an der Ausgangswicklung des Übertragers 23 entstehende Spannungsimpuls über die zweite Diode 28 in den Auslösestromkreis mit dem gemeinsamen Flip-Flop-Schaltkreis 19 übertragen, wobei auch dieser Schaltkreis eingeschaltet wird und ein Spannungsblock der Impulsaufbereitungsstufe 20 zugeleitet wird. Der entstehende Spannungsimpuls kann durch die Impulsaufbereitung zum Beispiel in der Weise umgesetzt werden, daß er die Ansteuerung aller drei Stromrichterthyristoren unmittelbar stillsetzt, so daß der Stromrichter ganz außer Betrieb gesetzt wird. Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung und den verwendeten Flip-Flop-Schaltkreisen kann der Stromrichter beim Entstehen eines auch nur von einem durchschlagenden Sicherungselement ausgehenden Spannungsimpulses mii sehr geringer Verzögerung außer Betrieb gesetzt werden. Da diese Verzögerung höchstens einige Hundertstel Millisekunden beträgt, können sich Überspannungen infolge eines Sicherungsdurchschlags in einer beliebigen Stromrichterphase nicht mehr auf die Thyristoren sowie andere spannungsgefährdete Elemente des Stromrichters auswirken, weil diese schon vor dem Entstehen von Überspannungen spannungsfrei werden.As long as all safety elements are intact, the primary circuits leading via the input windings of the pulse transformers 13, 23, 33 remain almost voltage-free and no voltage pulses are transmitted to the display circuits or to the common triggering current. If one of the three fuse elements 1, 2, 3 breaks down as a result of an operational malfunction caused by overcurrent in the converter, then the arc voltage occurs with the leading edge on the fuse element in question, for example at 2. Through the pulse filter 21 and the ohmic resistance r2, the pulse edge is fed to the input winding of the pulse transformer 23 as a short, sharp pulse with an amplitude that is reduced in the ratio of the ohmic resistances r2 to r2 and 22. This voltage pulse is transmitted once from the output winding of the transformer 23 via the first diode 24 into the display circuit with the switching circuit 25, the ohmic resistor 26 and the light-emitting diode 27. Durc.'i the voltage pulse, the flip-flop circuit 25 is switched on and thereby the display circuit is activated, so that a current flows through the light-emitting diode 27, which causes it to light up the delete key opens. At the same time, from the output winding of the transformer 23, the voltage pulse that occurs when the fuse element 2 breaks down on the output winding of the transformer 23 is transmitted via the second diode 28 into the tripping circuit with the common flip-flop circuit 19, this circuit also being switched on and a voltage block of the pulse processing stage 20 is fed. The resulting voltage pulse can be converted by the pulse processing, for example, in such a way that it immediately stops the control of all three converter thyristors, so that the converter is completely put out of operation. With the circuit arrangement described and the flip-flop circuits used, the converter can be put out of operation with a very short delay if a voltage pulse is generated, even from a breaking fuse element. Since this delay is at most a few hundredths of a millisecond, overvoltages due to a fuse breakdown in any converter phase can no longer affect the thyristors or other voltage-endangered elements of the converter, because they are de-energized before the overvoltages occur.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for monitoring fuse elements and protecting semiconductors a power converter from overvoltage, each fuse element being supplied by a power source Powered display circuit with one display element and one electronic switch each is assigned that is connected to the fuse element via a pulse transmitter, furthermore all fuse elements of the converter share a tripping circuit with also one electronic switching means is assigned by pulse transmitter, characterized in that that in each case a pulse filter (11, 12; 21, 22; 31, 32) with a parallel ÄC element in the connection from each input winding of the pulse transformer (13,23,33) to one of the sizing elements (1,2,3) is, and that to the output windings for monitoring the fuse elements of the converter used pulse transducers (13, 23, 33) first of all via a first one for monitoring pulses Semiconductor diode (14,24,34) with a permeable polarity each one Display circuit is connected and that secondly via a second, just like the first polarized, semiconductor diode (18, 28, 38) the electronic switching means (19) of the common tripping circuit connected in parallel.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that securing elements of parallel Current branches of one phase of the converter each have a display circuit via one Summation pulse transformer of known type with separate input windings for these fuse elements and is assigned to a common output winding.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the input winding of a pulse transformer (13, 23, 33) additionally has an ohmic resistor and the output winding one with the first (14, 24, 34) and the second semiconductor diode (18, 28, 38 ) Zener diodes (Z i, Z2, Z 3) with the same polarity are parallel.

4.Schaltung arrangement according to claim!, Characterized characterized in that flip-flop circuits as electronic switching means (19, 15, 25, 35) of the tripping circuit as well as the display circuits are used.

5.Schaltung arrangement according to claim!, Characterized characterized in that light-emitting diodes (17, 27, 37) are used as display elements of the display circuits are.