DE2711315A1

DE2711315A1 - Overvoltage protection for inverter operating on DC HV - uses fast switching of charging resistor by thyristor

Info

Publication number: DE2711315A1
Application number: DE19772711315
Authority: DE
Inventors: Hugo Dipl Ing Klotz; Ekkehard Von Dr Ing Renesse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1978-09-14

Abstract

The inverter overvoltage protection circuit is principally for use in suburban electric trains. The inverter (1) is connected to the dc traction supply (2) through a buffer capacitor (5). At start-up a charging resistor (4) is in series with the capacitor. On reaching a preset voltage a detector (8) triggers a thyristor (7) to bridge the resistor (4). The inverter is now operational. Should a voltage transient occur the detector (8) triggers a commutating circuit (9, 10) and the thyristor (7) is extinguished. The resistor (4) is reinserted and absorbs the voltage transient. On reaching an acceptable voltage level the detector retriggers the thyristor and the inverter returns to normal operation. The protection is also effective in preventing feedback into the traction supply.

Description

Anordnung für Wechsel richterArrangement for inverters

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für Wechselrichter höherer Leistung und Betriebsspannung, die gleichspannungsseitig über Pufferkondensatoren mit überbrückbarem Ladewiderstand gespeist werden, insbesondere für Bordnetzversorgung im Nahverkehr.The invention relates to an arrangement for inverters higher Power and operating voltage on the DC side via buffer capacitors be fed with a bridgeable charging resistor, especially for on-board power supply in local traffic.

Bei bekannten Wechselrichterschaltungen, wie sie zum Beispiel bei Mehrsystemumrichtern für die Energieversorgung von Reisezugwagen Verwendung finden, wird beim Einschalten der Ladestromstoß für den oder die vorgeschalteten Pufferkondensatoren durch einen Vorwiderstand begrenzt, der nach erfolgter Ladung des Kondensators durch ein überbrückendes Schütz wieder herausgenommen wird. Das Schütz wird im allgemeinen durch Erfassen der Kondensatorspannung gesteuert.In known inverter circuits, such as those at Multi-system converters are used to supply power to passenger coaches, the charging current surge for the upstream buffer capacitor (s) is set when switching on limited by a series resistor, which occurs after the capacitor has been charged a bridging contactor is removed again. The contactor is generally controlled by sensing the capacitor voltage.

Hierbei besteht die Gefahr, daß beim Umschalten ein Unterschied zwischen anliegender Spannung und der Kondensatorspannung vorkommen kann, zum Beispiel die Netzspannung ist höher als angenommen, so daß es beim Kurzschließen des Vorwiderstandes zu elektrischen Schwingungen kommen kann, hervorgerufen durch die vorhandenen Leitungsinduktivitäten und den Pufferspeicher. Spannungsspitzen vom Gleichspannungsnetz her werden bei den bekannten Einrichtungen durch reichliche Dimensionierung der Bauteile, insbesondere Halbleiter, aufgefangen.There is a risk that there will be a difference between applied voltage and the capacitor voltage can occur, for example the Mains voltage is higher than assumed, so there is a short-circuiting of the series resistor electrical vibrations can occur, caused by the existing line inductances and the buffer tank. Voltage peaks from the DC voltage network are at the known facilities through ample dimensioning of the components, in particular Semiconductors, caught.

Aufgabe der Erfindung ist es, über eine Verringerung des Bedarfs an hochwertigen Bauteilen das Bauvolumen und den Preis von Wechsel richtern zu senken bei gleichzeitiger Verbesserung des Schutzes.The object of the invention is to reduce the need for high-quality components to reduce the construction volume and the price of inverters while improving protection.

Diese Aufgabe wird für einen Wechselrichter der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Durch das Vorsehen eines besonderen flinken Überspannungsschut zes können netzseitige Spannungsspitzen nicht mehr bis zum Wechselrichter gelangen. Aus Sicherheitsgründen mußte bisher die Anzahl der reihengeschalteten Ventile, zum Beispiel der dreifachen max. Betriebsspannung angepaßt werden. Das ist jetzt nicht mehr nötig. Neben weniger Thyristorventilen im Wechselrichter ergeben sich weitere Vorteile in einer Verringerung der ständigen Zündleistung, der Spannungsabfälle, der Dioden und Bedämpfungsglieder. Hinzu kommt als besonders wesentlicher Punkt, daß von dem vorgeschalteten Überspannungsschutz auch der Pufferkondensator oder die Pufferkondensatorbatterie miterfant wird. Die allgemein nicht schaltfesten Elektrolytkondensatoren sind sehr empfindlich gegen Spannungsspitzen. Man kann nunmehr mit Kondensatoren niedrigerer Nennspannung oder geringerer Anzahl auskommen.This task is the aforementioned for an inverter Kind solved according to the characterizing features of the main claim. By providence line-side voltage peaks can occur with a special, fast surge protection can no longer reach the inverter. For security reasons I had to the number of valves connected in series, for example three times the maximum operating voltage be adjusted. This is no longer necessary. In addition to fewer thyristor valves in the inverter there are further advantages in a reduction in the constant Ignition power, voltage drops, diodes and attenuators. In addition comes as a particularly important point that of the upstream overvoltage protection the buffer capacitor or the buffer capacitor battery is also included. the Electrolytic capacitors that are not generally switchable are very sensitive to Voltage peaks. You can now use capacitors with a lower nominal voltage or get by with fewer numbers.

Besonders zweckmäßig ist eine Ausführung, bei der zur Überbrückung des Ladewiderstandes ein Thyristor vorgesehen ist, der ab einer definierten Schwellenspannung am Pufferkondensator und/oder einer vorgegebenen Ladezeit zündet und über eine Zwangslöscheinrichtung beim Überschreiten einer frei wählbaren höheren Grenzspannung am Pufferkondensator löschbar ist.An embodiment is particularly useful for bridging of the charging resistor, a thyristor is provided, which starts from a defined threshold voltage ignites at the buffer capacitor and / or a specified charging time and via a forced extinguishing device when a freely selectable higher limit voltage is exceeded on the buffer capacitor is erasable.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen sowie der Beschreibung in Verbindung mit der erläuternden Zeichnung entnehmbar.Further advantageous features of the invention are the claims as well can be found in the description in conjunction with the explanatory drawing.

An Hand eines schematischen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung verdeutlicht. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäfle Schaltung für eine Ladestrom-Überspannungsbegrenzung bei einem Bordnetzwechselrichter eines Bahnfahrzeuges. Solche Wechselrichter 1 werden als Teil eines Mehrsystemumrichters bei Gleichstrombetrieb über eine Zugsammelschiene 2 mit 3 kV oder 1,SkV Gleichspannung gespeist und haben bei Leistungen um 40 kVA zum Beispiel eine Ausgangsspannung von 800 V bei 50 Hz.The invention is illustrated by means of a schematic exemplary embodiment made clear. The figure shows a circuit according to the invention for a charging current overvoltage limiter in the case of an on-board power supply inverter of a railway vehicle. Such inverters 1 are as part of a multi-system converter with direct current operation via a train busbar 2 with 3 kV or 1, SkV direct voltage and have a power of 40 kVA for example an output voltage of 800 V at 50 Hz.

Über ein Haupt schütz 3 und einen Ladewiderstand 4 wird ein dem eigentlichen Wechselrichtereingang parallelgeschalteter Pufferkondensator 5 gespeist. 6 bezeichnet einen Masseanschluß.About a main contactor 3 and a charging resistor 4 is a dem actual Inverter input fed in parallel buffer capacitor 5. 6 designated a ground connection.

Dem Ladewiderstand 4 ist ein Thyristor 7 parallelgeschaltet, der den Ladewiderstand 4 kurzschließt, sobald ein Spannungserfassungsglied 8 dazu über die rechte gestrichelte Zündleitung Befehl erteilt. Das kann geschehen, wenn die Kondensatorspannung praktisch die Betriebsspannung der Zugsammelschiene 2 erreicht hat. Hierzu bedient man sich verschiedener Verfahren. Günstig ist eine Zündung, wenn der Pufferkondensator eine definierte Schwellenspannunq erreicht hat und zusätzlich eine Wartezeit erfüllt ist. Möglich ist auch die Zündung nur über die Zeit, d.h. nach einem n-fachen, zum Beispiel dreibis fünffachen der Ladezeitkonstanten des Pufferkondensators 5. Nur über die Kondensatorspannung zu zünden, hat den ein gangs erwähnten Nachteil. Nach Herausnahme des Ladewiderstandes 4 vermag der Wechselrichter 1 jetzt Leistung abzugeben.The charging resistor 4, a thyristor 7 is connected in parallel, which the Charging resistor 4 short-circuits as soon as a voltage sensing element 8 to this via the right dashed ignition cable command issued. That can happen when the capacitor voltage has practically reached the operating voltage of the train busbar 2. Served for this you can look at different procedures. Ignition is favorable if the buffer capacitor has reached a defined threshold voltage and also fulfills a waiting time is. It is also possible to only ignite over time, i.e. after an n-fold, for Example three to five times the charging time constant of the buffer capacitor 5. Only Igniting via the capacitor voltage has the disadvantage mentioned above. To Removal of the charging resistor 4, the inverter 1 can now deliver power.

Tritt im Verlauf des Betriebes eine kritische Spannungsspitze auf, wird eine im Spannungserfassungsglied eingestellte höhere Grenzspannung überschritten und eine Löscheinrichtung für den Thyristor 7 aktiviert. Diese besteht bekannterweise aus einem Löschthyristor 9 und einem Löschkondensator 10. Durch den Entladestrom des Löschkondensators 10 wird der Thyristor 7 wieder gelöscht und damit der Ladewiderstand 4 erneut eingeschaltet. »er Ladewiderstand ist so zu bemessen, daß über ihn die schädliche Überspannung abfällt. Der Löschkondensator 10 selbst wird über einen hochohmigen Vorwiderstand 11 innerhalb einer gewissen Bereitstellungszeit wieder aufgeladen und steht für neue Löschvorgänge zur Verfügung. Nach Abklingen der Überspannung und Unterschreiten der auslösenden Grenzspannung wird vom Spannungserfassungsglied 8 der Thyristor 7 neu gezündet.If a critical voltage peak occurs during operation, a higher limit voltage set in the voltage sensing element is exceeded and a quenching device for the thyristor 7 is activated. This is known to exist from a quenching thyristor 9 and a quenching capacitor 10. By the discharge current of the quenching capacitor 10, the thyristor 7 is cleared again and thus the charging resistor 4 switched on again. “The charging resistor is to be dimensioned in such a way that the harmful overvoltage drops. The quenching capacitor 10 itself is a high-resistance series resistor 11 again within a certain availability time charged and stands available for new deletions. To The overvoltage subsides and the voltage falls below the triggering limit voltage from the voltage detection element 8 of the thyristor 7 re-ignited.

Durch die Erfindung werden die Einschaltbedingungen für den Wechselrichter 1 erfüllt (Ladestrombegrenzung) und dieser sowie die empfindlichen Pufferkondensatoren vor Spannungsspitzen geschützt. Darüber hinaus stellt die Einrichtung auch einen Schutz für den Wechselrichter gegen generatorischen Betrieb dar, bei dem bei netzseitiger Spannungsabsenkung (Kurzschließen) der Wechselrichter ins Netz zurückarbeitet und gefährlich hohe Ströme fließen können. In solchen Fällen würde der Thyristor 7 durch den Gegenstrom sofort gelöscht, und der für solche Bedingungen bemessene Ladewiderstand 4 wirkt auch hier begrenzend.With the invention, the switch-on conditions for the inverter 1 fulfilled (charging current limitation) and this as well as the sensitive buffer capacitors protected against voltage peaks. In addition, the facility also provides a Protection for the inverter against generator operation, in the case of grid-side Voltage reduction (short-circuiting) the inverter works back into the grid and dangerously high currents can flow. In such cases the thyristor 7 would through the countercurrent is extinguished immediately, and the charging resistance designed for such conditions 4 also has a limiting effect here.

5 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche L e e r s e i t e5 pages description 4 claims L e r s e i t e

Claims

Claims: 1. Arrangement for inverters of higher power and operating voltage, which can be bridged on the DC voltage side via buffer capacitors Charging resistor are fed, especially for on-board power supply in local traffic, characterized by a fast overvoltage protection on the DC voltage side is provided, which is defined by the charging resistor (4) when responding Current limitation activated again.

2.) Arrangement according to claim 1, characterized in that for bridging of the charging resistor (4) a thyristor (7) is provided, which from a defined Threshold voltage at the buffer capacitor (5) and / or a specified charging time ignites and via a forced extinguishing device when a freely selectable one is exceeded higher limit voltage at the buffer capacitor can be deleted.

3.) Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that one known from a quenching thyristor (9) and a quenching capacitor (10) Existing forced quenching device is used, its quenching capacitor (10) is connected to the buffer capacitor (5) via a series resistor (11).

4.) Arrangement according to claims 1 to 3, characterized thereby, that the time for ignition of the thyristor (7) is preferably three to five times Value of the charging time constant of the buffer capacitor (5) is provided.