DE3036619A1

DE3036619A1 - Durchschlagschutz fuer die transistoren eines spannungswechselrichters

Info

Publication number: DE3036619A1
Application number: DE19803036619
Authority: DE
Inventors: William Frederick Wirth
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1981-04-09
Also published as: JPS5656180A; AU536810B2; KR830002152B1; GB2060298B; US4331994A; ES495150A0; FR2466891A1; KR830003954A; JPS6361879B2; DK400780A; GB2060298A; BR8006093A; FR2466891B1; AU6200880A; CA1152151A; ES8105898A1; DE3036619C2

Description

Zusammenfassung

In Spannungswechselrichtern kann es durch Störeinflüsse oder unrichtiges Arbeiten zu Kurzschlüssen kommen. In den fehlerhaft leitenden Transistoren fließt dann aus dem Filterkondensator der Gleichspannungsquelle ein hoher Kurzschlußstrom, v/elcher die Transistoren zerstören kann. Dies wird dadurch verhindert, daß in Reihe zum Pilterkondensator eine kleine Drossel geschaltet ist, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Kurzschlußstromes begrenzt. Bei Eintreten einer Kurzschlußsituation wird zugleich ein zuvor aufgeladener Speicherkondensator in einem über die Gleichspannungsschienen geschalteten Schutzkreis über die fehlerhaft leitenden Transistoren entladen, wobei ein dem Kurzschlußstrom entgegengesetzter Schutzstrom erzeugt wird, welcher ein rasches Abschalten der Transistoren sicherstellt und so ihre Beschädigung verhindert.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchschlagschutz, welcher eine Zerstörung der Transistoren eines Spannungswechselrichters verhindert, wenn ein interner Kurzschluß im Wechselrichter auftritt oder die Ausgangsklemme des Wechselrichters kurzgeschlossen werden.

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Ein typischer Spannungswechselrichter mit Transistoren als steuerbaren Schaltern weist mindestens zwei Paare bipolarer Leistungstransistoren auf, welche in Reihe über die Gleichspannungsschienen geschaltet sind, über welche die Gleichspannungsspeisung von einer Gleichspannungsquelle her erfolgt. Die Netzwerksknoten, die zwischen den einzelnen Transistoren eines jeden der Transistorpaare liegen, sind mit einer Last verbunden, z.B. mit einem Induktionsmotor. Dadurch, daß man in vorgegebener Abfolge die Transistoren ein- und ausschaltet, also zwischen voller Sättigung und dem nicht leitenden Zustand schaltet, wird die Gleichspannung in eine Wechselspannung umgesetzt, mit welcher die Last betrieben werden kann. Weist der Wechselrichter z.B. drei Paare bipolarer Transistoren auf, für welche man in der Praxis auch Darlington-Transistorleistungsstufen wählt, so erhält man am Ausgang des Wechselrichters eine Spannung, welche einen sechsstufigen, wellenähnlichen Verlauf aufweist und so eine Sinuswelle annähert.

Unter normalen Arbeitsbedingungen werden die in Reihe geschalteten Transistoren eines Transistorpaares nie zum gleichen Zeitpunkt durch die Steuerschaltung des Wechselrichters eingeschaltet. Es kann jedoch unter Störeinflüssen, wie z.B. eingestreute Störsignalen vorkommen, daß ein Transistor fehlerhafterweise eingeschaltet wird, der an sich zum betrachteten Zeitpunkt nicht leiten sollte. Leitet nun der fehlerhaft eingeschaltete Transistor zum gleichen Zeitpunkt wie der andere Transistor des Paares, welcher von der Steuerschaltung des Wechselrichters eingeschaltet wurde, so erhält man einen Kurzschluß zwischen

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den Gleichspannungsschienen über die Emitter-Kollektor-Strecken der beiden fehlerhaft leitenden Transistoren. Der über die Gleichspannungsschienen geschaltete Filterkondensator der Gleichspannungsquelle entlädt dann, und ist keine Schutzeinrichtung vorgesehen, so wird zumindest einer der beiden fehlerhaft leitenden Transistoren innerhalb weniger Mikrosekunden zerstört. Dieses Phänomen wird üblicherweise als Kurzschluß oder Durchschlag, in der englischen Sprache auch als "shootthrough fault" bezeichnet. Um eine Vorstellung von der Größe dieses Kurzschlußstromes zu geben, seien die Verhältnissebei einem 15 kW (20 horsepower) Wechselrichter betrachtet. Bei diesem hat der Filterkondensator, der in Wirklichkeit aus einer Mehrzahl getrennter parallel geschalteter Kondensatoren bestehen kann,gängigerweise eine Kapazität von 13.200 Mikrofarad, und die Spannung zwischen den Gltiichspannungsschiene und damit die Spannung am Filterkondensator beträgt etwa 300 V. Tritt ein gleichzeitiges Durchschalten in Reihe geschalteter Transistoren auf, welches zu einem Kurzschluß zwischen den Gleichspannungsschienen führt, so erhält man einen Spitzenkurschlußstrom bis zu 10.000 Ampere, welcher durch die zwei fehlerhaft leitenden Transistoren fließt, wobei der Fehlerstrom nur durch den effektiven Serienwiderstand des Filterkondensators begrenzt ist.

Um dieser Gefahr zu begegnen, sind schon Maßnahmen zum Schutz der Transistoren eines Spannungswechselrichters gegen Durchschläge vorgeschlagen worden.. Bei einer bekannten Anordnung ist ein Ist-· Stromweg vorgesehen, welcher einen über die Gleichspannungs--

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schienen geschalteter Thyristor aufweist. Tritt eine Kurzschlußsituation ein, so wird der Thyristor in den leitenden Zustand geschaltet und zieht so den Kurzschlußstrom von den Transistoren auf sich, da der Thyristor erheblich besser Stromspitzen aufnehmen kann. Da jedoch der Spannungsabfall am Thyristor (mehr als 1 V) größer ist als der Spannungsabfall an den beiden in Serie geschalteten Transistoren (0,3 + 0,3 = 0,6 V) fließt ein Teil des Kurzschlußstromes immer noch durch die Transistoren, so daß diese nicht vollständig geschützt sind. Außerdem muß der Thyristor eine

hohe I T-Auslegung haben, da er den Filterkondensator entladen

Der Durchschlagschutz gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber dieser bekannten, oben beschriebenen Anordnung dar; es wird ein viel weiter gehender Schutz der Transistoren erhalten, und trotzdem läßt sich der Durchschlagschutz mit erheblich geringerem Aufwand realisieren.

Der erfindungsgemäße Durchschlagschutz schützt die Transistoren eines Spannungswechselrichters gegen Kurzschlußströme, welche durch fehlerhaft leitende Transistoren des Wechselrichters dadurch fließt, daß sich der Filterkondensator der den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsquelle über die Transistoren entlädt. Die Schutzeinrichtung weist eine Begrenzungseinrichtung auf, die z.B. durch eine in Reihe zum Filterkondensator der Gleichspannungsquelle geschaltete Drossel gebildet sein kann und welche die Anstiegsgeschwindigkeit jedes etwa auftretenden

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Kurzschlußstromes begrenzt. Es ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen, welche auf das Auftreten einer Kurzschlußsituation so anspricht, daß sie durch die fehlerhaft Leitenden der Transistoren des Wechselrichters einen rückwärts gerichteten Strom leitet, der dem Kurzschlußstrom entgegengesetzt ist und somit neutralisiert, so daß die fehlerhaft leitenden der Transistoren rasch abgeschaltet werden und damit eine Zerstörung derselben verhindert wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Wechselrichters, der durch eine Drehstrom gespeiste Gleichrichterbrücke betrieben wird und eines Durchschlagschutzes für die Transistoren des Wechselrichters;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes verschiedener Ströme in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung bei Auftreten einer Kurzschlußsituation; und

Fig. 3 eine abgewandelte Form der steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters von Fig. 1.

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In Fig. 1 sind drei Netzleiter L₁, L_? und L^ wiedergegeben, welche mit dem Drehstromnetz verbunden sind und somit drei um 120° gegeneinander phasenverschobene Wechselspannungen bereitstellen. Die Kommutierungsfrequenz dieser Wechselspannungen beträgt 60 . Eine jede der drei gegeneinander phasenverschobenen Wechselspannungen ist eine zwischen zwei der drei Netzleiter abgreifbare Spannung, erscheint also auf einem der Netzleiter L₁, L_? und L₃ bezüglich eines anderen der Netzleiter. Die Amplitude einer jeden der phasenverschobenen Wechselspannungen ist auf einen jeweils geeigneten Wert eingestellt, je nachdem wie die Arbeitscharakteristik der letztlich anzutreibenden Last aussieht. Die über die Netzleiter zugeführte Wechselspannung wird von einer phasengesteuerten Gleichrichterbrücke 10 in eine Gleichspannung umgesetzt. Die Gleichrichterbrücke weist sechs Thyristoren 11-16 .auf, welche in vorgegebener Abfolge von einer Steuerschaltung 17 in den leitenden Zustand geschaltet werden und so die eingangsseitige Wechselspannung in eine Gleichspannung umsetzen, wobei in der Zeichnung -18 die positive Ausgangsklemme und 19 die negative Ausgangsklemme der Gleichrichterbrücke darstellt. Die Amplitude der gleichgerichteten Spannung hängt von den Schließwinkeln der Thyristoren 11-16 innerhalb eines jeden Halbzyklus der angelegten Wechselspannung ab.

Thyristoren, und damit auch die Thyristoren 11-16 der Gleichrichterbrücke 10 können bekanntlich während eines jeden positive Polarität aufweisenden Halbzyklus der auf sie gegebenen Wechselspannung leiten, wenn die Anode des Thyristors bezüglich seiner

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Kathode positiv ist. Man erhält jedoch kein Leiten des"Thyristors in einem positiven Halbzyklus der Wechselspannung, bis auf die Steuerklemme des Thyristors von der Steuerschaltung 17 ein. Steuerstrom gegeben wird. Zu diesem'Zeitpunkt wird der Thyristor'dann in den leitenden Zustand geschaltet, und nun kann bis zum Ende des positiven Halbzyklus ein Laststrom durch ihn fließen. Je größer der Phasenwinkel, d.h. das Zeitintervall zwischen dem Beginn eines positiven Halbzyklus und dem Zeitpunkt des "Einschaltens eines Thyristors ist, umso kleiner ist der Schließwinkel des Thyristors und umso weniger Wechselstrom wird gleichgerichtet und der Last zugeführt. Man erhält also an den Ausgangsklemmen 18 und 19 der Thyristor-Gleichrichterbrücke 10 dann eine kleinere gleichgerichtete Spannung. Aus der in Fig. 1 angegebenen Polung der Thyristoren 11-16 ist klar, daß der positive Pol der gleichgerichteten Spannung an der Ausgangsklemme 18, der negative Pol der gleichgerichteten Spannung ah der Äusgangsklemme 19 liegt.

Die von der GIeichrichterbrücke TO abgegebene gleichgerichtete Spannung wird von einer Filterdrossel 21 und einem Filterkondensator 22 geglättet, und man erhält so eine gefilterte Gleichspannung, deren Amplitude z.B. 300 V betragen kann und welche über Gleichspannungschienen 26 und 27 an einen insgesamt mit 25 bezeichneten Spannungs-Wechselrichter abgegeben wird. Für die vorliegende Beschreibung sei angenommen, daß der Wechselrichter 25 eine Leistung von 14 kW hat, also eine Last mit 15 kW antreiben

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Durch Steuern der Schließwinkel der Thyristoren 11-16 läßt sich die auf den Wechselrichter 25 gegebene Gleichspannung in ihrer Amplitude einstellen. Die Gleichrichterbrücke 10, die Drossel 21 und der Filterkondensator 22 bilden somit eine steuerbare Spannungsquelle zum Speisen des Wechselrichters 25. Hat man mit einem Strom-Wechselrichter zu tun, so wird der Wechselrichter eingangsseitig von einer Stromquelle her mit Strom versorgt, und es wird kein dem Filterkondensator 22 vergleichbarer Filterkondensator verwendet. Wie aus dem Nachstehenden noch genauer hervorgehen wird, führt der Filterkondensator 22 zu dem KurzSchlußproblem, für welches die vorliegende Erfindung Abhilfe schafft. Aus diesem Grunde findet die vorliegende Erfindung bei Spannungs-Wechselrichtern Verwendung.

In Reihe zum Filterkondensator 22 ist eine Drossel 29 geschaltet, die ihrerseits von einer Freilaufdiode 31 überbrückt ist. Warum die Drossel 29 und die Freilaufdiode 31 vorgesehen sind, wird später noch genauer beschrieben. Hier soll zunächst nur darauf hingewiesen werden, daß die Drossel 29 verhältnismäßig klein ist und vorzugsweise eine Induktanz von etwa 8 Mikrohenrie aufweist. Damit hat die Drossel nur eine minimale Auswirkung auf die Filtereigenschaften des durch die Filterdrossel 21 und den Filterkondensator 22 gebildeten Glättungskreises. Anders gesamt: Dadurch, daß man zusätzlich die Drossel 29 vorsieht, wird kein nennenswerter Brumm auf der auf den GIeichspannungsschienen 26 und 27 anstehenden Gleichspannung erhalten.

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Der Wechselrichter 25 weist drei Paare bipolarer NPN-Leistungstransistoren 31-36 auf. Ein jedes der Transistorpaare weist zwei in Reihe über die Gleichspannungsschienen 26 und 27 geschaltete Transistoren auf. Die zwischen den einzelnen Transistoren der drei Transistorpaare liegenden Netzwerksknoten 37, 38, 39 sind mit den Wicklungen eines Wechselstrom-Induktionsmotois 41 verbunden. Dadurch, daß man zu genau vorgegebenen Zeitpunkten die Basisklemmen der sechs bipolaren Leistungstransistoren 31-36 mit Steuerströmen beaufschlagt, wird die an den Gleichspannungsschienen 26 und 27 anstehende Gleichspannung in eine Wechselspannung umgesetzt, welche auf die Wicklungen des Induktionsmotors 41 gegeben wird. Damit wird der Induktionsmotor 41 durch Wechselstrom angetrieben. Führt man z.B. gleichzeitig den Basisklemmen der Leistungstransistoren 31 und 35 einen Steuerstrom zu, so werden diese Transistoren in Sättigung gefahren, und von der positiven Gleichspannungsschiene 26 fließt ein Strom über die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 31, den Netzwerksknoten 37, eine Wicklung des Induktionsmotors 41,den Netzwerksknoten 38 und die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 35 zur negativen Gleichspannungsschiene 27. Werden danach die.Leistungstransistoren 31 und 35 abgeschaltet und die Leistungstransistoren 32 und 34 dafür eingeschaltet, so fließt durch dieselbe Motorwicklung ein Strom in entgegengesetzter Richtung. Zu diesem Einschalten und Ausschalten der Leistungstransistoren 31-36 in der korrekten Abfolge und zu den richtigen Zeitpunkten ist eine Steuerschaltung 42 vorgesehen. Die Abfolge

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und Synchronisierung der von der Steuerschaltung 42 abgegebenen Steuerströme ist so gewählt, daß man die für den Induktionsmotor 41 richtige Wechselspannungsbeaufschlagung erhält.

Die Drossel 29 und die Freilaufdiode 31 verriegeln die Spannung auf den Gleichspannungsschienen 26 und 27 auf die Spannung am Filterkondensator 22. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Spannung auf den Gleichspannungsschienen 26 und 27 überschießt, wenn die Leistungstransistoren des Wechselrichters eingeschaltet und ausgeschaltet werden.

Über die Emitter-Kollektor-Strecke eines jeden der sechs Leistungstransistoren 31-36 ist jeweils eine in entgegengesetzter Richtung gepolte Freilaufdiode 44-49 geschaltet. Diese Freilaufdioden dienen dazu, den Motorblindstrom zurück zum Filterkondensator 22 zu führen. Die Freilaufdioden 44-49 sorgen ferner dafür, daß die Motorklemmenspannung derart verriegelt wird, daß sie nie über der Spannung auf den Gleichspannungsschienen 26 und 27 liegt.

Für einen jeden der Transistoren 31-36 ist ferner vorzugsweise jeweils ein in der Zeichnung nicht wiedergegebener Sumpfkreis wiedergegeben, der verhindert, daß die in der Last gespeicherte induktive Energie den Leistungstransistor beschädigt, wenn er durch die Steuerschaltung 42 beim normalen Arbeiten ausgeschaltet wird. Derartige Sumpfkreise dienen zum Speichern und Vernichten von Energie und sind dem Fachmanne an sich bekannt.

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In Fig. 1 ist ein jeder der Leistungstransistoren 31-36 als herkömmlicher NPN-Transistor eingezeichnet, um die Zeichnung übersichtlich zu halten. In Wirklichkeit verwendet man jedoch vorzugsweise Darlington-Leistungstransistorstufen, wie sie in Fig.3 wiedergegeben sind. Fig. 3 zeigt nur eine Darlington-Transistorleistungsstufe, welche als Ersatz für den Leistungstransistor dienen kann; es versteht sich, daß die anderen fünf Leistungstransistoren des Wechselrichters bei Verwendung von Darlington-Transistorleistungsstufen dann gleichen Aufbau haben. In der in Fig. 3 wiedergegebenen Darlington-Transistorleistungsstufe weist der Leistungstransistor 31 zwei in der wiedergegebenen Weise zusammengeschaltete Transistoren 31a und 31b auf. Die Leistungsstufe hat aber immer noch nur drei Anschlußklemmen, nämlich eine Basisklemme, eine Emitterklemme und eine Kollektorklemme, wie dies auch beim Transistor 31 von Fig. 1 der Fall war. In der Praxis sind die Transistoren 31a und 31b sowie die zugeordnete Freilaufdiode 44 vorzugsweise auf einem Halbleiterchip integriert.

Unter Steuerung durch die Steuerschaltung 42 werden die Leistungstransistoren 31 bis 36 in vorprogrammierter Weise mit Basissteuerströmen beaufschlagt. Dies führt dazu, daß der Wechselrichter 25 den Induktionsmotor 41 mit einer Wechselspannung beaufschlagt, deren Amplitude direkt proportional zur Amplitude der Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 ist. Die Frequenz der vom Wechselrichter 25 ausgangsseitig bereitgestellten Wechselspannung ist durch die Frequenz der von der Steuerschaltung 42 auf die Basisklemmen der Leistungstransisto-

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ren 31-36 gegebene Steuerströme vorgegeben. Man kann diese Frequenz der Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 zuordnen und durch diese vorgeben lassen, wozu man in der Steuerschaltung 42 dann einen spannungsgesteuerten Oszillator vorsieht, dessen Frequenzsteuerklemme über Leitungen 51 und 52 mit der Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 beaufschlagt ist. Damit ändert sich dann die Frequenz des am Oszillatorausgang bereitgestellten Signales gemäß der Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27, und auf diese Weise wird das Verhältnis zwischen der Amplitude und der Frequenz der vom Wechselrichter 25 erzeugten Wechselspannung im wesentlichen konstant gehalten. Die Drehzahl, mit der der Induktionsmotor 41 läuft ist direkt proportional zur Arbeitsfrequenz· des Wechselrichters 25. Obwohl dies in der Zeichnung nicht wiedergegeben ist, versteht sich, daß die Welle des Induktionsmotors 41 eine mechanische Last antreibt. Dadurch, daß man ein festes Verhältnis zwischen der Amplitude und der Frequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters 25 aufrecht erhält, kann der Induktionsmotor 41 an seiner Welle stets ein konstantes Drehmoment bereitstellen, ganz gleich wie groß die Motordrehzahl ist.

um die Motordrehzahl einzustellen, kann man das Arbeiten der Thyristoren 11-16 in bekannter Weise über die Steuerschaltung 42 und die Steuerschaltung 17 derart verändern, daß man zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 eine Gleichspannung mit jeweils einer solchen ausgewählten Amplitude erhält, wie dies im Hinblick auf den gewünschten Strom zum Wechselrichter 25 und Induktionsmotor 41 erwünscht wird. Hierzu kann in der Steuerschaltung 42

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eine die Sollspannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 darstellende Referenzspannung verwendet werden, die jeweils im Hinblick auf das Erregen des Induktionsmotors 41 mit der gewünschten Drehzahl gewählt ist. Diese Referenzspannung wird in der Steuerschaltung 42 mit der Istspannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 verglichen, und man erhält so ein Fehlersignal, welches auf Leitungen 54 und 55 abgegeben wird und sich in Abhängigkeit zwischen dem Sollwert der Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27, welcher durch die Referenzspannung wiedergegeben ist, und dem Istwert der Amplitude der Gleichspannung zwischen den Gleichspannungsschienen ändert, mit welchem der Wechselrichter 25 beaufschlagt ist.

Die Steuerschaltung 17 der Gleichrichterbrücke 10 spricht auf das über die Leitungen 54 und 55 übermittelte Fehlersignal derart an, daß sie entsprechend synchronisierte Steuerstromimpulse auf die Steuerklemmen der Thyristoren 11-16 gibt, so daß die Schließwinkel der Thyristoren so eingestellt werden, daß man zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 eine Gleichspannung solcher Amplitude erhält, wie dies zum Antreiben des Induktionsmotors 41 mit der gewünschten Drehzahl erforderlich ist. Ist die Amplitude der Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 z.B. kleiner als der Sollwert, was zu einer Verminderung der Motordrehzahl führt, so ändert sich das von der Steuerschaltung 42 abgegebene Fehlersignal entsprechend und bewirkt, daß die Steuerschaltung 17 die Schließwinkel der Thyristoren 11-16 vergrößert.

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Hierdurch wird die Amplitude der Spannung zwischen den Gleichspannung sschienen 26 und 27 solange vergrößert, bis wieder die richtige Amplitude erreicht ist.

Soll der Induktionsmotor 41 mit anderer, z.B. niedererer Drehzahl angetrieben werden, so wird die Referenzspannung entsprechend geändert. Dies kann z.B. durch manuelles Einstellen eines Potentiometers erfolgen. Das dann ebenfalls geänderte Fehlersignal führt dazu, daß die Steuerschaltung 17 die Schließwinkel der Thyristoren 11-16 so stark verkleinert, daß die Amplitude der zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 liegenden Spannung, mit welcher der Wechselrichter 25 beaufschlagt ist, so stark abgesenkt wird, daß man diejenige Amplitude erreicht, die zum Antreiben des Induktionsmotors 41 mit der nun gewünschten geringeren Drehzahl erhält.

Oben war davon ausgegangen worden, daß die Einstellung der Motordrehzahl durch manuelle Einstellung eines Bauelementes erfolgt; die Referenzspannung, die in der Steuerschaltung 42 verwendet wird, kann aber auch unter Verwendung eines Fühlers von einem Betriebsparameter oder einer Kennlinie der gesamten Anlage abgeleitet sein, zu welcher der Wechselrichterantrieb von Fig. 1 gehört. Auf diese Weise kann man dann die Motordrehzahl in Abhängigkeit vom Ausgangssignal dieses Fühlers automatisch regeln.

Es gibt verschiedene Anordnungen zum Ansteuern eines Wechselrichters und dar ihn speisenden Gleichrichterbrücke im Hinblick auf die Anpassung ihrer Arbeitsweise an eine Last. Von der

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vorliegenden Erfindung kann bei allen derartigen Anordnungen Gebrauch gemacht werden. Die Gleichrichterbrücke 10 kann auch aus einem einphasigen Wechselstromnetz gespeist werden anstelle der Versorgung durch das Drehstromnetz, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Erfolgt die Speisung der Gleichrichterbrücke 10 durch einphasigen Wechselstrom, so werden der Netzleiter L, und die Thyristoren 13 und 16 weggelassen. Auch in diesem Falle erhält man dann auf der Gleichspannungsschiene 26 eine bezüglich der Gleichspannungsschiene 27 positive Spannung.

Mit der schon oben angesprochenen Drossel 29 und mit einem nun nachstehend noch genauer zu beschreibenden, zwischen die Gleichspann ungsschienei 26 und 27 geschalteten Schutzkreis wird ein Schutz der Leistungstransistoren 31-36 bei Kurzschlüssen im Wechselrichter 25 und an seinen Ausgangsklemmen sichergestellt. Zu dem Schutzkreis gehört ein Speicherkondensator 56, ein hierzu in Reihe geschalteter Festkörperschalter in Form eines Thyristors 57 sowie ein den Strom begrenzender Widerstand 58. Vorzugsweise hat der Kondensator 56 eine Kapazität von 20 Mikrofarad und der Widerstand 58 einen Wert von einem Ohm. Liegt keine Kurzschlußsituation vor, so bleibt der Thyristor 57 in seinem nicht leitenden Normalzustand, so daß der Schutzkreis nicht arbeitet. In diesem Bereitschaftszustand wird der Speicherkondensator 56 mit der Polarität des Filterkondensators 22 entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Anders gesagt ist die positive Klemme des Filterkondensators 22 an die positive Gleichspannungsschiene 26 angeschlossen, während die nach dem Voraufladen negative Klemme des

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Speicherkondensators 56 mit der positiven Gleichspannungsschiene 26 verbunden ist. Der Speicherkondensator 56 ist somit in zur Polarität der Gleichspannungsschienen 26 und 27 gerade entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Das Aufladen des Speicherkondensators 56 mit entgegengesetzter Polarität und das Halten des Speicherkondensators 56 in diesem Ladezustand während des Bereitstehens des Schutzkreises bis zum Eintreten einer Kurzschlußsituation erfolgt durch einen getrennten Ladekreis, zu welchem Widerstände 61 und 62 und eine Spannungsquelle V gehören. Die Widerstände 61 und 62 können jeweils einen Wert von 10 k Ohm haben, und die Gleichspannungsquelle kann eine Gleichspannung von 300 V bereitstellen. Auf diese Weise ist der Speicherkondensator 56 normalerweise mit der in Fig. 1 eingezeichneten Polarität auf 300 V aufgeladen, während der Filterkondensator 22 normalerweise ebenfalls auf 300 V, nämlich die Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 aufgeladen ist, allerdings mit entgegengesetzter Polarität, wie ebenfalls in Fig. 1 eingetragen. Es ist nicht notwendig, daß die nach dem Aufladen des Speicherkondensators 56 an diesem anliegende Spannung genau gleich der" Gleichspannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 ist. Aus den nachstehend noch genauer zu beschreibenden Gründen ist es jedoch vorteilhaft, den Betrag der Spannungen am Speicherkondensator 56 und am Filterkondensator 22 gleich groß zu wählen. ·

Beim normalen Arbeiten des Wechselrichters 25 wird keiner der Leistungstransistoren 31-36 eingeschaltet, wenn der ihm zugeordnete, zu ihm in Reihe geschaltete Leistungstransistor eben-

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falls leitet. Wird jedoch einer der Leistungstransistoren eines Paares fehlerhafterweise in den leitenden Zustand geschaltet, was z.B. durch eingestreute Störsignale oder Hitzeeinwirkung erfolgen kann, wenn der andere Leistungstransistor des Paares durch die Steuerschaltung 42 in den leitenden Zustand geschaltet worden ist, oder werden beide Transistoren eines Paares gleichzeitig durch Störsignale oder aus anderem Grund in den leitenden Zustand geschaltet, so sind die beiden Gleichspannungsschienen 26 und 27 praktisch kurzgeschlossen. Nun besteht die Gefahr eines Durchschlages in den betrachteten Leitungstransistoren, da der Filterkondensator 22 versucht, sich über die Kurzschlußstrecke zu entladen. . ,

Es sei z.B. angenommen, daß die Leistungstransistoren 31 und 34 fehlerhafterweise zum gleichen Zeitpunkt in den leitenden Zustand gebracht worden sind. Diese beiden Transistoren werden dann gemeinsam als "fehlerhafte Transistoren" bezeichnet, obwohl möglicherweise einer ordnungsgemäß durch die Steuerschaltung 42 eingeschaltet wurde. Zum Zeitpunkt eines Kurzschlusses hat man aber fehlerhafte Arbeitsbedingungen in beiden Leistungstransistoren, wie sidiaus den späteren Darlegungen noch genauer ergeben wird, so daß man zurecht beide Transistoren als fehlerhaft leitend bezeichnen kann.

Zu Beginn eines Kurzschlusses fällt die Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 praktisch auf Null Volt ab, da die Gleichspannungsschienei 26 und 27 praktisch kurz geschlossen sind. Die gesamten 300 V auf dem Filterkondensator 22 fallen

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nun sofort an der Drossel 29 ab, welche so verhindert, daß sich der Filterkondensator 22 sofort entlädt. Beträgt die Induktanz der Drossel 29 acht Mikrohenrie, wie oben angedeutet, so kann man unter Verwendung der Formel E=L di/dt die Größe des Entladestromes des Filterkondensators 22 und damit die Größe des durch die fehlerhaft leitenden Leistungstransistoren 31 und 34 fließenden Stromes berechnen und sieht, daß der Anstieg dieses Kurzschlußstromes durch Vorsehen der Drossel 29 verlangsamt wird. Bei den bevorzugten Schaltkreisparametern beträgt die Anstiegsgeschwindigkeit des aus dem FiIterkondensator 22 fließenden Kurzschlußstromes 37 Ampere pro Mikrosekunde. Durch Vorsehen der kleinen Drossel 29 wird somit die Änstiegsgeschwindigkeit des Kurzschlußstromes begrenzt, und zwar derart, daß der Kurzschlußstrom linear sägezahnförmig anwächst, wie dies in Fig. 2 durch die entsprechend "Kurzschlußstrom" bezeichnete Kurve gezeigt ist. Wäre dagegen die Drossel 29 nicht vorgesehen, so würde der Kurzschlußstrom praktisch im selben Augenblick auf eine extrem hohe Amplitude anwachsen.

In Fig. 2 stellt der Zeitpunkt t_ den Beginn des Kurzschlusses dar, und der ab dann fließende, linear zunehmende Kurzschlußstrom fließt durch die Emitter-Kollektor-Strecken der beiden Leistungstransistoren 31 und 34 und zwar in Richtung vom Kollektor zum Emitter. Zwischen den Zeitpunkten t-. und t.. (dieses Zeitintervall beträgt weniger als 1 Mikrosekunde) spricht ein dv/dt-überwachungskreis 64 an, welcher die Änderungsgeschwindigkeit der

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Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 überwacht. Durch den Überwachungskreis 64 wird der Thyristor 57 zum Zeitpunkt t.. in den leitenden Zustand geschaltet. Es versteht sich, daß das Zeitintervall t - t.. nur die für das Ansprechen des Überwachungskreises 64 notwendige Verzögerungszeit darstellt. Wird zum Zeitpunkt t₁ der Thyristor 57 durchgeschaltet, so fließt durch die fehlerhaftenTransistoren 31 und 34 eine zum Kurzschlußstrom entgegengesetzter Schutzstrom, welcher den Kurzschlußstrom neutralisiert und ein rasches Abschalten der fehlerhaft leitenden Transistoren sicherstellt. Auf diese Weise wird eine Zerstörung der Transistoren verhindert.

Befindet sich der Thyristor 57 im leitenden Zustand, so ist der Speicherkondensator 56 des Schutzkreises abgesehen vom Widerstand 58 direkt über die Gleichspannungsschienen 26 und 27 geschaltet. Der Speicherkondensator 56 war zuvor auf 300 V aufgeladen worden, und zwar mit entgegengesetzter Polarität wie der Filterkondensator 22. Nach dem Durchschalten des Thyristors 57 entlädt sich nun der Speicherkondensator 57 rasch über die Leistungstransistoren 31 und 34, und man erhält auf diese Weise einen Schutzstrom hoher Amplitude, der in zum Kurzschlußstrom entgegengesetzter Richtung vom Emitter zum Kollektor durch einen jeden der Leistungstransistoren 31 und 34 fließt. Die zum Zeitpunkt t., sofort erhaltene Amplitude des SchutzStromes liegt bei 300 Ampere, wenn der Speicherkondensator 56 auf 3OO Volt aufgeladen wurde und der Widerstand 58 einen Wert von 1 0hm hat. Der Schutzstrom ist somit erheblich größer als der Fehlerstrom, so daß der Gesamt-

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strom durch die Transistoren, dessen Amplitude gleich der Amplitude des Schutzstromes minus der Amplitude des Kurzschlußstromes ist, ein rückwärts gerichteter Strom ist, wie dies in Fig. 2 ebenfalls durch die entsprechend gekennzeichnete Kurve graphisch dargestellt ist.

Zwischen den Zeitpunkten t.. und t„ nimmt der Schutzstrom exponentiell ab, während der Kurzschlußstrom sägezahnförmig zunimmt. Der in Richtung vom Emitter zum Kollektor durch die Transistoren fließende Gesamtstrom fällt bis zum Zeitpunkt t₂ auf den Wert O ab. Durch einen bipolaren Leistungstransistor kann deshalb ein rückwärts gerichteter Strom fließen, da ein solcher Leistungstransistor ein Ladungsspeicherungsvermögen hat. Wird ein solcher Leistungstransistor in Sättigung geschaltet, indem man ihn mit einem entsprechenden Basissteuerstrom beaufschlagt, was hier zum Zeitpunkt t_n erfolgt, so werden im Basisbereich und im Kollektorbereich Minoritätsträger gespeichert. Diese Ladungsträger müssen nach Beendigung des auf die Basis gegebenen Steuerstromes erst ausgeschwemmt werden (z.B. durch Rekombination oder Absorption), bevor der Transistor den gesättigten Zustand verläßt und ausschaltet. Dieses Herausschwemmen der Minoritatsträger benötigt ein endliches Zeitintervall, welches man auch als "Speicherzeit¹¹ bezeichnet. Der rückwärts gerichtete Nettotransxstorstrom, welcher unmittelbar nach dem Zeitpunkt t.. durch die Leistungstransistoren 31 und 34 fließt, stellt einen rückwärts gerichteten Erholungsstrom dar, durch welchen die Minoritätsträger ausgeschwemmt werden und durch welchen die Transistoren rasch abgeschaltet werden, so daß die Gefahr einer Beschädigung ausgeräumt ist. Innerhalb dieser Zeitspanne kann ein Teil des rückwärts _28-

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gerichteten Erholungsstromes durch die über die Emitter-Kollektor-Strecken geschalteten Freilaufdioden 44 und 47 fließen.

Nach dem alle Minoritätsträger ausgeschwemmt worden sind, werden die Leistungstransistoren 31 und 34 ausgeschaltet. Dies erfolgt zu einem Zeitpunkt irgendwo zwischen den Zeitpunkten t₁ und t~, und von diesem Zeitpunkt an fließt der gesamte abnehmende Nettotransistorstrom (Schutzstrom minus Kurzschlußstrom) über die Freilaufdioden 44 und 47. Sind der Kurzschlußstrom und der entgegengesetzt gerichtete Schutzstrom amplitudenmäßig gleich, was zum Zeitpunkt t₂ der Fall ist, so wird der Nettotransistorstrom zu Null, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Dann hören auch die Freilaufdioden 44 und 47 auf zu leiten, wobei angenommen ist, daß es sich bei den Freilaufdioden um sich rasch erholende Dioden handelt. Wird der Nettotransistorstrom zum Zeitpunkt t,. Null, so kehrt die Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und wieder auf den Wert von 300 V zurück. Nach dem Zeitpunkt t~ ist der aus dem Filterkondensator 22 fließende Kurzschlußstrom größer als der exponentiell abnehmende Schutzstrom, welcher vom Speicherkondensator 56 bereit gestellt ist. Dies führt nun dazu,daß der gesamte Kurzschlußstrom nun durch den Schutzkreis fließt, und der Speicherkondensator 56 wird wieder auf die Spannung zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 aufgeladen, allerdings nun mit der gleichen Polarität wie der Filterkondensator 22, d.h. die . mit der positiven Gleichspannungsschiene verbundene Platte des Speicherkondensators 56 wird bezüglich der mit der Anode des Thyristors 57 verbundene Platte positiv aufgeladen. Dieser Ladungsaufbau am Speicherkondensator 56 führt zu einer Verminderung des Stromes durch den Schutzkreis, und dieser Strom fällt dann

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unter den Haltestrom des Thyristors 57, worauf letzterer abschaltet und den Strompfad zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 über den Schützkreis unterbricht. Falls dies gewünscht wird, kann man zugleich mit dem Eintreten einer Kurzschlußsituation einen Nothalt der Anlage herbeiführen, zu welcher der Wechselrichterantrieb gehört, so daß die Anlage nur manuell neu in Gang gesetzt werden kann. Auf jeden Fall sorgt jedoch die Spannungsquelle V zusammen mit den Widerständen 61 und 62 dafür, daß der Speicherkondensator 56 wieder in seinen normalen Ladezustand zurückgebracht ist, in welcher er die in der Zeichnung angegebene Polarität aufweist. Damit ist der Schutzkreis wieder in den Ausgangszustand zurückgebracht worden, in welcher er zum Verhüten nachteiliger Folgen eines Kurzschlusses im Wechselrichter 25 bereitsteht.

Durch den oben im einzelnen beschriebenen Schützkreis wird auch ein Schutz der Leistungstransistoren des Wechselrichters 25 bei einem Kurzschluß zwischen seinen Ausgangsklemmen, also einem Kurzschluß in der durch den Wechselrichter gespeisten Last erhalten.

Es sei z.B. angenommen, daß die Netzwerksknoten 37 und 38 über einen Kurzschlußweg zu einem Zeitpunkt miteinander verbunden werden, zu welchem die Leistungstransistoxen 32 und 34 während des normalen Arbeitens des Wechselrichters 25 durch die Steuerschaltung 42 eingeschaltet sind. Unter diesen Bedingungen bilden dann die Leistungstransistoren 32 und 34 praktisch einen Kurzschluß zwischen den Gleichspannungsschienen 26 und 27 und würden daher

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durchschlagen. Diese Transistoren sind aber dadurch gegen Beschädigung geschützt, daß die oben beschriebene Schutzeinrichtung vorgesehen ist, welche nun in genau der gleichen Weise arbeitet, wie dies obenstehend für den Pail eines rein internen Kurzschlusses im Wechselrichter 25 dargelegt wurde.

Zu den vielen Vorteilen, welche man mit dem erfindungsgemäßen Durchschlagschutz erhält, gehört, daß fehlerhaft leitende Transistoren viel schneller abgeschaltet werden als bei herkömmlichen Einrichtungen, was auf den rückwärts gerichteten Gesamtstrom und die rückwärts gerichtete Spannung an diesen Transistoren zurückzuführen ist. Auf diese Weise erhält man einen viel weitreichenderen und vollständigeren Schutz. Der Thyristor 57 kann ein verhältnismäßig kleiner und billiger Thyristor sein, da er nur einen einzigen Stromstoß während weniger als 100 Mikrosekunden übernehmen muß. Der Strom durch den Thyristor 57 nimmt sehr schnell auf Null ab, weil der Thyristor 57 in Reihe zum Speicherkondensator 56 geschaltet ist. Besondere Vorkehrungen zur Wärmeabfuhr brauchen nicht getroffen zu werden. Bei herkömmlichen Schutzeinrichtungen muß dagegen ein in einem steuerbaren Hilfskurzschlußweg angeordneter Thyristor zum Ablenken des Kurzschlußstromes von den Transistoren einen großen Strom übernehmen und so ausgelegt sein, daß er mit der gesamten Ladung des Filterkondensators fertig werden kann. Darüber hinaus werden Beschädigungen der Transistoren durch Durchbrüche zweiter Art durch die vorliegende Erfindung verhindert, da der Spannungsabfall an einem fehlerhaft leitenden Transistor auf einem kleinen Wert gehalten wird, bis der Transistor dann vollständig abgeschaltet ist. Dieser kleine Spannungs-

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abfall entspricht dem Spannungsabfall an einer Diode. Bei dem erfindungsgemäßen Durchschlagschutz wird ein Transistor niemals bei Anliegen einer hohen Schienenspannung abgeschaltet, wenn durch diesen Transistor ein Strom großer Amplitude fließt, wie dies bei herkömmlichen Anordnungen der Fall ist. Ein derartiges Abschalten führt zu Beschädigungen des Transistors infolge von Durchbrüchen zweiter Art.

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-3S-.

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Claims

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phye· W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs

Dipl. «ng. W. Wehnert

DIpI. Phy*. W. Carstens

Dr.-Ing. W. Döring

Mozertstraße 23 8O00 München 2

BORG-WARNER CORPORATION

South Michigan Ave. München,23. Sept. 1980

Chicago, 111. 60604,OSA Anwaltsakte: M-5301

Durchschlagschutz für die Transistoren eines Spannungswechselrichters

Patentansprüche

1.) Durchschlagschutz für die Transistoren eines Spannungswechselrichters, welcher die Transistoren vor einem durch Entladen eines Filterkondensators der den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsquelle dann hervorgerufenen hohen Kurzschlußstrom schützt, wenn einer oder mehrere der Transistoren des Wechselrichters fehlerhafterweise in den leitenden Zustand geschaltet wird, gekennzeichnet durch eine Begrenzereinrichtung (29),welche die Anstiegsgeschwindigkeit eines etwa auftretenden Kurzschlußstromes begrenzt, und durch eine Schutzeinrichtung (56 - 64), welche auf das Vorliegen einer Kurzschluss ituat lon derart anspricht, daß sie durch die fehler-

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haft leitenden der Transistoren (31-36) einen Schutzstrom schickt, welcher in entgegengesetzter Richtung wie der Kurzschlußstrom fließt und diesen somit neutralisiert, wodurch erreicht wird, daß die Transistoren (31-36) rasch abgeschaltet werden und nicht zerstört werden.

2. Durchschlagschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzereinrichtung (29) eine Drossel aufweist, die in Reihe zum Filterkondensator (22) geschaltet ist und gewährleistet, daß der Kurζschlußstrom linear sägezahnförmig anwächst.

3. Durchschlagschutz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleichspannungsquelle über Gleichspannungschienen mit dem Wechselrichter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung einen Schutzkreis (56-62) aufweist, der über die Gleichspannungschienen (26,27) geschaltet ist und einen in Reihe geschalteten Speicherkondensator aufweist, der normalerweise mit zum Filterkondensator (22) entgegengesetzter Polarität aufgeladen ist und bei Auftreten einer KurζSchlußsituation entladen wird, so daß durch die fehlerhaft leitenden der Transistoren (31-36) der dem Kurzschlußstrom entgegengerichtete Schutzstrom geleitet wird.

4. Durchschlagschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung Bauelemente (61,62) aufweist,welche den Speicherkondensator vor Eintreten einer Kurzschlußsituation

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mit dem FiIterkondensator (22) entgegengesetzter Polarität auf seine normale Ladung aufladen und im geladenen Zustand halten.

5. Durchschlagschutz nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkreis einen Festkörperschalter (57) aufweist, der in Reihe zum Speicherkondensator (56) geschaltet ist, und daß die Schutzeinrichtung ferner einen Steuerkreis (64) aufweist, der den Festkörperschalter (57) durchschaltet, wenn eine Kurzschlußsituation vorliegt, so daß der Speicherkondensator (56) des Schutzkreises über die fehlerhaft leitenden der Transistoren entladen wird.

6. Durchschlagschutz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperschalter (57) ein Thyristor ist und daß der Steuerkreis (46) für den Festkörperschalter durch einen Fühler gebildet ist, welcher eingangsseitig mit der an den Gleichspannungsschienen (26,27) liegenden Gleichspannung beaufschlagt ist und feststellt, wann eine Kurzschlußsituation auftritt und hierbei die Gleichspannungsschienen (26,27) kurzgeschlossen werden, wobei der Thyristor (57) bei Auftreten einer KurζSchlußsituation durch den Fühler (64) durchgeschaltet wird.

7. Durchschlagschutz nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkreis einen in Reihe geschalteten Widerstand (58) aufweist, durch welchen der Maximalwert des Schutzstromes begrenzt ist.

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8. Durchschlagschutz nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet/ daß die momentane Amplitude des Schutzstromes zu Beginn einer Kurzschlußsituation erheblich größer ist als die Amplitude des Kurzschlußstromes, so daß man insgesamt durch die fehlerhaft leitenden der Transistoren einen rückwärts gerichteten Erholungsstrom hoher Amplitude erhält, daß der Schutzstrom danach exponentiell abnimmt, während der Kurzschlußstrom linear sägezahnförmig anwächst, bis der Schutzstrom und der in entgegengesetzter Richtung fließende Kurzschlußstrom gleich groß sind, zu welchem Zeitpunkt der Gesamtstrom durch die fehlerhaft Leitenden der Transistoren null ist, und daß danach der Kurzschlußstrom und der Schutzstrom in derselben Richtung fließen und den Speicherkondensator (56)des Schutzkreises mit derselben Polarität aufladen wie den Filterkondensator

(22).

9. Durchschlagschutz nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet,daß die Emitter-Kollektor-Strecke eines jeden der Transistoren (31-36), bei dem die Gefahr eines fehlerhaften Leitens besteht, durch eine entgegengesetzt gepolte Freilaufdiode (44-49) überbrückt ist, welche zumindest einen Teil des rückwärts gerichteten Erholungsstromes übernimmt.

10. Durchschlagschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder der Transistoren (31-36) im Wechselrichter (25) durch eine Darlington-Transistorleistungsstufe (31a,31b) gebildet ist.

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11. Durchschlagschutz für die Transistoren eines Spannungswechselrichters, welcher über Gleichsparmungsschienen von einer Gleichspannungsquelle mit Gleichspannung beaufschlagt ist, welche einen über die Gleichspannungsschienen geschalteten Filterkondensator aufweist, wobei der Wechselrichter zumindest ein Paar bipolarer Leistungstransistoren aufweist, welche unter Störeinflüssen einem Kurzschlußstrom ausgesetzt sein können, der dadurch entsteht, daß der Filterkondensator der Gleichspannungsquelle über die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren entladen wird, wenn die Transistoren fehlerhafterweise zum gleichen Zeitpunkt in den leitenden Zustand geschaltet werden, wodurch die Glexchspannungsschienen kurzgeschlossen werder, gekennzeichnet durch einen über die Glexchspannungsschienen (26,27) geschalteten Schutzkreis, der einen Speicherkondensator (56) und einen in Reihe hierzu geschalteten Thyristor (57) aufweist; durch einen Ladekreis (16,62), welcher den Speicherkondensator (56) mit entgengesetzter Polarität zum Filterkondensator (22) auflädt; durch eine Drossel (29), die in Reihe zum Filterkondensator (22) geschalter ist und die Anstiegsgeschwindigkeit eines etwa fließenden Kurzschlußstromes begrenzt, derart, daß der Kurzschlußstrom linear sägezahnförmig anwächst; und durch eine Steuereinrichtung (64), welche auf das Auftreten einer Kurzschlußsituation derart anspricht, daß sie den Thyristor (57) in den leitenden Zustand schaltet, so daß der Speicherkondensator (56) entladen wird und ein Schutzstrom hoher Amplitude in zum Kurzschlußstrom aus dem Filterkondensator (22) ent-

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gegengesetzter Richtung durch die fehlerhaft leitenden der Transistoren (31-36) geschickt wird, wobei der Nettostrom durch die Transistoren ein rückwärts gerichteter Strom ist, durch welchen die Minoritätsträger ausgeschwemmt werden und durch welchen ein rasches Abschalten der Transistoren sichergestellt wird, so daß diese nicht beschädigt werden können.

^.Durchschlagschutz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke eines jeden der Transistoren (31-36), welcher kurzschlußgefährdet ist, durch eine entgegengesetzt gepolte Freilaufdiode (44-49) überbrückt ist, welche den Rückwärtsstrom übernimmt, nachdem die Minoritätsträger ausgeschwemmt worden sind und der Transistor abgeschaltet worden ist.

13. Durchschlagschutz nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (31-36) NPN-Transistoren sind, daß die positiv geladene Klemme des Filterkondensators (22) mit der positiven Gleichspannungsschiene (26) verbunden ist und daß die negativ geladene Klemme des Speicherkondensators (56) ebenfalls mit der positiven Gleichspannungsschiene (26) verbunden ist.

14. Durchschlagschutz für die Transistoren eines Spannungswechselrichters, welcher fehlerhaft leitende Transistoren gegen einen durch sie fließenden Kurzschlußstrom schützt, wenn die Aus-

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gangsklemmen des Wechselrichters kurzgeschlossen werden,wobei dieser Kurzschlußstrom aus dem Filterkondensator der den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsquelle fließt, gekennzeichnet durch eine Begrenzereinrichtung (29), welche die Anstiegsgeschwindigkeit eines etwa eintretenden Kurzschlußstromes begrenzt; und durch eine Schutzeinrichtung (56-64), welche auf das ausgangsseitige Auftreten eines Kurzschlusses derart anspricht, daß sie einen rückwärts gerichteten Strom durch die fehlerhaft Leitenden der Transistoren (31-36) schickt, welcher dem Kurzschlußstrom entgegengesetzt ist und diesen somit neutralisiert, derart, daß ein schnelles Abschalten der fehlerhaft Leitenden der Transistoren (31-36) erhalten wird und so ihre Zerstörung verhindert wird.

15. Durchschlagschutz nach Anspruch 14, wobei die Gleichspannungsquelle über Gleichspannungsschienen mit dem Wechselrichter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung einen über die Gleichspannungsschiene (26,27) geschalteten Schutzkreis aufweist, welcher einen in Reihe geschalteten Speicherkondensator (56) aufweist, der normalerweise mit zur Polarität des Filterkondensators (22) entgegengesetzter Polarität aufgeladen ist und bei Auftreten eines ausgangsseitigen Kurzschlusses entladen wird, so daß durch die fehlerhaft leitenden der Transistoren (31-36) ein Schutzstrom fließt, der dem KurζSchlußstrom entgegengerichtet ist.

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