DE3150394A1

DE3150394A1 - "schutzschaltung fuer einen gekippten thyristor-wechselrichter"

Info

Publication number: DE3150394A1
Application number: DE19813150394
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ing. Fritsche (grad.), 1000 Berlin; Ernst Dipl.-Ing. Golde
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1982-09-16
Also published as: DE3150394C2

Description

Schut:zseLaltung für einen gekippten Thyristr-Wechse1r chter
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Wechselrichter ist aus Heumann/Stumpe "Thyristoren", 1969, B.G.
Teubner, Stuttgart, Seite 84 bekannt.
Beim Betrieb eines Stromrichters im Wechselrichterbetrieb liegt nach Beendigung der Kommutierung und Sperrung des abgelösten Thyristors für einen bestimmten Zeitabschnitt, der als Löschwinkel bezeichnet wird, eine negative Sperrspannung an diesem Thyristor. Nach Ablauf des Löschwinkels geht die Sperrspannung am gelöschten Thyristor durch Null und steigt anschlleßend auf positive Werte an. Damit die Löschung des Thyristors sicher gewährleistet ist, muß die Löschzeit größer als die Freiwerdezeit des Thyristors sein.
Diese Freiwerdezeit liegt bei Frequenz-Thyristoren unter 100 bus.
Unterschreitet die Löschzeit auch nur für eine Kommutierung - z.B. infolge Spannungsabsenkung des Wechselstromnetzes oder Überlastung des Stromrichters - den Mindestwert, so tritt ein Kurzschluß zwischen den beiden sich ablösenden Wechselstromphasen auf, da der vorhergehende Thyristor nicht mehr gelöscht werden kann. Man spricht dann von einem Kippen des Wechselrichters.
Um eine Zerstörung der Thyristoren durch den Kurzschluß zu vermeiden, ist es notwendig, diese strommäßig entsprechend hoch auszulegen und Mittel vorzusehen, durch die der Betrieb des gekippten Wechselrichters unterbrochen wird.
Die Erfilaùung bezweckt die strommäßig hohe Bemessung der Leistungsteile des Wechselrichters zu vermeiden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für einen gekippten Thyristor-wechselrichter der eingangs genannten Art anzugeben, durch die nach einer wegen Unterschreitens der Freiwerdezeit mißlungenen Kommutierung der gekippte Thyristor-Zweig schnellstmöglich stromlos gemacht werden kann, so daß er vor einer Zerstörung bewahrt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Durch Zündung des mit der Drosselspule in Reihe liegenden Thyristors im Augenblick des Eintritts der Kippung erfolgt eine Umladung der Glättungskapazität innerhalb weniger elektrischer Grade. Damit wird auf vorteilhafte Weise die nachträgliche Löschung eines bereits ^>kippten Wechselrichter-Thyristors ermöglicht, weil durch die Umkehr der Polarität der Spannung der Glättungskapazität alle Thyristorzweige des Wechselrichters für einen gegenüber der Freiwerdezeit langen Zeitraum mit Spannung in Sperrichtung be ->tet und damit stromlos gehalten werden. Die Zerstörung des gekippten Zweiges wird vermieden, und der Wechselrichter kann strommäßig geringer bemessen werden. Nach der Umladung der Glättungskapazität wird diese in einem anschließenden Schwingvorgang über die Rückstromdioden des Wechselrichters auf ihre ursprüngliche Polarität zurückgeladen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schutzschaltung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung soll im folgenden für ein AXs ührungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben werden. Es zeigen Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichters mit der Schutzschaltung nach der Erfindung und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung beim Einsatz der Schutzschaltung.
In Fig. 1 ist ein dreiphasiger selbstgeführter Wechselrichter dargestellt, der zwischen seinen Gleichstromanschlüssen (+ und -) eine Glättungskapazität C aufweist. Drehstromseitig weist der Wechselrichter Anschlüsse U,V,W auf, an die eine aktive Last (z. B. eine rotierende Maschine) oder, vorzugsweise, ein starres Drehstromnetz angeschlossen ist. Im letzteren Fall kann der Wechselrichter z. B. als Blindstrom richter arbeiten, wobei zwischen den Anschlüssen U, V, W die Primärwicklungen eines Transformators zur Blindstromeinspeisung in ein Netz liegen.
Jeder der sechs Wechselrichterzweige weist einen (Haupt)thyristor n 10 bis n 60 mit einer antiparallelen Rückstromdiode n 12 bis n 62 auf. Die Löschung der Thyristoren n 10 bis n 60 erfolgt über zwischen den Thyristorzweigen angeordnete Kommutierungskondensatoren k 1 bis k 6 in bekannter Phasenfolgelöschung. Um zu verhindern, daß die Kommutierungskondensatoren k 1 bis k 6 sich über das Drehstromnetz entladen, sind Sperrdioden n 11 bis n 61 in Serie mit den Thyristoren n 10 bis n 60 vorgesehen. Die Thyristoren n 10 bis n 60 werden von antiparallelen Rückstromdioden n 12 bis n 62 durch Querdrosseln i 14, i 34, i 54 entkoppelt, an deren Mittelanzapfung die drehstromseitigen Anschlüsse U, V, W angreifen.
Parallel zu der Glättungskapazitëqt C ist die Reihenschaltung einer Drosselspule i 1 und eines mit seiner Anoden-Kathoden-Strecke in Richtung vom positiven zum negativen Gleichstromanschluß gepolten Thyristors n 1 angeordnet.
Diese Reihenschaltung soll die nachträgliche Löschung eines bereits gekippten (Haupt)thyristors n 10 bis n 60 ermöglichen. Dazu wird durch Zündung des Thyristors n 1, sobald die Kippung eintritt, die im Vergleich zu den Kommutierungskondensatoren k 1 bis k 6 große Glättungskapazität C über die Drosselspule i 1 und den Thyristor n 1 innerhalb weniger elektrischer Grade umgeladen. In einem anschließenden Schwingvorgang wird die Glättungskapazität C über die Rückstromdioden n 12 .... n 62 und die Drosseln i 14, i 3 vo Netz her auf ihre ursprüngliche Polarität zurückgeladen. Die Phase negativer Spannung an der Glättungskapazität C beträgt dabei mehrere 100 es. Da während dieser Phase alle Thyristoren n 10 bis n 60 Spannung in Sperrichtung führen, hat der jeweils gekippte Thyristor Geliegenheit, seine Sperrfähigkeit in Vorw«:rtsrichtung wiederzuerlangen.
Bei dem Rückladevorgang auf die ursprüngliche F;arität kann die Spannung des Glättungskondensators C nach bekannten Gesetzen theoretisch bis zum Dreifachen ihres ursprünglichen Wertes aufschwingen. Um eine spannungsmäßige Übermessung der betroffenen Bauteile zu vermeiden, wird diese Spannung begrenzt.
Das geschieht mittels eines mit einem weiteren Thyristor n 2 schaltbaren Widerstands R 2, wobei die Einschaltung zwischen dem Nulldurchgang der Kondensatorspannung Uc und dem Erc reichen ihres Nennwertes Uco erfolgt. Der Widerstand R 2 ist so bemessen, daß einerseits von der Kondensatorspannung der Isclations- und Schutzpegel r; nicht überschritten wird, andererseits die drehstromseitige zuleitung bis zur Öffnung eines (nicht gezeigten) vorgeordneten Schutzschalters, der den Wechselrichter dort abschaltet, stromlos bleibt.
Als Widerstand wird vorteilhafterweise ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR) oder eine Kombination mit einem solchen verwendet.
In Fig. 2 ist der Verlauf der Spannung U am Glättungskon c densator C über der Zeit t gezeigt. Ist der Widerstand R 2 nicht vorhanden(R 2 # # ),erglbt sich der gestrichelte Verlauf. Wird dagegen der Thyristor n 2 zwischen dem Nulldurchgang der Kondensatorspannung Uc und dem Erreichen der Kondens aornenn sp arinung Uco gezündet (n 2 @ ), ergibt sich der ausgezogenen Verlauf der Spannung U . Der Rückschwingvorc yang des Glättungskondensators C wird durch Einschalten des vorzugsweise spannungsablängigen Widerstandes R 2 soweit gedämpft, daß die maximale Spannung unterhalb des Schutzpegels Usp bleibt, andererseits aber eine Überspannung besp grenzter Höhe und solcher Zeitdauer auftritt, daß der drehstromseitig zufließende Umschwingstrom 1N nach Null abklingt und bis zur Trennung durch den Schutzschalter ("Schutzschalter aus") auf Null bleibt. Die Bauteile des Wechselrichters werden damit vor Überspannungen nach Abschalten einer Kippung ohne zusätzliche Verluste im Betrieb geschützt.
Der Cnici:tgezeigte) Schutzschalter kann außerdem stromlos geöffnet werden; seine Schaltstücke werden also entlastet.

Claims

Schutzschaltung für einen gekippten Thyristor-Wechselrichter Patentan prüche Schutzschaltung gegen die Folgen einer Kippung für einen Tbyristor-Wechselrichter mit Rückstromdioden, der eine Glättungskapazität zwischen den GleichspannungsanschlUssen aufweist, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung einer Drosselspule (i1) und eines mit seiner Anoden-Kathoden-Strecke in Richtung vom positiven zum negativen Glechstromanschluß gepolten Thyristors (n1) parallel zur Glättungskapazität (C).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich parallel zu (4er Glättungskapazität (C) ein schaltbarer Widerstand (R2) vorgesehen ist.
3 Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstand (R2) ein spannungsabhängiger Wider stand verwendet wird.
4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurcTl gekennzeichnet, daß die Einschaltung des Widerstands (R2) zwischen dem Nulldurchgang der Spannung (Uc) an der Glttungskapa zität (C) bei einem Rückschwingvorgang und dem Erreichen des Nennwerts (UcO) dieser Spannung vorgesehen ist.
5. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine Bemessung des Widerstands (R2), die gewährleistet, daß einerseits von der Spannung (Uc) an der Glättung kapazität (C) ein Isolations- und Schutzpegel (Usp) nicht überschritten wird und andererseits der wechselstromseitige Anschluß des Wechselrichters bis zur Öffnung eines den Wechselrichter dort abschaltenden Schutzschalters stromlos bleibt.