DE3213792A1

DE3213792A1 - Elektronischer leistungsschalter zur strombedaempfung in zwei- und mehrphasennetzen

Info

Publication number: DE3213792A1
Application number: DE19823213792
Authority: DE
Inventors: Peter Ing. Angermaier (Grad.); Hans-Jürgen Ing. Hagemann (grad.); Klaus Dr.-Ing. 2000 Hamburg Kranert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1983-11-03
Also published as: DE3213792C2

Description

"Elektronischer Leistungsschalter zur Strombedämpfung in
Zwei- und Mehrphasennetzen Die Erfindung befasst sich mit einem elektronischen Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Elektronische Leistungsschalter sind an sich bekannt. Sie weisen einen Hauptthyristor in einem Gleichstromkreis auf, zu dem parallel eine Löscheinrichtung, bestehend aus Löschthyristor, Ldschkondenaator und Löschdrossel gelegt ist. Werden diese Schalter in Wechsel- und Drehstromkreisen eingesetzt, so ist die zusätzliche Bedingung zu erfüllen, daß Thyristorzweige für verschiedene Stromrichtungen vorzusehen sind. In den wissenschaftlichen Berichten von AgG-TELEFUNKEN, 1975, Seiten 116/117 mit den Bildern 17a - c ist ein solcher Schalter beschrieben und dargestellt.
Der aus Bild 17a zu entnehmende strombegrenzende Halbleiterschalter besitzt antiparallel geschaltete Thyristorzweige jeweils mit Löscheinrichtungen, die parallel zum Hauptthyristor einen Löschkondensator mit Löschthyristor aufweisen.
Nach Zünden des Löschthyristors wird der Hauptstrom unterbrochen. Anschließend fließt der Strom über den Löschthyristor und Löschkondensator, der dabei umgeladen wird. Die im Kreis gespeicherte magnetische Energie muß im Abschaltzeitpunkt von dem Halbleiterschalter beim Ausschalten übernommen werden. In vielen Fällen reicht der Löschkondensator hierfür nicht aus. Es wurde daher parallel zum Löschzweig ein Spannungsbegrenzer gelegt, der aus einer Gegenschaltung von Diode und Zenerdiode besteht. Bei Üherschreiten der maximalen Abschaltspannung spricht der Spannungsbegrenzer an und hält die Schalterspannung konstant, wobei er Energie speichert und verbraucht. Der Kurzschlußstrom wird somit bereits im Anfangsstadium unterbrochen. Wegen ihrer Baugröße und ihrer Kosten sind solche Schalter bisher nur versuchsweise eingesetzt worden.
Aus der DE-AS 21 57 230 ist es weiterhin bekannt, zur Beherrschung großer Ströme eine Parallelanordnung eines Hauptthyristors mit in Reihe liegender Drossel vorzusehen, denen je ein eigener Löschkondensator zugeordnet ist, der zwischen dem Hauptthyristor und der Drosselspule angeschlossen ist. Um eine unzulässig hohe Sperrspannung von den Thyristoren fernzuhalten, ist parallel zum jeweiligen Hauptthyristor ein Schutzwiderstand gelegt. Dieser ist so bemessen, daß er den bei einer Störung auftretenden maximalen Strom ohne unzulässige Erwärmung führen kann. Ferner ist eine Überwachung der Ströme in den einzelnen Zweigen vorgesehen, um in Abhängigkeit hiervon die Löschung der Thyristoren herbeizuführen.
Zur Kurzschlußstrombegrenzung und zur Netzentkopplung können diese Schalter nicht ohne weiteres eingesetzt werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Schalter der eingangs genannten Art bezüglich des technischen Aufwandes, der KurzschluBbedämpfung und der Schaltzeiten zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Vorteile des Schalters nach der Erfindung sind darin zu sehen, daß er zu jeder Zeit durch Zwangskommutierung den Strom unterbricht und dafür kurze Schaltzeiten benötigt.
Durch die angeg-ebenen Maßnahmen gelingt es, den Strom in Stromnullgang ganz zu unterbrechen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Leistungsschalter mit zwei antiparallelen Gleichstromschaltern mit Gleichstromwandlern in jedem Zweig, Fig. 2 einen Leistungsschalter mit einem gemeinsamen Wechselstromwandler, Fig. 3 einen Leistungsschalter mit antiparallelen Thyristoren im Bdämpfungszweig, Fig. 4 einen Leistungsschalter mit antiparalleler Diode und Fig. 5 einen Leistungsschalter mit einer Reihenschaltung von Widerstand und Thyristor, antiparallel zu der Diode nach Fig. 4.
In Fig. 1 ist eine Phase mit einem elektronischen Leistungsschalter und der zugehörigen Beschaltung eines Mehrphasennetzes dargestellt. Der Schalter besteht aus den Hauptthyristoren TH1 TH2 mit den in Reihe geschalteten Vordrosseln LHl, LH2 und Gleichstromwandlern fl, f2. Direkt über den Hauptthyristoren sind die Lbschkreise mit den Löschthyristoren TL1, TL2, den Löschkondensatoren CL1, CL2 und den Löschdrosseln LL1, LL2 angeordnet. Die Loschkondensatoren werden aus Transformatoren m1, m2 über Widerstände R1, R2 und Dioden D1, D2 aufgeladen. Die Zündelektroden der Thyristoren und die Sekundärwicklungen der Gleichstromwandler sind an eine Signal- und Zündleitung 1 angeschlossen, die an eine Überwachungseinrichtung Ü geführt ist. Parallel zu dem Leistungsschalter ist ein Bedämpfungswiderstand Z gelegt.
Im normalen Betrieb führen die Hauptthyristoren TH abwechselnd den Strom. Die Vordrosseln LH dienen zur gegenseitigen Entkopplung der Löschkreise. Die Stromwandler f erfassen phasengerecht den jeweiligen Gleichstrom in den Thyristorzweigen und geben bei Erreichen eines maximalen Stromwertes über die Leitung 1 ein Signal an die Überwachungseinrichtung Ü, die ein Zündsignal an den Löschthyristor T L des jeweils stromführenden Hauptthyristors gibt und gleichzeitig den Zündstrom für alle Hauptthyristoren unterbricht. Der jetzt über den jeweiligen Löschthyristor verlaufende Hauptstrom wird- zusätzlich über den Bedämpfungswiderstand Z geführt und auf einen beherrschbaren Strom begrenzt. Der Widerstand Z kann aus einem Ohmschen Widerstand, einer Induktivität oder aus einer Kombination eines ohmschen und eines induktiven Widerstandes bestehen.
Der Leistungsschalter nach Figur 2 weist anstelle der in jedem Hauptthyristorzweig angeordneten -und aufwendigeren Gleichstromwandler nach Figur 1 einen in der gemeinsamen Zuleitung liegenden Wechselstromwandler f auf. Dieser erfasst ständig den in der Zuleitung fließenden Wechselstrom und wird dann ein Ausgangssignal an die Überwachungseinrichtung Ü legen, wenn der maximale Stromwert erreicht oder überschritten ist. In der Überwachungseinrichtung wird das Signal des Wechselstromwandlers phasengerecht verarbeitet und als Zünd- oder 5perrsignal an die jeweiligen Thyristoren des Leistungsschalters abgegeben.
Nach Figur 3 ist als weitere Variante zum Leistungsschalter und in Reihe mit dem Bedämpfungswiderstand Z eine Antiparallelschaltung von Thyristoren T angeordnet, deren Zündstrom

Claims

PATENTANSPRÜCHE o" N (;j;. Elektronischer Leistungsschalter zur Strombedämpfung in Zwei- und Mehrphasennetzen unter Verwendung von Thyristor-Gleichstromschaltern, bestehend aus Haupt- und Löschthyristor und einer Ladeeinrichtung für den Löschkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens (n-1) Phasen zwei Thyristor-Gleichstromschalter (TH) antiparallel geschaltet sind, deren Löschkreise direkt über den Hauptthyristoren liegen und Uordrosseln (LH) zur gegenseitigen Entkopplung vorgesehen sind, daß ein Stromwandler (f) zur phasengerechten Erfassung des Stromes angeordnet ist, der bei Erreichen eines maximalen Stromwertes ein Zündsignal an den Löschthyristor (TL) des stromführenden Hauptthyristors (TH) und die Unterbrechung des Zündstromes bei allen Hauptthyristoren veranlasst, und daß parallel zur Reihenschaltung von Hauptthyristor (TH) und Vordrossel (LH) ein Widerstand (Z) zur Bedampfung des Hauptstromes gelegt ist.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Z) aus einem Ohmschen Widerstand, einer Induktivität oder aus einer Kombination von Widerstand und Induktivität besteht.
3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Widerstand (Z) zwei antiparallel geschaltete Thyristoren (T) angeordnet sind, deren Zündstrom zeitverzögert unterbrochen wird.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (f) in der gemeinsamen Zuleitung angeordnet ist, dessen Ausgangssignal an eine Überwachungseinheit (Ü) geführt ist.
5. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (f) ein Gleichstromwandler (Krämerwandler) ist und in jedem der antiparallelen Hauptthyristorzweige liegt.
6. Leistungsschalter nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine externe Aufladung der Löschkondensatoren (C, ).über einen fremdgespeisten Wechselrichter erfolgt.
7. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Phase ein elektronischer Leistungsschalter angeordnet ist, bei dem parallel zum Bedämpfungswiderstand (7) eine Diode (n) gelegt ist.
8. Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Leistungsschalter mit antiparalleler Diode die Reihenschaltung eines Thyristors (T) und eines Widerstandes (Z) gelegt ist.