DE3222621A1

DE3222621A1 - Verfahren zum schutz eines wechselrichters

Info

Publication number: DE3222621A1
Application number: DE19823222621
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr.-Ing. Nestler; Helmut Dipl.-Ing. 1000 Berlin Niedermeier
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-12-15

Description

Verfahren zum Schutz eines Wechselrichters
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz eines Wechselrichters gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches 1.
Eine Wechselrichterkippung ist eingetreten, wenn die beiden Zweige des Thyristor-Zweigpaares Strom führen.
Es ist bekannt, die Thyristoren eines Wechselrichters bei einer Wechselrichterkippung durch einen Kurzschließer-Thyristor zu schützen, der am Eingang des Wechselrichters angeordnet ist. Der Kurzschließer-Thyristor schützt die Thyristoren des Wechselrichters vor dem kurzschlußartig ansteigenden Strom, indem er diesen übernimmt. Der Kurzschließer-Thyristor übernimmt dabei nicht nur den Entladestrom des Glättungskondensators am Eingang des Wechselrichters, sondern auch den Strom, der aus der speisenden Spannungsquelle nachgeliefert wird, vgl. Aufsatz von Golde, E., Lehmann, G. "Schwingkreisumrichter für induktive Erwärmung", "AEG-Mitteilungen" 56 (1966) 7, Seiten 445 bis 450, insbesondere Seite 448.
Nachteile der bekannten Lösung sind, daß ein Kurzschließer-Thyristor erforderlich ist, und daß bei einer Wechseirichterkippung der Betrieb des Wechselrichters durch das Ansprechen der übergeordneten Schutzeinrichtung (Sicherungen oder Schnellschalter) unterbrochen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Thyristoren eines Wechselrichters im Störungsfall einer Wechselrichterkippung vor Überstrom zu schützen, wobei der Betrieb weder durch Ansprechen von Sicherungen noch durch Betätigung eines Schalters unterbrochen wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des vorliegenden Patentanspruches 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.
Die Drosseln begrenzen nicht nur den Strom auf einen für die Thyristoren des Wechselrichters zulässigen Wert, sondern sie ermöglichen darüber hinaus die Umkehrung der Polarität der Spannung an den Glättungskondensatoren, so daß die Löschung der Thyristoren ermöglicht wird. Bei der Löschung der Thyristoren des Wechselrichters tritt die Halbperiodendauer der Eigenschwingung des Reihenschwingkreises als Schonzeit auf.
Nach dem Eintreten einer Wechselrichterkippung fließt über den Reihenschwingkreis ein Schwingkreisstrom, der mit seiner ersten sinusförmig verlaufenden Halbschwingung über die Thyristoren des Wechselrichters fließt.
Während dieser Halbschwingung kehrt sich die Spannung an den Glättungskondensatoren um, so daß die Spannung in der folgenden Halbschwingung als Kommutierungsspannung für die Thyristoren zur Verfügung steht. Die zweite Halbschwingung des Schwingkreisstromes fließt in entgegengesetzter Richtung, und zwar fließt sie über die Rücklaufdioden.
Die zweite Halbperiodendauer tritt dabei als Schonzeit für die Thyristoren auf, weil während dieser Zeitdauer eine positive Sperrspannungsbeanspruchung für die Thyristoren nicht auftreten kann. Nachdem die zweite Halbperiodendauer verstrichen ist, sind die beiden Thyristoren de: Wechselrichters gelöscht. Vorausgesetzt ist dabei, dan die als Halbschwingdauer auftretende Schonzeit größer ist als die Freiwerdezeit der verwendeten Thyristoren.
Nachdem die Thyristoren gelöscht sind, kann der Wechselrichterbetrieb im Anschluß hieran fortgesetzt werden.
Fals mit dieser Löschung die Kippung noch nicht behoben ist, kann eine zweite oder dritte Löschung erfolgen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind: Keine Betriebsunterbrechung durch Ansprechen von Sicherungen oder eines Schalters, geringer Aufwand in der Schaltung des Leistungsteiles und der Steuerung, keine zusätzlichen Leistungshalbleiter erforderlich, automatische Störungsbeherrschung, einfache Steuerungsweise im Störungsfall bedingt hohe Betriebssicherheit.
In Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist zur Beherrschung der Wechselrichterkippung noch eine Einrichtung zur Erfassung des Störungsfalls und eine in Abhängigkeit davon arbeitende Blockierungseinrichtung für die Steuerimpulse der Thyristoren des Wechselrichters vorgesehen.
Eine Wechselrichterkippung wird durch Stromwandler erfaßt, die in den Zweigen der Thyristoren angeordnet sind.
Eine Wechselrichterkippung ist eingetreten, wenn die beiden Zweige des Thyristor-Zweigpaares Strom führen.
Nach der Erfassung der Wechselrichterkippung werden die Steuerimpulse für die Thyristoren sofort oder mit einer einstellbaren Verzögerung bei Andauern der Kippung für eine bestimmte Zeit blockiert.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die Figur 1 einen Gleichstromumrichter, der einen Schwingkreiswechselrichter enthält.
Beschrieben ist ein solcher Gleichstromumrichter mit seiner Schaltung und seiner Funktion in der Veröffentlichung Strom und Spannungsverhältnisse bei einem lastgeführten Gleichs tromumrichter" "Wissenschaftliche Berichte AEG-TELEFUNKEN" 48 (1975) 2/3, Seiten 123 bis 132 von R. Hermann und J. Nester.
Die Gleichspannungsquelle 21 wird über den Gleichstromumrichter aus der Gleichspannungsquelle 1 gespeist. Die Gleichspannungsquelle 1 kann beispielsweise ein Gleichspannungsnetz (Fahrleitungsnetz einer Bahn), ein Solargenerator oder ein Akkumulator sein. Bei der Gleichspannungsquelle 21 kann es sich beispielsweise um einen Akkumulator handeln.
Der Wechselrichter besteht aus den Glättungsdrosseln 4 und 5, den Thyristoren 11 und 12, den Rücklaufdioden 15 und 16, einer Schwingkreisdrossel 8, einem Schwingkreiskondensator 9 und einem Ausgangstransformator 10. Im Ausgangskreis des Wechselrichters liegt eine Gleichrichterbrücke 17, e.in Glättungskondensator 18 und die Glättungsdrossel 19. Im Einganqskreis des Gleichstromumrichters liegen eine Eingangsdrossel 2 und eine Diode 3.
Die Steuerung des Gleichstromumrichters besteht aus einem Spannungsregler 22, einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 23 und ein Glied zur Steuerimpulsbildung und -Verstärkung t4 fLir die Thyristoren.
EF; s:i rd nun zwei Drosseln 6 und 7 vorgesehen, die in Reihe mit dem Kondensator 4 respektive 5 geschaltet sind.
Es entsteht dadurch ein.Reihenschwingkreis, der im Fall einer Wechselrichterkippung als Löschzweig des Wechselrichters wirksam wird.
Die Figur 2 zeigt das Ersatzschaltbild des Löschkreises und die Figur 3 den Verlauf des Schwingkreisstromes, der sich dem Strom überlagert, der aus der Eingangsspannungsquelle gespeist wird.
In der ersten Halbschwingung des Schwingkreisstromes sind die Thyristoren 11 und 12 und in der zweiten Halbschwingung die Rücklaufdioden 15 und 16 stromführend.
Nach dem Eintreten der Kippung fließt der sinusförmig verlaufende Schwingkreisstrom über die Thyristoren 11-und 12. Nach dem Nulldurchgang des Schwingkreisstromes kehrt dieser seine Richtung um und fließt über die Rücklaufdioden 15 und 16. Die Stromflußdauer der Rücklaufdioden 15 und 16 tritt gleichzeitig als Schonzeit tc für die Thyristoren auf. Nach dem Verstreichen der zweiten Stromhalbschwingung ist die Wechselrichterkippung behoben, weil beide Thyristoren gelöscht sind. Anschließend kann der normale Wechselrichterbetrieb fortgesetzt werden.
Die Eingangs drossel 2 des Gleichstromumrichters verhindert, daß sich die Glättungskondensatoren zu schnell aus der speisenden Eingangsspannungsquelle nachladen, wodurch die zweite Halbschwingung verkürzt würde und die Löschung der Thyristoren mißlingen könnte.-Es ist, vgl. Fig. 1, ferner eine Einrichtung zur Erfassung einer Wechselrichterkippung vorgesehen, die aus zwei Stromwandlern 13 und 14-Sesteht. Erfolgt eine Kippung, so geben beide Wandler ein Signal an eine Blockiereinrichtung 25. Diese gibt sofort bder mit einer einstellbaren Verzögerung bei Andauern der Kippung ein Signal an das Glied 24, das eine weitere Ausgabe von Steuerimpulsen an die Thyristoren des Wechselrichters für eine bestimmte Zeit verhindert.
Die Thyristoren des Wechselrichters müssen so ausgelegt sein, daß sie die erste Halbschwingung des Schwingkreisstromes führen können. Dies kann im Verhältnis zum normalen Betrieb durchaus eine überdimensionierung bedeuten.
Der Aufwand ist jedoch im Vergleich zu einem zusätzlichen Kurzschließer-Thyristor bedeutend geringer.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Schutz der Thyristoren eines Wechselrichters vor Überstrom im Störungsfall einer Wechselrichterkippung, wobei den Thyristoren Rücklaufdioden gegensinnig parallelgeschaltet sind, dadurch qekennzeichnet, daß vorhandene Glättungskondensatoren (4,5) oder parallel zum Wechselrichtereingang eingefügte Kondensatoren durch Drosseln (6,7) zu einem Reihenschwingkreis ergänzt werden, der im Fall einer Wechselrichterkippung als Löschzweig des Wechselrichters wirksam wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erfassung einer Wechselrichterkippung (Stromwandler 13, 14) vorgesehen ist, die bei Vorliegen einer Störung sofort oder mit einstellbarer Verzögerung bei Andauern der Kippung die Abgabe von Steuerimpulsen an die Thyristoren des Wechselrichters für eine bestimmte Zeit blockiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß durch eine am Eingang des Wechselrichters vorgesehene Drossel (2) eine zu schnelle Nachladung der Glättungskondensatoren aus der speisenden Eingangsspannungsquelle (1) verhinder wird.