DE3347108A1

DE3347108A1 - Statische umrichterbruecke

Info

Publication number: DE3347108A1
Application number: DE19833347108
Authority: DE
Inventors: Walter Janker
Original assignee: Garbe Lahmeyer and Co AG
Current assignee: Garbe Lahmeyer and Co AG
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1985-07-04
Also published as: DE3347108C2

Description

STATI SCIJE UMRICHTERBRUCKE
Die Erfindung bezieht sich auf eine statische Umrichterbrücke, die entweder aus einer Gleichstromquelle über mindestens eine Drossel gespeist wird, oder bei der die Wechselstromanschlüsse je über eine Drossel an die zugeordneten Brückenschalter angeschlossen sind.
Umrichterbrücken können ein- oder mehrphasig, insbesondere dreiphasig ausgebildet sein und dienen der Umwandlung von Gleichstrom in Wechsel- oder Drehstrom und umgekehrt. Solchen Umrichterbrücken sind oft Drosseln z.B. zur Begrenzung des Stromanstiegs im Kurzschlußfall zugeordnet. Entweder liegen solche Drosseln in den Zuleitungen zwischen der Gleichstromquelle und den Gleichstromanschlüssen der Brücke oder zwischen den Brückenschaltern im Bereich der Wechselstromanschlüsse.
Bei einer schnellen Sperrung der Brücke aufgrund eines aufgetretenen Fehlers (Lastschluß, Erdschluß oder ähnliches) führen diese Drosseln zu einer Spannungsüberhöhung an den Brückenschaltern, durch die letztere zerstört werden können. Um diese Gefahr zu vermeiden, könnte man den einzelnen Brückenschaltern, üblicherweise Thyristoren, Transistoren oder GTO-Halbleiter (gate turn off) , Spannungsbegrenzungsglieder parallelschalten, doch wäre eine weniger aufwendige und damit sicherere Lösung von Vorteil.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Umrichterbrücke anzugeben, bei der durch einfache Maßnahmen Uberspannungen an den Brückenschaltern bei schnellem Sperren der Brücke vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einer statischen Umrichterbrücke, die aus einer Gleichstromquelle über mindestens eine Drossel gespeist wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu den Gleichstrom-Speiscanschlüssen der Brücke die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Thyristors angeordnet ist, und daß dieser Thyristor mit demselben Fehlersignal gezündet wird, das die Schalter der Brücke in den Sperrzustand steuert.
Bei einer statischen Umrichterbrücke, bei der die Drosseln zwischen die Brückenschalter eingefügt sind und die Wechselstromanschlüsse zwischen den beiden benachbarten Drosseln liegen, ist die erfindungsgemäße Reihenschaltung eines Kondensators und eines Thyristors zweimal vorzusehen, und zwar je einmal zwischen jedem Gleichstromanschluß und einem Punkt, der über Entkopplungsdioden an die den Wechselstromanschlüssen abgewandten und dem Gleichstromanschluß zugewandten Drosselanschlüsse angeschlossen ist.
Vorzugsweise ist parallel zum Kondensator jeder der aus dem Kondensator und einem Thyristor bestehenden Reihenschaltung ein Entladewiderstand angeschlossen, dem ein steuerbarer Halbleiterschalter in Reihe zugeordnet sein kann, der nur nach dem Auftreten eines Fehlersignals wirksam wird.
Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip besteht also darin, den Strom der Drossel bzw. Drosseln an den Schaltern der Brücke vorbei zur Aufladung eines Kondensators zu verwenden, wenn alle Brückenschalter plötzlich gesperrt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele mithilfe der Zcichnungen näher erläutert.
i'iq. 1 zeigt das SchalLbild einer statischen Umrichterbrücke, die aus einer Gleichstromquelle über eine Drossel gespeist wird.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer anderen Umrichterbrücke, bei der Drosseln zwischen den Schaltern der Brücke eingefügt sind.
Die beiden Ausführungsbeispiele betreffen Drehstrombrücken mit drei Brückenzweigen und sechs Brückenschaltern, im vorliegenden Fall Leistungstransistoren 1 bis 6 bzw. 1' bis 6'. Je zwei solcher Schalter liegen in Reihe zwischen den Gleichstromanschlüssen der Brücke, nämlich einem positiven Anschluß 7 und einem negativen Anschluß 8. Zu jedem Schalter ist eine Rückspeisungsdiode in bekannter Weise parallelgeschaltet.
Im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 ist eine Gleichspannungsquelle mit den Polen 9 und 10 mit den Gleichspannungsanschlüssen 7 und 8 der Brücke über eine Drossel 11 verbunden, die zwischen den Punkten 7 und 9 liegt. Eine gleichartige Drossel könnte auch zwischen den Punkten 8 und 10 vorgesehen sein.
Die Wechselstromanschlüsse R, S und T befinden sich je am Verbindungspunkt zweier Schalter eines Zweiges.
Im Normalbetrieb werden die Schalter der Brücke so gesteuert, daß stets ein Gleichstrompfad durch die Brücke und eine mit den Anschlüssen R, S und T verbundene Drehstromlast besteht. Bei einem plötzlichen Sperren aller Schalter der Brücke jedoch baut sich an der Drossel 11 eine Spannung auf, die die zulässige Sperrspannung der Transistoren 1 bis 6 überschreiten kann. Um dies zu vermeiden, liegt zwischen den Gleichstromanschlußklemmen 7 und 8 der Brücke die Reihenschaltung eines Kondensators 12 und eines Thyristors 13. Der Steueranschluß 14 dieses Thyristors wird mit demselben Fehlersignal beaufschlagt, das auch zur Sperrung der Transistoren 1 bis 6 verwendet wird.
Geht man davon aus, daß der Kondensator 12 vor dem Auftreten eines Fehlersignals entladen ist, dann kommt es beim Auftreten eines Fehlersignals, durch das die Brücke gesperrt und der Thyristor 13 leitend gesteuert wird, zu einer Aufladung des Kondensators 12. Im ersten Augenblick wirkt die Serienschaltung aus dem Kondensator 12 und dem Thyristor wie ein Brückenkurzschluß, der verhindert, daß die Spannung am Punkt 7 aufgrund der Drosselinduktivität ansteigt. Erst nach und nach, wenn der Kondensator 12 sich seiner Endspannung nähert, steigt die Spannung am Anschluß 7 an. Der langsamere Anstieg führt aber in gleichem Maße zu einer Verringerung der Spannunq an der Drossel 11 und der Spannung an den Brückenschaltern. Durch eine einfache Maßnahme wurde also ein wirksamer Schutz aller Brückenschalter erzielt.
Der Thyristor 13 geht selbsttätig in den Sperrzustand über, wenn der Ladestrom des Kondensators 12 zu fließen aufhört.
Danach muß der Kbndensator 12 aber wieder entladen werden, was durch einen einfachen Widerstand parallel zum Kondensator 12 erfolgen kann. Soll die Schaltung allerdings schnell wieder betriebsbereit sein, dann empfiehlt es sich, diesen Widerstand 15 in Reihe mit einem llilfsthyristor 16 anzuordnen und den Hilfsthyristor zu zünden, sobald der Hauptthyristor 13 stromlos geworden ist.
Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip, den Drosselstrom im Falle der Blockierung der Brücke an den Schaltern der Brücke vorbei in einen Kondensator zu leiten, führt auch dann zu einer einfachen Schaltung, wenn die Drosselspulen, wie Fig. 2 zeigt, zwischen den Halbleiterschaltern jedes Brückenzweiges angeordnet sind und die Wechselstromanschlüsse R, S, T der Brücke jeweils als Zwischenabgriff solcher Drosseln 17, 18, 19 ausgebildet sind.
Es genügt dann zwar nicht mehr, die Reihenschaltung aus dem Kondensator und dem Thyristor an die Gleichstromanschlüsse der Brücke anzuschließen, sondern es muß dafür gesorgt werden, daß der durch die Drosseln fließende Strom an beiden zugeordneten Schaltern vorbei zu den Polen 9' und 10' der Gleichstromquelle abfließen kann. Dementsprechend sind zwei Thyristoren 20 und 21 vorgesehen, die je in Reihe mit einem Kondensator 22 und 23 zwischen einem der Pole 9' bzw. 10' der Gleichstromquelle und einem Punkt 24 bzw. 25 angeschlossen sind, der über Entkopplungsdioden wie z.B. 26 mit je einem dem Wechselstromanschluß abgewandten Ende einer der Drosseln 17, 18 und 19 verbunden ist.
Für die Entladung der Kondensatoren 22 und 23 sind in Fig. 2 lediglich Widerstände 27 und 28 vorgesehen. Diese Widerstände könnten aber auch in Reihe mit einen1Hilfsthyristorlwie der Thyristor 16 in Fig. liegen.
Wenn ein Signal die Brücke in den Sperrzustand steuert, dann werden mit diesem (rlelichen Signal die Thyristoren 20 und 21 gezündet. Wie im Fall der Fig. 1 wird der von den Drosseln 17, 18 und 19 gelieferte Strom in der Anfangsphase zur Aufladung der Kondensatoren 22 und 23 verwendet, so daß sich erst allmählich und in beschränktem Ausmaß eine Über spannung an den Brückenschaltern ausbilden kann. Es ist zu beachten, daß diese Schutzschaltung völlig symmetrisch für alle Brückenzweige wirksam wird und die induktive Energie aus allen drei Drosseln entlädt.
Es ist beachtenswert, daß die Kondensatoren 22 und 23 ebenso wie der Kondensator 12 im Normalbetrieb der Brücke dauernd entladen bleiben. Daraus folgt, daß sie im Normalbetrieb auch keine Verlustleistung verursachen und somit sehr groß dimensioniert werden können, um im Schadensfall hohe Stromspitzen abbauen zu können.
Die Erfindung ist nicht auf die im einzelnen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So läßt sie sich auch mit Vorteil auf einphasigc Brücken oder auf Brücken mit andersartigen Halbleiterschaltern (z.B. Thyristoren) anwenden. Die Gleichstromquelle mit den Polen 9 und 10 bzw. 9' und 10' wird häufig von einem Inselnetz gebildet, das über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist wird.
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Claims

STATISCHE UMRICHTERBRUCKE PATENTANSPRUCHE =============== ½; Statische Umrichterbtticke, die aus einer Gleichstromquelle über mindestens eine Drossel gespeist wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß parallel zu den Gleichstrom-Speiseanschlüssen (7, 8) der Brücke die Reihenschaltung eines Kondensators (12) und eines Thyristors (13) angeordnet ist, und daß dieser Thyristor mit demselben Fehlersignal gezündet wird, das die Schalter (1- 6) der Brücke in den Sperrzustand steuert.
2 - Statische Umrichterbrücke, die aus einer Gleichstromquelle gespeist wird und bei der die Wechselstromanschlüsse je über je eine Drossel an die zugeordneten Brückenschalter angeschlossen sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß je eine Reihenschaltung eines Kondensators (22, 23) und eines Thyristors (20, 21) zwischen einem Gleichstromanschluß (9' bzw. 10') und einem Punkt (24 bzw. 25) angeordnet ist, der über Entkopplungsdioden (26) an die den Wechselstromanschlüssen (R, S, T) abgewandten und dem erwähnten Gleichstromanschluß (9' bzw. 10') zugewandten Anschlüsse der Drossel (17 bzw. 18 bzw. 19) angeschlossen ist, und daß diese Thyristoren mit demselben Fehlersignal gezündet werden, das die Schalter (1' - 6') der Brücke in den Sperrzustand steuert.
3 - Umrichterbrücke nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß parallel zum Kondensator (12, 22,23) jeder der Reihenschaltungen ein Entladewiderstand (15, 27, 28) angeschlossen ist.
4 - Umrichterbrücke nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß in Reihe mit dem Entladewiderstand (15) ein steuerbarer Halbleiterschalter (16) angeordnet ist, der von einem dem Fehlersignal nachfolgenden Signal gezündet wird.