DE3347108C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine statische Umrichterbrücke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Umrichter­ brücke ist z. B. aus der US-PS 42 64 952 bekannt.

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 Gleichstrom­ quelle und den Gleichstromanschlüssen der Brücke oder, wie im vorliegenden Fall, 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 letz­ tere 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 sichere Lösung von Vorteil.

Aus der DE-27 16 367 C2 ist eine Schutzbeschaltung für einen im Wechselschaltbetrieb gegen induktive Last arbeitenden Transistor bekannt, die parallel zur Emitter-Kollektorstrecke des Transistors die Serienschaltung eines Thyristors und eines RC -Parallelglieds aufweist. Bei jedem Abschaltvorgang des Transistors wird der Thyristor leitend gesteuert und damit der Transistor entlastet. Hier handelt es sich also um eine Schaltung zur Verringerung der Abschaltverluste des Transistors im zyklischen Normalbetrieb. Ein Schutz des Tran­ sistors bei Überspannungen wird dadurch nicht erreicht. Dage­ gen zeigt die DE-OS 14 88 898 eine Thyristor-Drehstrombrücke, über die ein Gleichstrommotor angetrieben wird. Parallel zum Gleichstrommotor liegt die Reihenschaltung eines vorgeladenen Kondensators und eines zusätzlichen Thyristors, der im Fall eines Überstroms leitend gesteuert wird und damit den zugeord­ neten Brückenthyristor kurzzeitig stromlos machen kann, d. h. "ausschießt". Außerdem ist dort an den Wechselstromanschlüssen der Brücke über Entkopplungsdioden die Reihenschaltung eines weiteren Thyristors und Kondensators - mit Parallelwiderstand - vorge­ sehen, wobei der Thyristor gleichzeitig mit dem zusätzlichen Thyristor gezündet wird, um durch wechselspannungsseitige Induktivitäten hervorgerufenen Überspannungen entgegenzu­ wirken.

Schließlich ist noch die US-PS 40 86 621 zu erwähnen, aus der eine Gleichrichter-Wechselrichter-Brückenschaltung mit einer Drossel im Gleichstromzwischenkreis bekannt ist. Parallel zu dieser Drossel ist ein Thyristor angeordnet, der bei einer Überspannung im Gleichstromzweig gezündet wird, um die Über­ spannung abzubauen.

Wollte man die aus einigen obenerwähnten Druckschriften be­ kannten Überstromschutzschaltungen auf eine gleichstromge­ speiste Umrichterbrücke anwenden, bei der die Wechselstroman­ schlüsse je über eine Drossel an die zugeordneten Brücken­ schalter angeschlossen sind, bräuchte man zahlreiche Lei­ stungsglieder und komplizierte zugeordnete Steuermittel, um alle möglichen Überspannungen an den verschiedenen Brücken­ schaltern abzubauen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Umrichterbrücke anzugeben, bei der durch einfache Maßnahmen Überspannungen an den Brückenschaltern bei schnellem Sperren der Brücke vermie­ den werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Umrichterbrücke gelöst, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 besitzt. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

In diesem Zusammenhang ist aus der erwähnten US-PS 42 64 952 bekannt, bei Umrichterbrücken eine Anordnung, dort die Lösch­ schaltung, je Brückenhälfte nur einmal vorzusehen und über Entkopplungsdioden allen Zweigen der entsprechenden Brücken­ hälften zuzuordnen.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip besteht also darin, den Strom der Drosseln an den Schaltern der Brücke vorbei zur Aufladung eines Kondensators zu verwenden, wenn alle Brücken­ schalter plötzlich gesperrt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert, die das Schalt­ bild einer erfindungsgemäßen Umrichterbrücke zeigt.

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Drehstrombrücke mit drei Brückenzweigen und sechs Brückenschaltern, im vorliegen­ den Fall Leistungstransistoren 1 bis 6. Je zwei solche Schal­ ter 1, 2; 3, 4; 5, 6 liegen in Reihe zwischen den Gleich­ stromanschlüssen der Brücke, nämlich einem positiven Anschluß 9 und einem negativen Anschluß 10. Zu jedem Schalter ist eine Rückspeisungsdiode in bekannter Weise parallel geschaltet. Zwischen den Schaltern jedes Zweiges ist eine Drosselspule 17, 18, 19 eingefügt, deren Mittelabgriff jeweils den Wechsel­ stromanschluß R, S, T eines Zweiges bildet.

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 den Drosseln eine Spannung auf, die die zulässige Sperrspannung der Transistoren 1 bis 6 überschreiten kann. Daher 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 Entkopplungs­ dioden wie z. B. 26 mit einem dem Wechselstromanschluß abge­ wandten Ende einer der Drosseln 17, 18 und 19 verbunden ist.

Geht man davon aus, daß die Kondensatoren 22 und 23 vor dem Auftreten eines Fehlersignals entladen sind, dann kommt es beim Auftreten eines Fehlersignals, durch das die Brücke gesperrt und die Thyristoren 20 und 21 leitend gesteuert werden, zu einer Aufladung der Kondensatoren. Im ersten Augen­ blick wirkt die Serienschaltung aus den Kondensatoren und den Thyristoren wie ein Brückenkurzschluß, der verhindert, daß die Spannung am Punkt 9 aufgrund der Drosselinduktivität ansteigt. Erst nach und nach, wenn die Kondensatoren sich ihrer Endspannung nähern, steigt die Spannung am Anschluß 9 an. Der langsamere Anstieg führt aber in gleichem Maße zu einer Verringerung der Spannung an den Drosseln 17-19 und der Spannung an den Brückenschaltern. Durch eine einfache Maßnahme wurde also ein wirksamer Schutz aller Brückenschalter erzielt. Die Thyristoren 20 und 21 gehen selbsttätig in den Sperrzu­ stand über, wenn der Ladestrom des Kondensators 22 bzw. 23 zu fließen aufhört. Danach müssen die Kondensatoren 22 und 23 aber wieder entladen werden, was durch einen einfachen Wider­ stand 27 bzw. 28 parallel zum jeweiligen Kondensator erfolgen kann. Soll die Schaltung allerdings schnell wieder betriebs­ bereit sein, dann empfiehlt es sich, diesen Widerstand in Reihe mit einem Hilfsthyristor 15 bzw. 16 anzuordnen und den Hilfsthyristor zu zünden, sobald der Hauptthyristor 20 bzw. 21 stromlos geworden ist.

Es ist zu beachten, daß diese Schutzschaltung völlig symme­ trisch für alle Brückenzweige wirksam wird und die induktive Energie aus allen drei Drosseln entlädt.

Es ist beachtenswert, daß die Kondensatoren 22 und 23 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 das im einzelnen dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So läßt sie sich auch mit Vorteil auf einphasige Brücken oder auf Brücken mit andersar­ tigen Halbleiterschaltern (z. B. Thyristoren) anwenden. Die Gleichstromquelle mit den Polen 9 und 10 wird häufig von einem Inselnetz gebildet, das über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist wird.

Claims (3)

1. Statische Umrichterbrücke, die aus einer Gleichstromquelle gespeist wird und bei der die Wechselstromanschlüsse je über je eine Drossel an die zugeordneten Brückenschalter ange­ schlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzeinrich­ tung 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 Entkoppelungsdioden (26) an die den Wechselstromanschlüs­ sen (R, S, T) abgewandten und dem erwähnten Gleichstroman­ schluß (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.

2. Umrichterbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (22, 23) jeder der Reihenschal­ tungen ein Entladewiderstand (27, 28) angeschlossen ist.

3. Umrichterbrücke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jedem Entladewiderstand (27, 28) ein steuer­ barer Halbleiterschalter (15, 16) angeordnet ist, der von einem dem Fehlersignal nachfolgenden Signal gezündet wird.