DE3542752A1 - Circuit arrangement for short-circuit protection of an invertor - Google Patents

Circuit arrangement for short-circuit protection of an invertor

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Abstract

In order to protect an invertor (WR) against a short-circuit, using an inductor coil (L), which is arranged between one pole of a DC voltage source (CD) supplying the invertor (WR) and a DC voltage connection of the invertor (WR), limits the rise of a short-circuit DC current and is bridged in the negative direction of the DC current by a diode (DD), it is intended to provide a DC quick-action switch which interrupts the current immediately when an overcurrent occurs which can no longer be commutated by the invertor (WR). For this purpose, a first thyristor (TD), which is likewise bridged by the diode (DD), is connected in series with the inductor coil (L), and a series circuit comprising a second winding, in the same direction, of the inductor coil (L) with a pre-charged capacitor (C) and a second thyristor (T) is connected between the two poles of the DC voltage source (CD). If a dangerous overcurrent occurs, the second thyristor (T) is triggered while the triggering pulses, which are present during operation, for the first thyristor (TD) are blocked. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 28 07 999 bekannt.The invention relates to a circuit arrangement according to the The preamble of claim 1. Such a circuit arrangement is known from DE-OS 28 07 999.

Bei hoch ausgenutzten, selbstgeführten Wechselrichtern, insbesondere wenn sie aus Leistungstransistoren oder GTO-Thyristoren aufgebaut sind, besteht die Notwendigkeit eines Schutzes vor Überströmen, der durch die gleich­ spannungsseitig angeordnete, den Stromanstieg begrenzende Drosselspule allein nicht gewährleistet ist. Vielmehr besteht, um die Ventile des Wechselrichters vor einer Zerstörung zu schützen, die Forderung, Über­ ströme, deren Kommutierung durch die Ventile der Wechselrichter nicht mehr möglich ist, auch abschalten zu können.With highly utilized, self-commutated inverters, especially if they are made up of power transistors or GTO thyristors the need for protection against overcurrents by the same Choke coil arranged on the voltage side and limiting the current rise alone is not guaranteed. Rather, the valves of the To protect the inverter from destruction, the requirement, About currents whose commutation by the valves of the inverters are not it is more possible to switch off.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für die Schaltungs­ anordnung der eingangs angegebenen Art einen Gleichstrom-Schnellschalter anzugeben, durch den der Laststrom oberhalb eines die Wechselrichter­ ventile gefährdenden Wertes unmittelbar unterbrochen wird.The invention is therefore based on the object for the circuit arrangement of the type specified a DC high-speed switch specify by which the load current above one the inverter valves of dangerous value is immediately interrupted.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. This object is achieved according to the invention by the one in claim 1 marked features solved.  

Werden beim Auftreten eines Kurzschlußstromes die Zündimpulse für den ersten Thyristor gesperrt und wird der zweite Thyristor gezündet, liegt die Spannung des vorgeladenen Kondensators entsprechend dem Übersetzungsverhältnis der beiden Wicklungen der Drosselspule als Sperr­ spannung am ersten Thyristor, so daß der über ihn fließende Laststrom schnell und sicher unterbrochen wird.If the ignition pulses occur when a short-circuit current occurs the first thyristor is blocked and the second thyristor is ignited, is the voltage of the pre-charged capacitor corresponding to the Gear ratio of the two windings of the inductor as a lock voltage at the first thyristor, so that the load current flowing over it is interrupted quickly and safely.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements of the circuit arrangement according to the invention are marked in the subclaims.

Die Erfindung soll im folgenden für einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigenThe invention is intended to be based on some exemplary embodiments the drawing are explained. Show it

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für eine Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, Fig. 1 shows a basic circuit diagram for an embodiment of the circuit arrangement according to the invention,

Fig. 2a bis 2e die zeitlichen Verläufe von Strömen und Spannungen an in Fig. 1 gezeigten Elementen der Schaltungsan­ ordnung und Fig. 2a to 2e order the waveforms of currents and voltages in Fig. 1 and shown elements of Schaltungsan

Fig. 3 bis Fig. 7 Varianten der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Fig. 3 to Fig. 7 variants of the arrangement shown in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein mit einem dreiphasigen Ausgang versehener Wechsel­ richter WR angedeutet, der aus einer durch einen Kondensator C D ge­ bildeten Gleichspannungsquelle gespeist wird. Der Kondensator C D kann z. B. ein Stützkondensator für die Gleichspannung in einem Zwischen­ kreis eines Umrichters sein.In Fig. 1 is provided with a three-phase output inverter WR indicated, which is fed from a ge through a capacitor C D formed DC voltage source. The capacitor C D can e.g. B. be a backup capacitor for the DC voltage in an intermediate circuit of a converter.

Zwischen den einen Pol des Kondensators C D und den Eingang des Wechselrichters WR ist die Wicklung einer Drosselspule L in Reihe mit einem ersten Thyristor T D geschaltet. Der Thyristor T D ist während des normalen Betriebes des Wechselrichters gezündet. Die Drosselspule L be­ wirkt eine Begrenzung des Anstieges des durch sie zum Wechselrichter fließenden Gleichstromes. Die Wicklung der Drosselspule L und der erste Thyristor T D sind in Rückwärtsrichtung des Gleichstromes durch eine Diode D D überbrückt. Diese Diode dient der unverzögerten Rückspeisung von Energie über den Wechselrichter in die Gleichspannungsquelle.Between the one pole of the capacitor C D and the input of the inverter WR , the winding of an inductor L is connected in series with a first thyristor T D. The thyristor T D is ignited during normal operation of the inverter. The inductor L acts to limit the increase in the direct current flowing through it to the inverter. The winding of the inductor L and the first thyristor T D are bridged in the reverse direction of the direct current by a diode D D. This diode is used for instantaneous energy recovery via the inverter into the DC voltage source.

Zwischen die beiden Pole der durch den Kondensator C D gebildeten Gleichspannungsquelle ist die Reihenschaltung aus einer zweiten Wick­ lung der Drosselspule L mit einem vorgeladenen Kondensator C und einem zweiten Thyristor T geschaltet. Entsprechend den an der Dros­ selspule L befindlichen Punkten sind die beiden Wicklungen der Drossel­ spule L gleichsinnig. Die Vorladung des Kondensators C entsprechend der eingezeichneten polarität erfolgt über einen ohmschen Widerstand R aus einer zusätzlichen Spannungsquelle U B , die hier aus einem Konden­ sator C B besteht. Eine derartige zusätzliche Spannungsquelle ist in der Regel bei verlustarmen Wechselrichterbeschaltungsnetzwerken vorhanden.Between the two poles of the DC voltage source formed by the capacitor C D , the series circuit comprising a second winding of the inductor L is connected to a precharged capacitor C and a second thyristor T. Corresponding to the points located on the Dros selspule L are the two windings of the inductor L in the same direction. The precharging of the capacitor C in accordance with the drawn polarity takes place via an ohmic resistor R from an additional voltage source U B , which here consists of a capacitor C B. Such an additional voltage source is usually present in low-loss inverter wiring networks.

Wenn im Wechselrichter WR ein Überstrom auftritt, bei dem die Gefahr besteht, daß er durch die Wechselrichterventile nicht mehr kommutiert werden kann, werden die Zündimpulse für den ersten Thyristor T D ge­ sperrt, während der zweite Thyristor T gezündet wird. Die Kondensator­ spannung U C des vorgeladenen Kondensators C liegt nun mit dem Über­ setzungsverhältnis der beiden Wicklungen der Drosselspule L als Sperr­ spannung am ersten Thyristor T D . Der zuvor über die erste Wicklung der Drosselspule L fließende, gefährlich hohe Strom kommutiert über die zweite Wicklung der Drossel L durch Zündung des zweiten Thy­ ristors T in den Kondensator C. Während der Entladezeit des Konden­ sators C erlangt der erste Thyristor T D seine Sperrfähigkeit.If an overcurrent occurs in the inverter WR , in which there is a risk that it can no longer be commutated by the inverter valves, the ignition pulses for the first thyristor T D are blocked, while the second thyristor T is ignited. The capacitor voltage U C of the precharged capacitor C is now with the transmission ratio of the two windings of the inductor L as a blocking voltage at the first thyristor T D. The dangerously high current flowing through the first winding of the inductor L commutates through the second winding of the inductor L by ignition of the second thyristor T in the capacitor C. During the discharge time of the capacitor C , the first thyristor T D acquires its blocking capability.

In Fig. 2a ist der Verlauf der Spannung U C am Kondensator C über der Zeit t aufgetragen. Fig. 2b und Fig. 2c zeigen die entsprechenden Ver­ läufe der Spannung U TD am ersten Thyristor und der Spannung U T am zweiten Thyristor. Erfolgt die Zündung des Thyristors T, sinkt die Span­ nung U C ab, wodurch die Spannung U TD einen negativen Wert annimmt. Während der Zeit t γ erlangt der erste Thyristor T D seine Sperrfähig­ keit. In Fig. 2d und Fig. 2e sind die entsprechenden Ströme i TD durch den ersten Thyristor T D und i T durch den zweiten Thyristor T während dieser Zeit gezeigt. Der Strom i TD , also derjenige Strom, der als gefährlicher Kurzschlußstrom abgeschaltet werden soll, sinkt sehr schnell ab, während der Strom i T entsprechend ansteigt.In Fig. 2a the variation of the voltage U across the capacitor C C is plotted over time t. Fig. 2b and Fig. 2c show the corresponding Ver courses of the voltage U TD on the first thyristor and the voltage U T on the second thyristor. The ignition of the thyristor T, the clamping voltage decreases from U C, whereby the voltage U TD takes a negative value. During the time t γ the first thyristor T D achieves its blocking capability. In Fig. 2d and Fig. 2e the corresponding currents i TD shown by the first thyristor T D and T i through the second thyristor T during that time. The current i TD , that is to say the current which is to be switched off as a dangerous short-circuit current, drops very rapidly, while the current i T increases accordingly.

Nachdem der Kondensator C sich zunächst entladen hat, wird er, wie in Fig. 2a gezeigt, mit umgekehrter Polarität soweit aufgeladen, bis sich die Drossel L über eine Entladediode D und die (Überbrückungs) Diode D D in die zusätzliche Spannungsquelle U B (Kondensator C B ) ent­ magnetisiert hat. Die Entmagnetisierungsströme i DD durch die Diode D D und i D durch die Entladediode D sind in ihrem zeitlichen Verlauf gestri­ chelt in Fig. 2d und in Fig. 2e aufgezeigt. Durch die Überladung des Kondensators C auf die Spannung U C = U CD + U B erhält der zweite Thyristor T am Ende des Entmagnetisierungsvorgangs eine Sperrspannung U T = - U B . Dementsprechend sinkt der Strom i T auf 0, während der erste Thyristor T D erneut gezündet wird. Nun wird der Kondensator C über den ohmschen Widerstand R auf seine Anfangsspannung U B erneut aufgeladen.After the capacitor C is initially discharged, it, as shown in Fig. 2a to the extent charged with the reverse polarity, to the inductor L via a discharge diode D and the (bypass) diode D D in the additional voltage source U B (condenser C B ) has magnetized. The degaussing currents i through the diode D DD D i and D through the discharge diode D are gestri in their time characteristic smiles in Fig. 2d and Fig. 2e shown. Overcharging the capacitor C to the voltage U C = U CD + U B gives the second thyristor T a blocking voltage U T = - U B at the end of the demagnetization process. Accordingly, the current i T drops to 0 while the first thyristor T D is fired again. Now the capacitor C is recharged to its initial voltage U B via the ohmic resistor R.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsvariante, bei der die Spannung U CD der speisenden Gleichspannungsquelle zusätzlich zur Hilfsspannungsquelle U B zum Aufladen des Kondensators C genutzt wird. Zu diesem Zweck ist die Reihenschaltung aus einem dritten Thyristor T 1 und einem weiteren ohmschen Widerstand R 1 zwischen die beiden Pole des als Gleichspannungs­ quelle dienenden Kondensators C D geschaltet. Der eine Anschluß der Reihen­ schaltung aus der zweiten Wicklung der Drosselspule L, des Kondensators C und des zweiten Thyristors T ist an die Verbindung zwischen dem dritten Thyristor T 1 und dem weiteren ohmschen Widerstand R 1 angeschlossen. Durch diese Maßnahme kann die Kapazität des Kondensators C verringert werden. Der dritte Thyristor T 1 muß parallel mit dem zweiten Thyristor T gezündet werden. Fig. 3 shows a circuit variant in which the voltage U CD of the supply DC voltage source is used in addition to the auxiliary voltage source U B for charging the capacitor C. For this purpose, the series circuit comprising a third thyristor T 1 and a further ohmic resistor R 1 is connected between the two poles of the capacitor C D serving as a DC voltage source. The one connection of the series circuit from the second winding of the inductor L , the capacitor C and the second thyristor T is connected to the connection between the third thyristor T 1 and the further ohmic resistor R 1 . The capacitance of the capacitor C can be reduced by this measure. The third thyristor T 1 must be fired in parallel with the second thyristor T.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, die derjenigen aus Fig. 3 entspricht mit dem Unterschied, daß hier auf die zusätzliche Spannungsquelle U B verzichtet ist. Statt dessen ist der ohmsche Widerstand R zur Aufladung des Kondensators direkt an den einen Eingang des Wechselrichters ange­ schlossen und es ist die Entladediode D über einen Entladewiderstand R 2 ebenfalls dort angeschlossen. Die Abmagnetisierung der Drosselspule L erfolgt in diesem Falle über den Entladewiderstand R 2. Diese Art der Abmagnetisierung ist bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ebenso mög­ lich, wie bei einer Schaltungsanordnung, die in Fig. 5 dargestellt ist, d.h. auf die zusätzliche Spannungsquelle U B kann durch Wahl eines geeig­ neten Übersetzungsverhältnisses der beiden Wicklungen der Drosselspule L verzichtet werden. Fig. 4 shows a circuit arrangement which corresponds to that of Fig. 3 with the difference that the additional voltage source U B is omitted here. Instead, the ohmic resistor R for charging the capacitor is connected directly to one input of the inverter and the discharge diode D is also connected there via a discharge resistor R 2 . In this case, the inductor L is demagnetized via the discharge resistor R 2 . This type of demagnetization is also possible in the circuit shown in FIG. 1, as in a circuit arrangement which is shown in FIG. 5, ie on the additional voltage source U B can be selected by choosing a suitable transmission ratio of the two windings of the choke coil L. to be dispensed with.

In Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Drosselspule L gezeigt, die nur eine Wicklung mit einem Teilabgriff aufweist. An den Teilabgriff ist die Reihenschaltung aus dem Kondensator C und dem zweiten Thy­ ristor T angeschlossen. Über das Windungsverhältnis der beiden Teile der Drosselspule L läßt sich die Sperrspannung am ersten Thyristor T D ein­ stellen.In Fig. 5 a circuit arrangement with a choke coil L is shown, which has only one winding with a Teilabgriff. At the tap, the series connection of the capacitor C and the second Thy ristor T is connected. The reverse voltage at the first thyristor T D can be set via the turns ratio of the two parts of the choke coil L.

Fig. 6 zeigt einen Sonderfall der in Fig. 5 dargestellten Schaltung. Die Verhältnisse entsprechen hierbei denen in der Schaltung nach Fig. 1 mit einem Übersetzungsverhältnis der Wicklungen der Drosselspule L von 1 : 1. Die Reihenschaltung aus dem Kondensator C und dem zweiten Thyristor T ist hierbei an die Verbindung zwischen der Drosselspule L und den ersten Thyristor T D angeschlossen. FIG. 6 shows a special case of the circuit shown in FIG. 5. The relationships here correspond to those in the circuit according to FIG. 1 with a transformation ratio of the windings of the inductor L of 1: 1. The series connection of the capacitor C and the second thyristor T is connected to the connection between the inductor L and the first thyristor T. D connected.

Fig. 7 zeigt eine Schaltungsvariante, bei der der erste Thyristor T D durch eine weitere Drosselspule L 1 ersetzt ist. Durch diese Schaltung werden die Ventile des Wechselrichters entlastet, sie müssen aber in der Um­ schwingzeit des Kondensators C abgeschaltet werden. Auch die weitere Drosselspule wird in diesem Fall über die zusätzliche Spannungsquelle U B abmagnetisiert. Fig. 7 shows a circuit variant in which the first thyristor T D is replaced by a further choke coil L 1 . Through this circuit, the valves of the inverter are relieved, but they must be switched off in the oscillation time of the capacitor C. The further choke coil is also demagnetized in this case via the additional voltage source U B.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zum Schutz eines Wechselrichters gegen einen Kurzschluß, bei der zwischen einem Pol einer den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsquelle und einem Gleichspannungsanschluß des Wechselrichters eine den Anstieg eines Kurzschlußgleichstromes begrenzende Drosselspule vorgesehen ist, die in negativer Richtung des Gleichstromes durch eine Diode überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in Reihe mit der Drosselspule ein ebenfalls durch die Diode (D D ) überbrückter erster Thyristor (T D ) geschaltet ist und
daß zwischen den beiden Polen der Gleichspannungsquelle (C D ) eine Reihenschaltung aus einer zweiten, gleichsinnigen Wicklung der Drosselspule (L) mit einem vorgeladenen Kondensator (C) und einem zweiten Thyristor (T) angeschlossen ist.1. A circuit arrangement for protecting an inverter against a short-circuit, the rise of a short circuit direct current limiting choke coil is in between a pole of an inverter supplying DC voltage source and a dc terminal of the inverter is provided which is bridged in the negative direction of the DC current by a diode, characterized ,
that a first thyristor (T D ), also bridged by the diode (D D ), is connected in series with the inductor and
that between the two poles of the DC voltage source (C D ) is connected in series from a second, same-direction winding of the inductor (L) with a precharged capacitor (C) and a second thyristor (T) . 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Spannungsquelle (U B ) vorgesehen ist, die über einen ohmschen Widerstand (R) den Kondensator (C) vorlädt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that an additional voltage source (U B ) is provided which precharges the capacitor (C) via an ohmic resistor (R) . 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung der Drosselspule (L) über eine Entladediode (D) an die zusätzliche Spannungsquelle (U B ) angeschlossen ist. 3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the second winding of the inductor (L) is connected via a discharge diode (D) to the additional voltage source (U B ). 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Spannungsquelle durch einen Entladewiderstand (R 2) ersetzt ist.4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the additional voltage source is replaced by a discharge resistor (R 2 ). 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Pole der Gleichspannungsquelle (C D ) zusätz­ lich ein dritter Thyristor (T 1) in Reihe mit einem weiteren ohmschen Widerstand (R 1) geschaltet ist und der eine Anschluß der Reihen­ schaltung aus der zweiten Wicklung der Drosselspule (L), des Kon­ densators (C) und des zweiten Thyristors (T) an die Verbindung zwischen dem dritten Thyristor (T 1) und dem weiteren ohmschen Wider­ stand (R 1) gelegt ist.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the two poles of the DC voltage source (C D ) additional Lich a third thyristor (T 1 ) is connected in series with a further ohmic resistor (R 1 ) and one Connection of the series circuit from the second winding of the inductor (L) , the capacitor (C) and the second thyristor (T) to the connection between the third thyristor (T 1 ) and the further ohmic resistance (R 1 ) is placed . 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule (L) nur eine Wicklung mit einem Teilabgriff auf­ weist, an den die Reihenschaltung aus Kondensator (C) und zweitem Thyristor (T) angeschlossen ist (Fig. 5).6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the choke coil (L) has only one winding with a partial tap, to which the series circuit of the capacitor (C) and the second thyristor (T) is connected ( Fig. 5th ). 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Wicklung der Drosselspule (L) vorgesehen ist und die Reihenschaltung aus Kondensator (C) und zweitem Thyristor (T) an die Verbindung zwischen der Wicklung der Drosselspule (L) und dem ersten Thyristor (T D ) angeschlossen ist (Fig. 6).7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that only one winding of the inductor (L) is provided and the series connection of capacitor (C) and second thyristor (T) to the connection between the winding of the inductor (L) and the first thyristor (T D ) is connected ( Fig. 6). 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß nur eine Wicklung der Drosselspule (L) vorgesehen ist, daß anstelle des ersten Thyristors (T D ) eine weitere Drosselspule (L 1) vorgesehen ist und
daß die Reihenschaltung aus Kondensator (C) und zweitem Thyristor (T) an die Verbindung zwischen den beiden Drosselspulen (L, L 1) ange­ schlossen ist (Fig. 7).8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in
that only one winding of the choke coil (L) is provided, that a further choke coil (L 1 ) is provided instead of the first thyristor (T D ) and
that the series circuit of capacitor (C) and second thyristor (T) is connected to the connection between the two choke coils (L, L 1 ) ( Fig. 7).
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