DE3834412A1 - Kurzschlussschutz fuer eine halbgesteuerte drehstrombruecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kurzschlußschutz für eine Drehstrombrücke, bestehend aus einer halbge­ steuerten Drehstrombrücke und einer dazu parallel ge­ schalteten Freilaufdiode im Lastkreis und einem Steuer­ werk zum Ansteuern der Thyristoren, wobei die Thyristo­ ren in der Kathodengruppe angeordnet sind und wobei meh­ rere zusätzliche Dioden die halbgesteuerte Drehstrom­ brücke zu einer vollständigen Gleichrichterbrücke ergän­ zen und wobei der gemeinsame Ausgang der Gleichrichter­ brücke über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators mit parallelem Entladewiderstand an ein gemeinsames Minus-Potential geführt ist.

Bei der Versorgung einer nicht näher bezeichneten Last mit einer hohen Kurzschlußleistung kann der Kurzschluß­ strom sehr schnell ansteigen. Für die Versorgung derartiger Lasten werden beispielsweise halbgesteuerte Brücken in dreiphasiger Ausführung verwendet. Bei einem auftretenden Kurzschluß reicht es nicht aus, die Zündim­ pulse der Thyristoren zu sperren, da die nur sehr kleine Induktivität im Lastkreis den auftretenden Strom nicht unter das zulässige Grenzlastintegral der Thyristoren begrenzen kann, und diese zerstört würden. Es gibt z.B. beim induktiven Erwärmen Lastkonfigurationen, die be­ triebsmäßig gelegentlich einen Kurzschluß hervorrufen. In bekannten Einrichtungen dieser Art wurde ein Schutz vor dem Kurzschlußstrom bisher durch superflinke Halb­ leitersicherungen oder einen Schnellschalter sicherge­ stellt. Der Nachteil dieser Einrichtungen ist, daß im Falle der Sicherungen diese zerstört werden und bei dem Schnellschalter ein mechanischer Verschleiß auftritt. Es wurde auch ein zusätzlicher, mit einer Löscheinrichtung versehener Thyristor in Reihe zur Last eingesetzt. Ein Nachteil dieser Einrichtung ist es, daß neben dem erhöh­ ten Aufwand der gesamte Laststrom über ein weiteres ver­ lustbehaftetes Bauelement geführt wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, im Kurzschlußfall eine halbgesteuerte Drehstrombrücke zur Speisung einer induktiven Last auf einfache Art sicher abzuschalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestal­ tungen sind aus dem Unteranspruch ersichtlich.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Kurzschlußschutz ist besonders die kostensparende und einfache Art der Kurzschlußabschaltung. Nur durch die Erweiterung einer bereits vorhandenen Versorgungsschaltung für induktive Lasten um einen Kondensator mit Fremdgleichspannungs­ quelle und einen Thyristor konnte eine sichere Abschal­ tung eines aufgetretenen Kurzschlusses erreicht werden. Auf anfällige elektronische Sicherungen und mechanischem Verschleiß unterliegende Schnellschalter kann so ver­ zichtet werden. Die gesamte Anordnung ist unmittelbar nach Abschaltung eines aufgetretenen Kurzschlusses wie­ der betriebsbereit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Eine Last 1 mit hoher Kurzschlußleistung wird über eine Gleichrichterbrücke aus einem dreiphasigen Drehstromnetz L 1, L 2, L 3 gespeist. Von jeder Phase L 1, L 2, L 3 des Dreh­ stromnetzes führt jeweils ein Thyristor T 1, T 2, T 3 in Durchlaßrichtung auf ein gemeinsames Plus-Potential. Wei­ terhin führt jeweils eine Diode D 4, D 5, D 6 in Durchlaß­ richtung von jeder Phase L 1, L 2, L 3 auf eine gemeinsame Summenschiene 2. Von jeder Phase L 1, L 2, L 3 geht zusätz­ lich eine Verbindung über in Sperrichtung betriebene Dioden D 1, D 2, D 3 auf ein gemeinsames Minus-Potential. Die Thyristoren T 1, T 2, T 3 werden über ein gemeinsames Steuer­ werk 3 angesteuert. Das Steuerwerk 3 wird von handelsüb­ lichen Stromerfassunggeräten 4, 5, 6 aus den Phasen L 1, L 2 und L 3 des Drehstromnetzes beeinflußt. Von der gemeinsa­ men Summenschiene 2 führt eine Reihenschaltung eines Wi­ derstandes R 2 und eines mit einem weiteren Widerstand R 1 überbrückten Kondensators C 1 zum Minus-Potential. Diese halbgesteuerte Gleichrichterbrücke ist in üblicher Art mit einer Freilaufdiode D 7 parallel zur Last 1 über­ brückt.

Eine derartige Schaltung schaltet im Kurzschlußfall die Gleichrichterbrücke sicher ab und schützt die Gleich­ richterbauteile außerdem vor Überspannung aus dem Netz und der Kommutierung.

Die Energie der auftretenden Überspannung wird dabei von dem Kondensator C 1 aufgenommen. Der Kondensator C 1 wird beim Zuschalten des Drehstromnetzes L 1, L 2, L 3 auf die Scheitelspannung des Netzes aufgeladen. Bei auftretenden Spannungsspitzen aus dem Netz bzw. Kommutierungsüber­ spannungen fließt Ladestrom in den Kondensator. Die En­ ergie der Spannungsspitzen erhöht die Ladung des Konden­ sators C 1. Die Ladung wird anschließend über den Paral­ lelwiderstand R 1 wieder abgebaut. Die Erfindung basiert auf diesem schon bekannten Überspannungsschutz.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Schutzschal­ tung werden nachfolgend beschrieben.

Die halbgesteuerte Drehstrombrücke besteht aus den drei Thyristoren T 1, T 2, T 3 und den drei Dioden D 1, D 2, D 3. Da schon drei Dioden vorhanden sind, kann durch weitere drei Dioden D 4, D 5, D 6 die fehlende Hälfte des Überspan­ nungsschutzes aufgebaut werden. Am Ausgang der Dioden D 1, D 2, D 3, D 4, D 5, D 6 ist der Kondensator C 1 mit einem be­ tragsmäßig kleinen Widerstand R 2 in Reihe angeschlossen. Parallel zum Kondensator C 1 ist der Widerstand R 1 zur Entladung angeschlossen. Der Kondensator C 1 wird beim Zuschalten der Spannung L 1, L 2, L 3 des dreiphasigen Dreh­ stromnetzes auf den Scheitelwert der Netzspannung aufge­ laden. Die Zeitkonstante der Bauglieder R 1/ C 1 wird er­ heblich größer als die Netzperiodendauer gewählt. Das Potential des Kondensators C 1 liegt mit einer Seite des Null-Potentials an der Last 1 und dem negativen Ausgang der Gleichrichter D 1, D 2, D 3. Die Erfindung geht aus von dem Potential des aufgeladenen Kondensators C 1. Das Po­ tential des Kondensators ist an der Summenschiene 2 bzw. an der Verbindung der Dioden D 4, D 5, D 6 das höchste auf­ tretende Potential, das an den Thyristoren T 1, T 2, T 3 auf­ tritt.

Das Potential an einen zusätzlichen, fremdgeladenen Kon­ densator C wird erfindungsgemäß dadurch erhöht, daß der Minuspol des Kondensators C an die gemeinsame Summen­ schiene 2 angeschlossen ist und der Kondensator C aus einer hochohmigen Fremdgleichspannungsquelle 7 aufgela­ den wird. Der Pluspol des Kondensators C ist über einen weiteren Thyristor T 4 mit dem Plus-Potential bzw. mit dem anderen Ende der Last 1 und den Thyristoren T 1, T 2, T 3 verbunden. Der Thyristor T 4 wird ebenfalls von dem Steu­ erwerk 3 angesteuert.

Bei einem auftretenden Kurzschluß im Lastkreis 1 wird der Kurzschluß von der Steuerung 3 über die Stromerfas­ sungsgeräte 4, 5, 6 erkannt. Die Steuerung 3 zündet bei erkanntem Überstrom den Thyristor T 4 und schaltet damit das höhere Potential des fremdaufgeladenen Kondensators C auf den Lastkreis. Gleichzeitig mit dem Zünden des Thyristors 4 durch das Steuerwerk 3 werden die Zündim­ pulse der Thyristoren T 1, T 2, T 3 gesperrt. Dadurch konmu­ tiert der Strom von einem der leitenden Thyristoren T 1, T 2 oder T 3 auf den Thyristor T 4, d.h., der Thyristor T 4 übernimmt den momentan fließenden erhöhten Laststrom. Der momentan eingeschaltete Thyristor T 1, T 2 oder T 3 ver­ löscht nach der Kommutierung des Stromes auf Thyristor T 4. Die Spannung des Kondensators C liegt nach der Kom­ mutierung als Sperrspannung über den leitenden Thyristor 4 an gerade verlöschten Thyristor T 1, T 2 oder T 3. Da der erhöhte Laststrom jetzt durch den Thyristor T 4 und den Kondensator C fließt, wird der Kondensator C gegenüber der hochohmigen Fremdspannungsquelle 7 umgeladen. Die Kapazität des Kondensators C und die Höhe der Ladespan­ nung werden so gewählt, daß die Sperrspannung an dem gerade verlöschten Thyristor T 1, T 2 oder T 3 länger als dessen Freiwerdezeit ansteht. Durch das Umladen des Kon­ densators C sinkt die vorher positive Spannung an der Last 1 ab, bis diese Spannung negativ wird. Der Strom kommutiert dann von Thyristor T 4 auf die Diode D 7. Da der Thyristor 4 jetzt ebenfalls gelöscht ist und die Thyristoren T 1, T 2, T 3 ebenfalls gelöscht sind, ist die Energielieferung aus dem Netz unterbunden. Der Strom in dem Lastkreis 1 wird über die Diode D 7 gegen Null abge­ baut. Damit ist der aufgetretene Kurzschluß abgeschal­ tet. Nach Verlöschen des Thyristors T 4 wird der Konden­ sator C aus der Spannungsquelle 7 wieder aufgeladen, und die halbgesteuerte Gleichrichterbrücke ist wieder ein­ schaltbereit.

Claims (2)

1. Kurzschlußschutz für eine Drehstrombrücke, be­ stehend aus einer halbgesteuerten Drehstrombrücke (D 1, D 2, D 3; T 1, T 2, T 3) und einer dazu parallel geschalteten Freilaufdiode (D 7) im Lastkreis (1) und einem Steuerwerk (3) zum Ansteuern der Thyristoren (T 1, T 2, T 3), wobei die Thyristoren (T 1, T 2, T 3) in der Kathodengruppe angeordnet sind und wobei mehrere zusätzliche Dioden (D 4, D 5, D 6) die halbgesteuerte Drehstrombrücke zu einer vollständigen Gleichrichterbrücke ergänzen und wobei der gemeinsame Ausgang (2) der Gleichrichterbrücke über die Reihen­ schaltung eines Widerstandes (R 2) und eines Kondensators (C 1) mit parallelem Entladewiderstand (R 1) an ein ge­ meinsames Minus-Potential geführt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Kathodenseite der Dioden (D 4, D 5, D 6) ein weiterer, über eine Fremdgleichspannungsquelle (7) aufgeladener Kondensator (C) mit einem in Reihe geschal­ teten Thyristor (T 4) angeschlossen ist, dessen Kathoden­ seite mit der Kathodenseite der Thyristoren (T 1, T 2, T 3) verbunden ist und der vom Steuerwerk (3) ansteuerbar ist.

2. Kurzschlußschutz nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Fall eines Kurzschlusses im Last­ kreis (1) der Thyristor (T 4) durch das Steuerwerk (3) unter gleichzeitiger Sperrung der Impulse für die Thyri­ storen (T 1, T 2, T 3) gezündet wird und damit der Kurz­ schlußstrom von einem der leitenden Thyristoren (T 1, T 2 oder T 3) übernimmt und sicherstellt, daß eine ausrei­ chend lange Zeit eine Sperrspannung an gerade gelöschten Thyristor (T 1, T 2 oder T 3) ansteht und daß anschließend der Strom nach Umladung des Kondensators (C) von der Freilaufdiode (D 7) aufgenommen wird, so daß sich der Strom durch die fehlende Energienachlieferung aus dem Netz zu Null abbaut.