DE3911464A1 - Verfahren zum kurzschlussschutz eines abschaltenden gto-thyristors - Google Patents

Verfahren zum kurzschlussschutz eines abschaltenden gto-thyristors

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DE3911464A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
GTO-Thyristoren sind schlecht geeignet, Kurzschlußströme mit einer hohen Stromanstiegsgeschwindigkeit (di/dt) abzuschalten, weil ihre Abschaltfähig­ keit auf normale Betriebsfälle ausgelegt ist. Hingegen werden Überströme als solche, die durch die Last hervorgerufen werden, gut beherrscht.
Durch die Zeitschrift "Elektrische Bahnen eb" 86. Jahrgang, Heft 3/1988, Seiten 94 bis 100 ist es bereits bekannt, einen aus GTO-Thyristoren auf­ gebauten Pulswechselrichter bei nicht mehr abschaltbaren Strömen zu schützen, indem die den Pulswechselrichter gleichstromseitig speisende Batterie abgeschaltet wird, während gleichzeitig der Gleichspannungsanschluß des Pulswechselrichters über einen Kurzschließer kurzgeschlossen wird.
Hierbei kann nicht unbedingt sichergestellt werden, daß kurz vor dem Entstehen des Kurzschlussses kein Abschaltbefehl mehr zu einem GTO-Thy­ ristor gelangt. Da dieser GTO-Thyristor beim Abschaltversuch von zu hohen Strömen zerstört werden kann, ist ein zuverlässsiger Schutz des GTO-Thyristors auf diese Weise nicht möglich. Selbst der Abbruch des Abschaltvorgangs und das sofortige Zünden des GTO-Thyristors nach Ablauf der maximalen Speicherzeit schließt einen Abschaltvorgang bei zu hohem Strom nicht aus. Je nach Parameterstreuung des GTO-Thyristors, der Temperaturen und der beteiligten Leitungslängen kann der GTO-Thyristor innerhalb der maximalen Speicherzeit einen Strom oberhalb seines maximal zulässigen Wertes nur mit anschließender Selbstzerstörung abschalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das eine Zerstörung des GTO-Thyristors verhindert wird, wenn während des Abschaltvorgangs ein Kurzschluß auftritt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.
Da der Abschaltvorgang abgebrochen wird und die Wiederzündung des GTO- Thyristors sehr früh erfolgt, wird die Zerstörung des Halbleiters vermieden, weil die Stromdichten beherrschbar sind. Eine Überwachung der kritischen maximalen Speicherzeit ist bei diesem Verfahren nicht erforderlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert werden.
Die Zeichnungsfigur zeigt einen GTO-Thyristor 1, dessen leitender Zustand von einer übergeordneten Steuerung 2 (z. B. für weitere (nicht gezeigte) GTO-Thyristoren eines Pulswechselrichters) bestimmt wird. Zu diesem Zweck steuert die Steuerung 2 über ein potentialtrennendes Glied 3 eine Gateansteuerung 4 (z. B. in Form eines Zündimpulsverstärkers) an, die das Gate des GTO-Thyristors 1 mit einem Steuerstrom i g beauf­ schlagt. Durch einen positiven Steuerstrom i g wird der GTO-Thyristor 1 in den leitenden Zustand gesteuert, so daß ein Anodenstrom i A fließt. Der GTO-Thyristor 1 wird dadurch wieder abgeschaltet, daß seinem Gate ein negativer Steuerstrom i g zugeführt wird.
Tritt während des Abschaltvorgangs ein Kurzschluß auf, so steigt der Anoden­ strom i A mit einer Stromanstiegsgeschwindigkeit (di A /dt) an, die größer ist als der höchste durch die Last verursachte Stromanstieg (di LM /dt), d. h. für den Kurzschlußfall gilt di A /dt < di LM /dt.
Der Abschaltvorgang selbst ist auch durch den negativen Anstieg des nega­ tiven Gatestromes i g gekennzeichnet. Treffen nun beide Bedingungen zusammen, also di A /dt < di LM /dt und di g /dt < 0 bei i g < 0, so ist während des Abschalt­ vorgangs ein Kurzschluß aufgetreten.
Um dieses festzustellen, wird die Anstiegsgeschwindigkeit des Anodenstroms i A durch ein erstes Erfassungsglied 5 ermittelt, und es wird mit einem nach­ geschalteten Vergleichsglied 6 festgestellt, ob die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes i A größer ist als der größtmögliche durch die Last während des ungestörten Betriebes hervorrufbare Stromanstieg. Letzterer kann im ungestörten Betrieb leicht bestimmt oder errechnet werden.
Ferner wird mit einem zweiten Erfassungsglied 7 der Anstieg des Gate­ stromes i g erfaßt, und es wird in einem Vergleichsglied 8 festgestellt, ob sein Anstieg bei negativem Gatestrom negativ ist.
Den Vergleichsgliedern 6 und 8 ist eine Auswertelogik 9 (im einfachsten Fall in Form eines UND-Gliedes) nachgeschaltet.
Sind beide zuvor genannten Kriterien erfüllt (d. h. di A /dt < di LM /dt; di g /dt < 0 bei i g < 0), soll sofort der Abschaltvorgang abgebrochen und der GTO- Thyristor 1 umgehend neu gezündet werden. In diesem Fall gibt die Auswerte­ logik 9 ein Signal an die Gatesteuerung 4, die statt des negativen Steuer­ stromes i g nunmehr unmittelbar einen positiven Steuerstrom i g in das Gate des GTO-Thyristors 1 fließen läßt.
Statt dieser unmittelbaren Beaufschlagung der Gateansteuerung 4 auf dem Ansteuerungspotential des GTO-Thyristors 1 ist es auch möglich - wie ge­ strichelt gezeichnet ist - der Steuerung 2 das Ausgangssignal der Auswerte­ logik 9 potentialfrei zuzuführen. Allerdings muß dann sichergestellt sein, daß die Steuerung 2 die Gateansteuerung 4 ausreichend schnell ansteuern kann.
Die Erfassung beider Stromanstiegswerte erfolgt am zweckmäßigsten über ein physikalisches Wandlungsprinzip potentialfrei. Hierfür eignet sich bestens eine Toroidspule ohne magnetischen Kern. Ihre Klemmenspannung ist direkt proportional dem Anstieg des von ihr umschlossenen Leiterstromes.

Claims (3)

1. Verfahren zum Kurzschlußschutz eines eine Last schaltenden GTO-Thy­ ristors während des Abschaltvorgangs, dadurch gekennzeichnet,
daß ermittelt wird, ob der Anstieg des Anodenstromes des GTO-Thyristors größer ist als der größtmögliche durch die Last während des Betriebes hervorrufbare Stromanstieg,
daß ferner ermittelt wird, ob der Anstieg des negativen Gatestromes des GTO-Thyristors negativ ist und
daß, wenn beide Kriterien gleichzeitig zutreffen, der Abschaltvorgang unterbrochen und statt dessen der GTO-Thyristor unmittelbar erneut durch einen positiven Gatestrom gezündet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Anstiege des Anoden- und des Gatestromes potentialfrei erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterbrechen des Abschaltvorgangs und zum erneuten Zünden die Gateansteuerung des GTO-Thyristors unmittelbar beaufschlagt wird.
DE19893911464 1989-04-06 1989-04-06 Verfahren zum kurzschlussschutz eines abschaltenden gto-thyristors Granted DE3911464A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4020343A1 (de) * 1990-06-23 1992-01-09 Licentia Gmbh Verfahren zum schutz eines ueber seinen steueranschluss abschaltbaren thyristors bei einem ueberstrom

Citations (1)

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DE3619740A1 (de) * 1986-06-12 1987-12-17 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren und anordnung zum schutz von abschaltbaren thyristoren

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HOLWECK, P., RICHTER, J.: GTO-Pulswechselrichter für Schienenfahrzeuge mit Batterieeinspeisung, In: Elektrische Bahnen, 1988, Nr.3 S.94-98 *
JP 61-157024 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol.76 (1986) E460 *

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