DE4217234C1

DE4217234C1 - Spannungsbegrenzerschaltung für eine elektronische Löscheinrichtung zur Stromabschaltung von Stromrichtern im Havariefall

Info

Publication number: DE4217234C1
Application number: DE4217234A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Ing Wolf; Guenter Dr Ing Tietz; Frank-Gerry Dipl Ing Richter; Ralf Dipl Ing Boewe
Original assignee: Elpro AG
Current assignee: TRANSRESCH ANTRIEBSSYSTEME BERLIN GMBH, 13053 BERL
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2012-05-21

Description

Die Erfindung betrifft den Betrieb von vorzugsweise netzgeführten Stromrichtern, die während eines Teils ihrer Betriebszeit als Wechselrichter arbeiten und bei Ausfall der Netzspannung oder anderen Havariesituationen durch Kippen des Wechselrichters ge fährdet sind. Netzgeführte Stromrichter sind z. B. als Zwischen kreisumrichter in untersynchronen Stromrichterkaskaden einge setzt.

Zur schnellen Unterbrechung des beim Wechselrichterkippen ent stehenden Überstromes ist aus der DD-PS 257 533 der Einsatz einer Löscheinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, die den Strom des havarierten Thy ristors auf einen Kondensatorzweig kommutiert und ihn dann durch die Kondensatorspannung auf den Wert Null zurückführt.

Entscheidend für die Funktion der Thyristor-Löscheinrichtung ist die Begrenzerschaltung für die Löschkondensatorspannung. Sie muß über einige ms den vollen Gleichstrom führen und dabei den Groß teil der Energie des Kurzschlußkreises aufnehmen. Die Kondensa torspannung darf dabei trotzdem die zulässige Sperr-/Blockier spannung der Wechselrichterhauptventile nicht überschreiten.

Als Begrenzerschaltung für die Kondensatorspannung wurde in der DD-PS 257 533 ein Varistor (Metalloxid-Varistor) vorgeschlagen. Üblich ist auch die Verwendung einer Anzahl parallelgeschalteter Zweige, die jeweils aus einem Metalloxid-Varistor und einem in Reihe geschalteten linearen (Scherungs-)Widerstand aufgebaut sind. Der Metalloxid-Varistor realisiert dabei sowohl eine Span nungsbegrenzerfunktion bei groben Strömen als auch beim Verlö schen des Löschthyristors infolge Unterschreiten des Thyristor- Haltestromes bei kleiner Kondensatorspannung.

Damit ist zwar die Schaltungsstruktur sehr einfach, die Strom-, Spannungs- und Energieanforderungen an den Metalloxid-Varistor sind aber hinsichtlich seiner Lebensdauer nur durch eine große Anzahl parallelgeschalteter Varistoren zu erfüllen. Die Parallel schaltung erfordert aber Bauelementetoleranzen von weniger als 1% und ist somit wirtschaftlich nicht zu realisieren. Scherungs- Widerstände schränken die Spannungsbegrenzerfunktion wiederum erheblich ein. Die Schaltung ist mit vertretbarem Aufwand deshalb nur bei kleinen Löschleistungen der Thyristor-Löscheinrichtung anwendbar.

In Form von Siliziumkarbid-Varistoren stehen auch leistungsfähige Begrenzerwiderstände zur Verfügung. Siliziumkarbid-Varistoren sind parallelschaltbar und können grobe Energiemengen zerstö rungsfrei aufnehmen. Sie benötigen jedoch wegen ihrer nur schwach gekrümmten Spannungs-Strom-Kennlinie im vorliegenden Einsatzfall zusätzliche Ein- und Ausschalteinrichtungen, die wegen der erfor derlichen Ansprechzeit nur elektronisch realisierbar sind.

Die dazu übliche Schaltung besteht aus einem Einschaltventil in Reihe zum Siliziumkarbid-Varistor und einem Hilfslöschkreis, aufgebaut aus einem Löschkondensator und einem Löschventil. Der durch die Freiwerdezeit des Einschaltventils bestimmte Kondensa tor des Hilfslöschkreises beeinflußt jedoch den Spannungsverlauf am Löschkondensator, so daß die Schaltung hinsichtlich Dimensio nierung und Betrieb für diesen Anwendungsfall sehr kritisch ist.

Bei Einsatz eines über das Gate abschaltbaren Thyristors (GTO) als Ein- und Ausschalteinrichtung entfällt zwar der Hilfslösch kreis, es entstehen aber neue Probleme, da in Abhängigkeit von den Parametern des Leistungskreises des zu schützenden Stromrich ters

- der periodisch abschaltbare Strom des GTO′s überschritten werden kann, bzw.
- bei den Ausgleichsvorgängen im Stromrichter unerwünschte Schwingungen auftreten können, wenn der KTO eine fest vorgege bene Zeitdauer eingeschaltet ist bzw. wenn er in Abhängigkeit von Parametern des Ausgleichsvorgangs ein- und ausgeschaltet wird.

Außerdem sind die Ausgleichsvorgänge beim Löschen des Überstromes immer noch zeitlich zu lang.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Begrenzerschaltung für die Kondensatorspannung in Thyristor-Löscheinrichtungen für netzge führte Stromrichter anzugeben, die in der Lage ist, bei geringem Aufwand größere Löschleistungen sicher zu beherrschen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in dem Anspruch 1 dargelegten Mittel gelöst.

Die Erfindung ermöglicht es, mit wenigen Bauelementen einen zu verlässigen Schutz von Stromrichtern beim sogenannten Wechsel richterkippen zu gewährleisten. Außerdem gelingt es, das Abklin gen des Überstromes gegenüber bisher bekannten Lösungen erheblich zu beschleunigen und somit die Strombelastung zu verringern und eine schnellere Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft zu gewährleisten.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Prinzip schaltung der erfindungsgemäßen Lösung.

Die Thyristor-Löscheinrichtung besteht aus dem Löschthyristor V10, der zusammen mit dem Löschkondensator C10 über die Ankoppel dioden V11 . . . V15 an den Stromrichter angekoppelt ist.

Es sei angenommen, daß der Wechselrichter, der die Energie aus dem Zwischenkreis ins Netz zurückliefert, infolge einer Netzspan nungsabsenkung, eines Überstromes oder eines Zündfehlers kippt. Der sich darauf im Zwischenkreis ausbildende Überstrom veranlaßt die Zündung des Löschthyristors V10 der Löscheinrichtung zum Zeitpunkt t₀. Der Löschkondensator wurde vorher durch eine exter ne Ladequelle auf die Spannung U₁ aufgeladen. Der Löschkondensa tor C10 entlädt sich über den Löschthyristor V10 in den Zwischen kreis, wobei das betroffene Hauptventil gelöscht wird. Die Span nung des Löschkondensators C10 liegt während der Freihaltezeit als Sperrspannung an diesem Hauptventil an.

Der Gleichstrom i_d steigt unter dem Einfluß der Kondensatorspan nung U_c zunächst noch an, wird aber bei Polaritätsumkehr am Löschkondensator C10 abgebaut. Der Löschkondensator C10 lädt sich in umgekehrter Richtung auf, bis der zulässige Spannungsgrenzwert U_ce erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt (t₁) zündet die Steuerung das Begrenzerventil Vb10, einen GTO-Thyristor, das den Sili zium-Karbid-Varistor R10 als nichtlinearen Widerstand gemeinsam mit dem ohmschen Widerstand R11 zum Löschkondensator C10 paral lelschaltet. Der erfindungsgemäß vorgesehene Widerstand R11 ver ändert die Kennlinie des Parallelzweiges (Siliziumkarbid-Varistor R10) im Strombereich, der dem periodisch abschaltbaren Strom des GTO′s entspricht, in der Weise, daß der periodisch abschaltbare Strom nicht mehr überschritten werden kann. Die Kondensatorspan nung U_c fällt mit dem Gleichstrom i_d entsprechend der Kennlinie des Siliziumkarbid-Varistors R10. Bei Erreichen eines festgeleg ten unteren Spannungswertes für die Kondensatorspannung U_ca wird das Begrenzerventil Vb10 wieder gesperrt. Die Kondensatorspannung U_c steigt darauf wieder an. Erreicht sie wiederum den zulässigen Spannungswert U_ce, wird das Begrenzerventil Vb10 erneut gezündet und bei Erreichen des unteren Spannungswertes U_ca wieder ge löscht. In der Regel ist die Kondensatorspannung U_c bei zwei- bis dreimaligem Schalten des Begrenzerventils Vb10 dauerhaft unter die zulässige Kondensatorspannung U_ce abgeklungen - und damit auch ein Großteil der Energie des Kreises umgesetzt.

Zum Schutz des Begrenzerventils Vb10 ist eine an sich bekannte Schutzbeschaltung S vorgesehen.

Claims

1. Spannungsbegrenzerschaltung für eine elektronische Löscheinrich tung zur Stromabschaltung von Stromrichtern im Havariefall, vor zugsweise netzgeführten Stromrichtern, bestehend aus einem Lösch thyristor und einem Löschkondensator, gekennzeichnet durch fol gende Merkmale:
- zum Löschkondensator (C10) ist ein Siliziumkarbid-Varistor als nichtlinearer Widerstand (R10), vorzugsweise in Reihe mit einem Begrenzerventil (Vb10) sowie einem ohmschen Widerstand (R11) parallelgeschaltet,
- das Begrenzerventil (Vb10) wird in Abhängigkeit der zulässigen Kondensatorspannung (U_ce) ein- und einer festgelegten unte ren Kondensatorspannung (U_ca) ausgeschaltet.

2. Spannungsbegrenzerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß als Begrenzerventil (Vb10) ein über das Gate abschaltba rer Thyristor verwendet ist.