DE4344093C1 - Circuit arrangement for protection of the semiconductor switches when a mains converter bridge, which feeds energy back into an electrical mains power supply, switches over in a DC intermediate-circuit converter - Google Patents
Circuit arrangement for protection of the semiconductor switches when a mains converter bridge, which feeds energy back into an electrical mains power supply, switches over in a DC intermediate-circuit converterInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs aufgeführten Merkmalen nach Patent P 43 22 379.The invention relates to a circuit arrangement according to the features listed in the preamble of the claim according to patent P 43 22 379.
Die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent ist im Prinzipschaltbild der Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.The circuit arrangement according to the main patent is shown in the basic circuit diagram of FIG. 2 of the drawing.
Dabei ist ein über ein Funkentstörfilter 3, Eingangssicherungen 14 und Kommutierungsdrosseln 4 an ein dreiphasiges Netz L1, L2, L3 angeschlossener Netzstromrichter und ein Zwischenkreis eines Gleichspannungszwischenkreis-Umrichters, der im Vierquadrantenbetrieb arbeiten soll, gezeigt. Der netzgeführte Stromrichter besteht aus einer sechspulsigen, aus Thyristoren aufgebauten Netzstromrichterbrücke 1 zum Aufladen eines Zwischenkreiskondensators 9 mit einer Zwischenkreisspannung Ud und einer zweiten ihr antiparallelgeschalteten, ebenfalls aus Thyristoren bestehenden Netzstromrichterbrücke 2 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 9. Die Netzstromrichterbrücken 1, 2 werden im kreisstromfreien Betrieb angesteuert.A line converter connected via a radio interference filter 3 , input fuses 14 and commutation reactors 4 to a three-phase network L1, L2, L3 and an intermediate circuit of a DC link converter, which is to operate in four-quadrant mode, are shown. The line-guided converter consists of a six-pulse line converter bridge 1 constructed from thyristors for charging an intermediate circuit capacitor 9 with an intermediate circuit voltage Ud and a second line converter bridge 2 connected to it in antiparallel and likewise consisting of thyristors for discharging the intermediate circuit capacitor 9 . The line converter bridges 1 , 2 are controlled in a circuit-free operation.
Der Funkentstörfilter 3 zwischen dem Netz L1, L2, L3 und den Klemmen des Netzstromrichters verhindert Rückwirkungen über die netzgeführten Stromrichterbrücken 1, 2, den Gleichspannungszwischenkreis und einen (nicht gezeigten) an den Zwischenkreiskondensator 9 mit seiner Spannung UD angeschlossenen Pulswechselrichter (der mit einer ebenfalls nicht gezeigten Last, d. h. im allgemeinen einem Motor verbunden ist) auf das speisende Netz L1, L2, L3. Die im Funkentstörfilter 3 enthaltenen Kombinationen aus Drosselspulen und Kondensatoren wirken beim Ausfall der Netzspannung beim Betrieb der Energie aus dem Zwischenkreis in das Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke 2 als spannungsanhebender Energiespeicher.The radio interference filter 3 between the mains L1, L2, L3 and the terminals of the mains converter prevents repercussions via the mains-operated converter bridges 1 , 2 , the DC voltage intermediate circuit and a pulse inverter (not shown) connected to the intermediate circuit capacitor 9 with its voltage U D (the one with a likewise load, not shown, ie generally connected to a motor) to the supply network L1, L2, L3. The combinations of choke coils and capacitors contained in the radio interference suppression filter 3 act as a voltage-increasing energy store when the mains voltage fails while operating the energy from the intermediate circuit feeding the mains converter bridge 2 back into the mains.
Ein Gleichstromwandler 5 erfaßt einen je nach Richtung im Zwischenkreis mit IdG bzw. IdM bezeichneten Strom über die zwischenkreisseitigen Klemmen der Netzstromrichterbrücken 1, 2 und führt eine dementsprechende Größe IdG′ einer (in Fig. 2 nicht gezeigten) Steuerungslogik eines Kippschutzes zur Auswertung zu.A DC converter 5 detects a current, depending on the direction in the intermediate circuit, labeled I dG or I dM via the intermediate circuit-side terminals of the line converter bridges 1 , 2 and carries a corresponding quantity I dG '(not shown in FIG. 2) of a control logic of an anti-tip device for evaluation to.
Der Kippschutz selbst besteht in seinem Leistungsteil aus einem Kurzschlußthyristor 6 und einer Entlastungsdiode 8. Letztere soll verhindern, daß eine Abmagnetisierung von Zwischenkreisdrosseln 7 nur über (nicht dargestellte) Freilaufdioden eines angeschlossenen selbstgeführten Stromrichters (Pulswechselrichters) erfolgt.In its power section, the anti-tipper itself consists of a short-circuit thyristor 6 and a relief diode 8 . The latter is intended to prevent DC link chokes 7 from being demagnetized only via free-wheeling diodes (not shown) of a connected self-commutated converter (pulse-controlled inverter).
Wenn nämlich lediglich dieser selbstgeführte Stromrichter aus IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)-Elementen gebildet ist, sind lediglich in den IGBTs integrierte Freilaufdioden vorhanden. Diese integrierten Freilaufdioden sind jedoch vom Abschaltintegral nicht für beim Kurzschluß auftretende Stoßströme dimensioniert.If only this self-commutated converter is off IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) elements formed are only free-wheeling diodes integrated in the IGBTs available. However, these integrated freewheeling diodes are from Switch-off integral not for those occurring in the event of a short circuit Dimensioned surge currents.
Sind dagegen Freilaufdioden beim selbstgeführten Stromrichter (Pulswechselrichter) am Anschluß des Zwischenkreiskondensators vorhanden, die hohe Kurzschlußströme führen können, kann auf die Entlastungsdiode 8 eventuell verzichtet werden. If, on the other hand, freewheeling diodes are present in the self-commutated converter (pulse inverter) at the connection of the intermediate circuit capacitor, which can lead to high short-circuit currents, the relief diode 8 may be dispensed with.
Der Kurzschlußthyristor 6 wird immer dann durch ein Zündsignal Z gezündet, wenn der durch den Gleichspannungswandler 5 erfaßte Strom eine bestimmte Stromamplitude überschreitet oder die Spannungsamplitude unzulässige Werte erreicht. Das Zündsignal Z wird dabei über einen Ansteuerverstärker 13 für den Kurzschlußthyristor 6 geführt. Für die Erfassung der Netzspannung bzw. von Überspannungen am Eingang des Netzstromrichters ist ein Netztransformator 10 mit nachgeschalteter Gleichrichterbrücke 11 vorgesehen. Am Ausgang der Gleichrichterbrücke 11 liegt ein Glättungskondensator 12, der eine der Netzspannung proportionale Größe UGNetz Steuerungslogik des Kippschutzes bereitstellt.The short-circuit thyristor 6 is always ignited by an ignition signal Z when the current detected by the DC-DC converter 5 exceeds a certain current amplitude or the voltage amplitude reaches impermissible values. The ignition signal Z is conducted via a drive amplifier 13 for the short-circuit thyristor 6 . A mains transformer 10 with a rectifier bridge 11 connected downstream is provided for detecting the mains voltage or overvoltages at the input of the mains converter. At the output of the rectifier bridge 11 there is a smoothing capacitor 12 which provides a quantity U GNet control logic of the anti-tipper that is proportional to the mains voltage.
Durch die Zündung des Kurzschlußthyristors 6 beim Überschreiten eines bestimmten Pegels der Spannungsamplitude am netzseitigen Eingang der Netzstromrichterbrücken oder der Stromamplitude des über die zwischenkreisseitigen Klemmen der Netzstromrichterbrücken fließenden Gleichstromes wird die durch den Zwischenkreiskondensator 9 vorgegebene Zwischenkreisspannung UD über die Zwischenkreisdrosseln 7 kurzgeschlossen. Der Kurzschlußthyristor 6 ist dabei so dimensioniert, daß er die gespeicherte Zwischenkreisenergie kurzzeitig übernehmen kann. Der beim Zünden des Kurzschlußthyristors 6 entstehende Schwingkreis, gebildet aus dem Zwischenkreiskondensator 9 und den Zwischenkreisdrosseln 7, speichert die Energie nach einer Stromhalbwelle in den Zwischenkreisdrosseln 7. Die Zwischenkreisdrosseln 7 werden wie erwähnt anschließend über die Entlastungsdiode 8 (oder die Freilaufdioden beim nicht gezeigten, an den Zwischenkreiskondensator 9 angeschlossenen, selbstgeführten Stromrichter) abmagnetisiert.By igniting the short-circuit thyristor 6 when a certain level of the voltage amplitude at the line-side input of the line converter bridges or the current amplitude of the direct current flowing through the intermediate circuit terminals of the line converter bridges, the intermediate circuit voltage U D predetermined by the intermediate circuit capacitor 9 is short-circuited via the intermediate circuit chokes 7 . The short-circuit thyristor 6 is dimensioned so that it can temporarily take over the stored intermediate circuit energy. The resulting upon ignition of the Kurzschlußthyristors 6 resonant circuit, formed from the intermediate circuit capacitor 9 and the intermediate circuit coils 7, stores the energy by a current half-wave in the intermediate reactors. 7 As mentioned, the intermediate circuit chokes 7 are then demagnetized via the relief diode 8 (or the freewheeling diodes in the self-commutated converter, not shown, connected to the intermediate circuit capacitor 9 ).
Der gezündete Kurzschlußthyristor 6 soll beim Kippen der netzgeführten, die Energie aus dem Zwischenkreis in das Netz speisenden, Stromrichterbrücke 2 die Energie des Zwischenkreiskondensators 9 so gezielt ableiten, daß die Eingangssicherungen 14 nicht ansprechen. Außerdem wird verhindert, daß bei einer Abschaltung der Netzspannung durch den als Energiespeicher wirkenden Funkentstörfilter 3 und gleichzeitigem Betrieb der Netzstromrichterbrücke 2 durch Überspannungen Halbleiterbauelemente zerstört werden.The ignited short-circuit thyristor 6 is intended to specifically dissipate the energy of the intermediate circuit capacitor 9 when the line-guided converter bridge 2, which feeds the energy from the intermediate circuit into the network, so that the input fuses 14 do not respond. In addition, it is prevented that semiconductor components are destroyed by overvoltages when the mains voltage is switched off by the radio interference filter 3 acting as an energy store and the mains converter bridge 2 is operated simultaneously.
Beim Betrieb der Energie aus dem Netz ziehenden Netzstromrichterbrücke 1 können nun aber durch externe Schalthandlungen im speisenden Netz L1, L2, L3 ungewollte Spannungsspitzen auftreten, die über die Erkennung für die Netzspannungsamplitude der Steuerlogik des Kippschutzes den Kurzschlußthyristor 6 ansteuern und somit durch einen ausgangsseitigen Kurzschluß der netzgeführten Stromrichterbrücke 1 die Eingangssicherungen 14 ansprechen lassen.During operation of the power from the network converter bridge 1 , unwanted voltage peaks can now occur due to external switching actions in the supply network L1, L2, L3, which control the short-circuit thyristor 6 via the detection for the line voltage amplitude of the control logic of the anti-tipper and thus by a short circuit on the output side allow mains-operated converter bridge 1 to respond to input fuses 14 .
Durch Holtz, J.: "Beanspruchungen in Frequenzumrichtern mit ungesteuerter Einspeiseschaltung im stationären Betrieb und beim Auftreten impulsförmiger Netzüberspannungen" In: "etz-Archiv" Band 11 (1989) Heft 6, Seiten 169 bis 178 ist eine Schutzvorrichtung für die Ventile eines Pulswechselrichters in einem Frequenzumrichter mit einer ungesteuerten Einspeiseschaltung in Form einer dreiphasigen Diodenbrücke bekannt. Die Schutzeinrichtung schließt die gleichspannungsseitigen Klemmen der Diodenbrücke durch einen Schutzthyristor kurz, wenn eine impulsförmige Netzüberspannung auftritt. Damit und durch zusätzliches Abschmelzen von der Diodenbrücke vorgeschalteten Netzsicherungen wird verhindert, daß weitere Energie aus dem Netz in einen der Diodenbrücke nachgeschalteten Stützkondensator gespeist wird. Insbesondere wird aber auch erreicht, daß die am Stützkondensator auftretende, für die Ventile des nachgeschalteten Pulswechselrichters gefährliche Überspannung schnell abgebaut wird. Eine dem Stützkondensator parallel und entgegengesetzt zur betriebsmäßigen Polarität gerichtete Diode verhindert im Lauf nachfolgender Schwingungsvorgänge in einem durch eine im Gleichstromkreis liegende Glättungsdrossel und den Stützkondensator gebildeten Schwingkreis die Ausbildung negativer Spannungen am Stützkondensator.By Holtz, J .: "Stresses in Frequency inverters with uncontrolled supply circuit in the stationary operation and pulse-shaped when it occurs Network surges "In:" etz-Archiv "Volume 11 (1989) Issue 6, Pages 169 to 178 is a protective device for the Valves of a pulse inverter in one Frequency converter with an uncontrolled Feed circuit in the form of a three-phase diode bridge known. The protective device closes the DC-side terminals of the diode bridge through a protection thyristor short if a pulse-shaped Mains overvoltage occurs. With that and with additional Melt upstream from the diode bridge Mains fuses prevent further energy from coming out downstream of the network in one of the diode bridges Support capacitor is fed. But in particular, too achieved that occurs on the backup capacitor, for the Valves of the downstream pulse inverter dangerous overvoltage is quickly eliminated. One of the Support capacitor in parallel and opposite to operational polarity directional diode prevents Run subsequent vibrations in one by one in the DC circuit lying choke and Support capacitor formed resonant circuit training negative voltages at the backup capacitor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung zu verhindern, daß beim Betrieb der Energie aus dem Netz ziehenden Stromrichterbrücke und gleichzeitig auftretenden Überspannungsspitzen im Netz die Eingangssicherungen unnötig ansprechen.The invention has for its object at the outset specified circuitry to prevent that Operation of energy from the grid Converter bridge and occurring simultaneously Surge peaks in the network are the input fuses address unnecessarily.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the Characteristics characterized solved.
Die Betriebssicherheit des netzgeführten Stromrichters ist damit vorteilhafterweise erhöht, da der Kippschutz nur noch gezielt dann anspricht, wenn es nötig ist.The operational safety of the line-guided converter is thus advantageously increased, since the anti-tip only specifically addresses when it is necessary.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Fig. 1 der Zeichnung im Prinzip dargestellten Ausführungsbeispiels für die Steuerlogik des Kippschutzes erläutert werden:The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment for the control logic of the anti-tipper shown in FIG. 1 of the drawing:
Den Eingängen eines Spannungskomparators 15 wird zum einen über einen Eingangswiderstand 21 die der gleichgerichteten Netzspannung entsprechende Größe UGNetz zugeführt und zum anderen über Spannungsteilerwiderstände 22, 23 eine der Netzüberspanungsgrenze entsprechende Referenzspannung eingegeben. Wird der durch die Referenzspannung bestimmte Spannungspegel durch die Größe UGNetz überschritten, meldet der Ausgang AU des Spannungskomparators 15 ein H-Signal, das über eine erste monostabile Kippstufe 17 mit definierter Impulslänge einem UND-Glied 19 zugeführt wird. Das UND-Glied 19 gibt dieses Eingangssignal zwecks Zündung des Kurzschlußthyristors 6 (Fig. 2) an ein ODER-Glied 20 nur dann weiter, wenn die generatorische, also Energie in das Netz L1, L2, L3 aus dem Zwischenkreis zurückspeisende Netzstromrichterbrücke 2 in Betrieb ist, was durch ein dem UND-Glied 19 ebenfalls zugeführtes Signal GEN angezeigt wird. Damit wird ein Zünden des Kurzschlußthyristors 6 durch ein Signal Z am Ausgang des ODER-Glieds 20 beim Betrieb der motorischen, also Energie aus dem Netz L1, L2, L3 ziehenden Netzstromrichterbrücke 1 verhindert, da das Signal GEN bei deren Betrieb nicht auftritt.The inputs of a voltage comparator 15 are supplied on the one hand via an input resistor 21 with the value U GNet corresponding to the rectified mains voltage and, on the other hand, a reference voltage corresponding to the mains overvoltage limit is input via voltage divider resistors 22 , 23 . If the voltage level determined by the reference voltage is exceeded by the variable U GNet , the output A U of the voltage comparator 15 reports an H signal, which is fed to an AND gate 19 via a first monostable multivibrator 17 with a defined pulse length. The AND gate 19 transmits this input signal for the purpose of firing the short-circuit thyristor 6 ( FIG. 2) to an OR gate 20 only when the regenerative power converter bridge 2 , ie the energy that feeds back into the network L1, L2, L3 from the intermediate circuit, is in operation is what is indicated by a signal GEN also supplied to the AND gate 19 . Ignition of the short-circuit thyristor 6 by a signal Z at the output of the OR gate 20 during operation of the motor-driven power converter bridge 1 , ie drawing energy from the network L1, L2, L3, is prevented since the signal GEN does not occur during its operation.
Parallel zum Spannungskomparator 15 arbeitet ein Stromkomparator 16, an dessen einen Eingang über eine Entkopplungsdiode 27 zur Erkennung des generatorischen Zwischenkreisstromes, also eines Stromes IdG über die zwischenkreisseitigen Klemmen der Energie in das Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke 2 und einen Eingangswiderstand 24 das vom Stromwandler 5 gelieferte Signal IdG′ gelegt wird. Über zwei weitere Teilerwiderstände 25, 26 wird dem anderen Eingang des Stromkomparators 16 ein die Überstromgrenze, bei der der Kippschutz ansprechen soll, entsprechendes Referenzsignal zugeführt. Das Ausgangssignal am Ausgang AI des Stromkomparators 16, das abgegeben wird, wenn die dem generatorischen Zwischenkreisstrom entsprechende Größe IdG′ das Referenzsignal überschreitet, ist Eingangsgröße einer zweiten monostabilen Kippstufe 18 mit ebenfalls definierter Impulslänge. Der Ausgang dieser zweiten monostabilen Kippstufe 18 ist ebenfalls an das ODER-Glied 20 zur Abgabe des Zündsignals Z für den Kurzschlußthyristor 6 angeschlossen.In parallel to the voltage comparator 15 , a current comparator 16 works , at one input of which a decoupling diode 27 for detecting the regenerative intermediate circuit current, i.e. a current I dG via the intermediate circuit terminals of the power converter bridge 2 feeding the energy back into the network, and an input resistor 24 the signal supplied by the current transformer 5 I dG 'is placed. Via two further divider resistors 25, 26 , the other input of the current comparator 16 is supplied with a reference signal corresponding to the overcurrent limit at which the anti-tipper is to respond. The output signal at the output A I of the current comparator 16 , which is emitted when the size I dG 'corresponding to the generator intermediate circuit current' exceeds the reference signal, is the input variable of a second monostable multivibrator 18 with a likewise defined pulse length. The output of this second monostable multivibrator 18 is also connected to the OR gate 20 for emitting the ignition signal Z for the short-circuit thyristor 6 .
Claims (1)
- - daß bei durch netzseitige Eingangssicherungen (14) geschützten Netzstromrichterbrücken (1, 2) die gleichgerichtete Netzspannung (UGNETZ) dem einen Eingang eines ausgangsseitig an eine erste monostabile Kippstufe (17) angeschlossenen Spannungskomparators (15) zugeführt ist, an dessen anderem Eingang eine der Netzüberspannungsgrenze entsprechende Referenzspannung liegt,
- - daß die erste monostabile Kippstufe (17) ausgangsseitig mit einem Eingang eines UND-Gliedes (19) verbunden ist, dessen zweitem Eingang ein den Betrieb der Energie in das Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke (2) anzeigendes Signal (GEN) zugeführt ist,
- - daß einem Eingang eines Stromkomparators (16) ein Signal (IdG′) entsprechend dem Strom, der über die zwischenkreisseitigen Klemmen der Energie in das Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke (2) fließt, und dem anderen Eingang des Stromkomparators (16) ein die Überstromgrenze repräsentierendes Referenzsignal zugeführt sind und
- - daß der Ausgang des Stromkomparators (16) an den Eingang einer zweiten monostabilen Kippstufe (18) geschaltet ist, deren Ausgang ebenso wie der Ausgang des UND-Gliedes (19) an ein den Kurzschlußthyristor (6) zündendes ODER-Glied (20) gelegt sind.
- - That in the case of line-side input fuses ( 14 ) protected by line converter bridges ( 1 , 2 ), the rectified line voltage (U GNETZ ) is fed to one input of a voltage comparator ( 15 ) connected on the output side to a first monostable multivibrator ( 17 ), at the other input one of which Mains overvoltage limit corresponding reference voltage,
- - That the first monostable multivibrator ( 17 ) is connected on the output side to an input of an AND gate ( 19 ), the second input of which is supplied with a signal (GEN) indicating the operation of the energy feeding the energy back into the power supply bridge ( 2 ),
- - That an input of a current comparator ( 16 ) has a signal (I dG ') corresponding to the current flowing back through the intermediate circuit terminals of the energy feeding the power converter bridge ( 2 ), and the other input of the current comparator ( 16 ) represents an overcurrent limit Reference signal are supplied and
- - That the output of the current comparator ( 16 ) is connected to the input of a second monostable multivibrator ( 18 ), the output of which, like the output of the AND gate ( 19 ), is connected to an OR gate ( 20 ) which ignites the short-circuit thyristor ( 6 ) are.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7595613B2 (en) | 1995-01-11 | 2009-09-29 | Microplanet Inc. | Method and apparatus for electronic power control |
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1993
- 1993-12-18 DE DE19934344093 patent/DE4344093C1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DE-Z: HOLTZ, J.: "Beanspruchungen in Frequenzumrichtern..." in: etz Archiv Bd. 11(1989), H. 6, S. 169-178 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7595613B2 (en) | 1995-01-11 | 2009-09-29 | Microplanet Inc. | Method and apparatus for electronic power control |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| AF | Is addition to no. |
Ref country code: DE Ref document number: 4322379 Format of ref document f/p: P |
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| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CEGELEC AEG ANLAGEN UND ANTRIEBSSYSTEME GMBH, 1227 |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ALSTOM POWER CONVERSION GMBH, 12277 BERLIN, DE |
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| 8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |