DE2906556A1

DE2906556A1 - Verfahren und anordnung zum schutz eines zwischenreisumrichters oder zwangskommutierten wechselrichters

Info

Publication number: DE2906556A1
Application number: DE19792906556
Authority: DE
Inventors: Juergen Ing Grad Fritsche; Ernst Dipl Ing Golde
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-02-17
Filing date: 1979-02-17
Publication date: 1980-08-28
Also published as: DE2906556C2

Description

Verfahren und Anordnung zum Schutz eines Zwischenkreis-
umrichters oder zwangskommutierten Wechselrichters Umrichter mit GleAchspannungszwischenkreis oder Wechselrichter mit Zwangskommutierung und Konstant-Spannungsverhalten werden in großer Zahl zur Speisung von Drehstromantrieben mit veränderlicher Frequenz angewendet. Derartige Um- oder Wechselrichter eignen sich auch zur Speisung von Wechselstrom- oder Drehstromnetzen, sowohl als sogenannte Blindlaststromrichter zur Speisung mit Blindleistung als auch in Verbindung mit einem Gleichrichter zur Speisung mit Wirk- und Blindleistung.
Ein derartiger Umrichter ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und besteht aus einem steuerbaren, netzkommutierten Gleichrichter 2, der an ein speisendes Drehstromnetz 1 angeschlossen ist, einem Gleichspannungszwischenkreis mit Glättungsdrossel 3 und Glättungskapazität 4 und einem zwangskommutierten Wechselrichter 8 , der über einen Transformator 9 in ein zweites Drehstromnetz 10 einspeist.
Für den Wechselrichter 8 ist es ohne Bedeutung, ob die Zwangskommutierung mit Zwischenphasenkondensatoren oder über separate Löschzweige durchgeführt wird.
Umrichter bzw. Wechselrichter in der beschriebenen Anordnung und Anwendung sind durch Fehlkommutierungen gefährdet, die z.B. durch mehr oder weniger entfernte Kurzschlüsse im gespeisten Netz 10 verursacht werden können. Während es keine -Schwierigkeiten bereitet, die Leistungszufuhr vom speisenden Netz 1 durch Wechselrichter-Umsteuerung des netzkommutierten Gleichrichters 2 zu unterbrechen, kann die Unterbrechung der Rückspeisung vom gespeisten Netz 10 in angemessener Zeit problematisch sein, da die Ausschaltverzögerung des ausgangsseitig angeordneten Drehstrom-Leistungsschalters 11 von etwa 150 ms oder das verzögerte Ansprechen von Schmelzsicherungen zur Zerstörung der Halbleiterventile des Wechselrichters 8 führt. Ebenso ist die Verwendung von Gleichstrom-Schnellschaltern bei höheren Spannungen oder Leistungen nicht möglich.
Eine Analyse der Vorgänge im gekippten Wechselrichter zeigt, daß in dem gestörten Wechselrichterzweig der. Thyristorstrom keine Nulldurchgänge enthält und bis zur netzseitigen Abschaltung in unzulässiger Höhe weiterfließt, was bei Auslegung des Wechselrichters nach den Betriebsnennwerten zur sicheren Zerstörung führen würde.
Ebenso hat der Versuch einer nochmaligen Zwangskommutierung keinerlei Aussicht auf Erfolg, wenn der Kurzschlußstrom bereits auf ein Vielfaches seines Nennwertes angestiegen ist.
Problematisch bei einer Wechselrichterkippung ist weiterhin, daß sich der im Zwischenkreis bzw. parallel zu den Gleichspannungsklemmen des Wechselrichters angeordnete Glättungskondensator im Fall einer Wechselrichterkippung oder eines Kurzschlusses am Ausgang des Wechselrichters stoßstromartig über die Ventile des Wechselrichters entlädt. Damit die Ventile nicht zerstört werden, wird in bekannten Anordnungen der Scheitelwert des Stromes durch eine Schutzdrossel begrenzt und der Stoßstrom im Falle der Kippung von einem zusätzlichen Thyristor (Kurzschließer-Thyristor) übernommen, der am Eingang des Wechselrichters bzw. im Zwischenkreis angeordnet ist und die Ventile entlastet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zum Schutz eines Zwischenkreis-Umrichters mit Glättungskapazität im Zwischenkreis oder zwangskommutierten Wechselrichter mit eingangsseitiger Glättungskapazität gegen überströmte nach Fehlkommutierungen anzugeben, bei dem bzw.
bei der die Wechselrichterventile wirksam geschützt werden und bei der die erforderliche Überstrom-Schutzanordnung nicht im, Betriebsstromkreis liegt und damit betriebsmäßig vom Laststrom durchflossen wird und dennoch die geforderte Schutzwirkung ausübt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst.
Ein Überstromschutz für einen derartigen Umrichter bzw.
Wechselrichter ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 3 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäß> Verfahren stellt sicher, daß nach einer Netzperiode alle Thyristoren des Wechselrichters stromlos sind und nach einer weiteren Halbperiode der über die Rückstromdioden des Wechselrichters fließende Kurzschlußstrom unterbrochen wird. Wegen der äußerst kurzfristigen Strombelastung der verwendeten Bauelemente können diese entsprechend hoch überlastet bzw. entsprechend klein dimensioniert werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Uberstrom-Schutzanordnung nicht im Betriebsstromkreis liegt, sondern in einem betriebsmäßig nicht vom Betriebsstrom durchflossenen Hilfskreis, auf den der Betriebsstrom erst nach Eintritt einer Störung kommutiert. Demzufolge kann die Überstrom-Schutzanordnung für eine wesentlich kleinere thermische Belastung dimensioniert werden.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel es soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.
Der in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellte und bereits beschriebene Umrichter enthält parallel zwischen Wechselrichtereingang und Glättungskapazität 4 die Reihenschaltung eines mechanischen Schalters 6, zu dessen Schaltstrecke ein Widerstand 7 parallel angeordnet ist und eines elektronischen Schalters 5. Im Ausführungsbeispiel ist für den elektronischen Schalter 5 ein Thyristor gewählt worden, ebenso können ein Ignitron oder artverwandte Bauelemente verwendet werden.
Im Zusammenwirken dieser Uberstrom-Schutzanordnung mit der Wechselrichtersteuerung werden bei einer Wechselrichterkippung folgende Verfahrensschritte zum Schutz des Wechselrichters 8 durchgeführt: 1. Kurzschluß des Zwischenkreisausgangs über den elektronischen Schalter 5; 2. gleichzeitige Sperrung der Zündimpulse für die Thyristoren des Wechselrichters 8; 3, nach 1 bis 1,5 Perioden des gespeisten Netzes 10 wird der Kurzschlußstrom mit Hilfe des mechanischen Schalters 6 geöffnet.
Durch die Verfahrensschritte 1. und 2. wird erreicht, daß nach einer Netzperiode alle Thyristoren des Wechselrichters 8 stromlos geworden sind. Zu diesem Zeitpunkt fließt noch ein Kurzschlußstrom über die Rückstromdioden des in Drehstrombrückenschaltung aufgebauten Wechselrichters und den Kurzschlußpfad, der innerhalb der nächsten Halbperiode durch Öffnen des mechanischen Schalters 6 unterbrochen wird (Verfahrensschritt 3.). Da die Strombelastung des Kurzschlußpfades nur währen 1 bis 1,5 Perioden, das sind 20 bis 30 ms bei einer Frequenz von 50 Hz des gespeisten Netzes 10, besteht, können die beanspruchten Bauelemente, das sind im wesentlichen die Ventile des Wechselrichters 8 und die Elemente des Kurzschließers selbst, entsprechend hoch überlastet bzw. entsprechend klein dimensioniert werden.
Um dem mechanischen Schalter 6 das Ausschalten zu erleichtern und die übrigen Bauelemente vor Überspannung zu schützen, kann parallel zur Schaltstrecke des mechanischen Schalters 6 ein ohmscher oder nichtlinearer Widerstand 7 angeordnet werden, der den Kurzschlußstrom bis zur Öffnung des Drehstromleistungsschalters 11 auf einen für die Bauelemente zulässigen Wert begrenzt.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Schutz eines Zwischenkreisumrichters mit Glättungskapazität im Zwischenkreis oder zwangskommutierten Wechselrichters mit eingangsseitiger Glättungskapazität gegen überströmte nach Fehlkommutierunen, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Wechselrichters (8) nach einer Fehlkommutierung über einen elektronischen Schalter (5) sofort kurzgeschlossen wird und dabei alle Zündimpulse für die Thyristoren des Wechselrichters (8) gesperrt werden und anschließend der Kurzschlußkreis durch einen mechanischen Schalter (6) verzögert aufgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußkreis nach 1 bis 1,5 Perioden des gespeisten Netzes (10) durch den mechanischen Schalter (6) geöffnet wird.
3, Überstromschutz für einen Zwischenkreisumrichter mit Glättungskapazität im Zwischenkreis oder zwangskommutierten Wechselrichters mit eingangsseitiger Glättungskapazität gegen Uberströme nach Fehlkommutierungen, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung eines mechanischen Schalters (6), dem ein Widerstand (7) parallelgeschaltet ist und eines elektronischen Schalters (5) parallel zu den Eingangsklemmen des Wechselrichters (8) bzw. der Glättungskapazität (4).
4. Überstromschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (7) derart bemessen ist, daß der Kurzschlußstrom auf eine für die Rückstromdioden des Wechselrichters (8) zulässige Höhe begrenzt wird.