DE3542752A1

DE3542752A1 - Schaltungsanordnung zum kurzschlussschutz eines wechselrichters

Info

Publication number: DE3542752A1
Application number: DE19853542752
Authority: DE
Inventors: Norbert Ing Grad Niesel; Klaus Ing Grad Wegener
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-11-30
Filing date: 1985-11-30
Publication date: 1987-06-04
Also published as: DE3542752C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 28 07 999 bekannt.

Bei hoch ausgenutzten, selbstgeführten Wechselrichtern, insbesondere wenn sie aus Leistungstransistoren oder GTO-Thyristoren aufgebaut sind, besteht die Notwendigkeit eines Schutzes vor Überströmen, der durch die gleich spannungsseitig angeordnete, den Stromanstieg begrenzende Drosselspule allein nicht gewährleistet ist. Vielmehr besteht, um die Ventile des Wechselrichters vor einer Zerstörung zu schützen, die Forderung, Über ströme, deren Kommutierung durch die Ventile der Wechselrichter nicht mehr möglich ist, auch abschalten zu können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für die Schaltungs anordnung der eingangs angegebenen Art einen Gleichstrom-Schnellschalter anzugeben, durch den der Laststrom oberhalb eines die Wechselrichter ventile gefährdenden Wertes unmittelbar unterbrochen wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Werden beim Auftreten eines Kurzschlußstromes die Zündimpulse für den ersten Thyristor gesperrt und wird der zweite Thyristor gezündet, liegt die Spannung des vorgeladenen Kondensators entsprechend dem Übersetzungsverhältnis der beiden Wicklungen der Drosselspule als Sperr spannung am ersten Thyristor, so daß der über ihn fließende Laststrom schnell und sicher unterbrochen wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden für einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für eine Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2a bis 2e die zeitlichen Verläufe von Strömen und Spannungen an in Fig. 1 gezeigten Elementen der Schaltungsan ordnung und

Fig. 3 bis Fig. 7 Varianten der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

In Fig. 1 ist ein mit einem dreiphasigen Ausgang versehener Wechsel richter WR angedeutet, der aus einer durch einen Kondensator C _D ge bildeten Gleichspannungsquelle gespeist wird. Der Kondensator C _D kann z. B. ein Stützkondensator für die Gleichspannung in einem Zwischen kreis eines Umrichters sein.

Zwischen den einen Pol des Kondensators C _D und den Eingang des Wechselrichters WR ist die Wicklung einer Drosselspule L in Reihe mit einem ersten Thyristor T _D geschaltet. Der Thyristor T _D ist während des normalen Betriebes des Wechselrichters gezündet. Die Drosselspule L be wirkt eine Begrenzung des Anstieges des durch sie zum Wechselrichter fließenden Gleichstromes. Die Wicklung der Drosselspule L und der erste Thyristor T _D sind in Rückwärtsrichtung des Gleichstromes durch eine Diode D _D überbrückt. Diese Diode dient der unverzögerten Rückspeisung von Energie über den Wechselrichter in die Gleichspannungsquelle.

Zwischen die beiden Pole der durch den Kondensator C _D gebildeten Gleichspannungsquelle ist die Reihenschaltung aus einer zweiten Wick lung der Drosselspule L mit einem vorgeladenen Kondensator C und einem zweiten Thyristor T geschaltet. Entsprechend den an der Dros selspule L befindlichen Punkten sind die beiden Wicklungen der Drossel spule L gleichsinnig. Die Vorladung des Kondensators C entsprechend der eingezeichneten polarität erfolgt über einen ohmschen Widerstand R aus einer zusätzlichen Spannungsquelle U _B, die hier aus einem Konden sator C _B besteht. Eine derartige zusätzliche Spannungsquelle ist in der Regel bei verlustarmen Wechselrichterbeschaltungsnetzwerken vorhanden.

Wenn im Wechselrichter WR ein Überstrom auftritt, bei dem die Gefahr besteht, daß er durch die Wechselrichterventile nicht mehr kommutiert werden kann, werden die Zündimpulse für den ersten Thyristor T _D ge sperrt, während der zweite Thyristor T gezündet wird. Die Kondensator spannung U _C des vorgeladenen Kondensators C liegt nun mit dem Über setzungsverhältnis der beiden Wicklungen der Drosselspule L als Sperr spannung am ersten Thyristor T _D. Der zuvor über die erste Wicklung der Drosselspule L fließende, gefährlich hohe Strom kommutiert über die zweite Wicklung der Drossel L durch Zündung des zweiten Thy ristors T in den Kondensator C. Während der Entladezeit des Konden sators C erlangt der erste Thyristor T _D seine Sperrfähigkeit.

In Fig. 2a ist der Verlauf der Spannung U _C am Kondensator C über der Zeit t aufgetragen. Fig. 2b und Fig. 2c zeigen die entsprechenden Ver läufe der Spannung U _TD am ersten Thyristor und der Spannung U _T am zweiten Thyristor. Erfolgt die Zündung des Thyristors T, sinkt die Span nung U _C ab, wodurch die Spannung U _TD einen negativen Wert annimmt. Während der Zeit t γ erlangt der erste Thyristor T _D seine Sperrfähig keit. In Fig. 2d und Fig. 2e sind die entsprechenden Ströme i _TD durch den ersten Thyristor T _D und i _T durch den zweiten Thyristor T während dieser Zeit gezeigt. Der Strom i _TD, also derjenige Strom, der als gefährlicher Kurzschlußstrom abgeschaltet werden soll, sinkt sehr schnell ab, während der Strom i _T entsprechend ansteigt.

Nachdem der Kondensator C sich zunächst entladen hat, wird er, wie in Fig. 2a gezeigt, mit umgekehrter Polarität soweit aufgeladen, bis sich die Drossel L über eine Entladediode D und die (Überbrückungs) Diode D _D in die zusätzliche Spannungsquelle U _B (Kondensator C _B) ent magnetisiert hat. Die Entmagnetisierungsströme i _DD durch die Diode D _D und i _D durch die Entladediode D sind in ihrem zeitlichen Verlauf gestri chelt in Fig. 2d und in Fig. 2e aufgezeigt. Durch die Überladung des Kondensators C auf die Spannung U _C = U _CD + U _B erhält der zweite Thyristor T am Ende des Entmagnetisierungsvorgangs eine Sperrspannung U _T = - U _B. Dementsprechend sinkt der Strom i _T auf 0, während der erste Thyristor T _D erneut gezündet wird. Nun wird der Kondensator C über den ohmschen Widerstand R auf seine Anfangsspannung U _B erneut aufgeladen.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsvariante, bei der die Spannung U _CD der speisenden Gleichspannungsquelle zusätzlich zur Hilfsspannungsquelle U _B zum Aufladen des Kondensators C genutzt wird. Zu diesem Zweck ist die Reihenschaltung aus einem dritten Thyristor T ₁ und einem weiteren ohmschen Widerstand R ₁ zwischen die beiden Pole des als Gleichspannungs quelle dienenden Kondensators C _D geschaltet. Der eine Anschluß der Reihen schaltung aus der zweiten Wicklung der Drosselspule L, des Kondensators C und des zweiten Thyristors T ist an die Verbindung zwischen dem dritten Thyristor T ₁ und dem weiteren ohmschen Widerstand R ₁ angeschlossen. Durch diese Maßnahme kann die Kapazität des Kondensators C verringert werden. Der dritte Thyristor T ₁ muß parallel mit dem zweiten Thyristor T gezündet werden.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, die derjenigen aus Fig. 3 entspricht mit dem Unterschied, daß hier auf die zusätzliche Spannungsquelle U _B verzichtet ist. Statt dessen ist der ohmsche Widerstand R zur Aufladung des Kondensators direkt an den einen Eingang des Wechselrichters ange schlossen und es ist die Entladediode D über einen Entladewiderstand R ₂ ebenfalls dort angeschlossen. Die Abmagnetisierung der Drosselspule L erfolgt in diesem Falle über den Entladewiderstand R ₂. Diese Art der Abmagnetisierung ist bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ebenso mög lich, wie bei einer Schaltungsanordnung, die in Fig. 5 dargestellt ist, d.h. auf die zusätzliche Spannungsquelle U _B kann durch Wahl eines geeig neten Übersetzungsverhältnisses der beiden Wicklungen der Drosselspule L verzichtet werden.

In Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Drosselspule L gezeigt, die nur eine Wicklung mit einem Teilabgriff aufweist. An den Teilabgriff ist die Reihenschaltung aus dem Kondensator C und dem zweiten Thy ristor T angeschlossen. Über das Windungsverhältnis der beiden Teile der Drosselspule L läßt sich die Sperrspannung am ersten Thyristor T _D ein stellen.

Fig. 6 zeigt einen Sonderfall der in Fig. 5 dargestellten Schaltung. Die Verhältnisse entsprechen hierbei denen in der Schaltung nach Fig. 1 mit einem Übersetzungsverhältnis der Wicklungen der Drosselspule L von 1 : 1. Die Reihenschaltung aus dem Kondensator C und dem zweiten Thyristor T ist hierbei an die Verbindung zwischen der Drosselspule L und den ersten Thyristor T _D angeschlossen.

Fig. 7 zeigt eine Schaltungsvariante, bei der der erste Thyristor T _D durch eine weitere Drosselspule L ₁ ersetzt ist. Durch diese Schaltung werden die Ventile des Wechselrichters entlastet, sie müssen aber in der Um schwingzeit des Kondensators C abgeschaltet werden. Auch die weitere Drosselspule wird in diesem Fall über die zusätzliche Spannungsquelle U _B abmagnetisiert.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Schutz eines Wechselrichters gegen einen Kurzschluß, bei der zwischen einem Pol einer den Wechselrichter speisenden Gleichspannungsquelle und einem Gleichspannungsanschluß des Wechselrichters eine den Anstieg eines Kurzschlußgleichstromes begrenzende Drosselspule vorgesehen ist, die in negativer Richtung des Gleichstromes durch eine Diode überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in Reihe mit der Drosselspule ein ebenfalls durch die Diode (D _D) überbrückter erster Thyristor (T _D) geschaltet ist und
daß zwischen den beiden Polen der Gleichspannungsquelle (C _D) eine Reihenschaltung aus einer zweiten, gleichsinnigen Wicklung der Drosselspule (L) mit einem vorgeladenen Kondensator (C) und einem zweiten Thyristor (T) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Spannungsquelle (U _B) vorgesehen ist, die über einen ohmschen Widerstand (R) den Kondensator (C) vorlädt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung der Drosselspule (L) über eine Entladediode (D) an die zusätzliche Spannungsquelle (U _B) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Spannungsquelle durch einen Entladewiderstand (R ₂) ersetzt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Pole der Gleichspannungsquelle (C _D) zusätz lich ein dritter Thyristor (T ₁) in Reihe mit einem weiteren ohmschen Widerstand (R ₁) geschaltet ist und der eine Anschluß der Reihen schaltung aus der zweiten Wicklung der Drosselspule (L), des Kon densators (C) und des zweiten Thyristors (T) an die Verbindung zwischen dem dritten Thyristor (T ₁) und dem weiteren ohmschen Wider stand (R ₁) gelegt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule (L) nur eine Wicklung mit einem Teilabgriff auf weist, an den die Reihenschaltung aus Kondensator (C) und zweitem Thyristor (T) angeschlossen ist (Fig. 5).

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Wicklung der Drosselspule (L) vorgesehen ist und die Reihenschaltung aus Kondensator (C) und zweitem Thyristor (T) an die Verbindung zwischen der Wicklung der Drosselspule (L) und dem ersten Thyristor (T _D) angeschlossen ist (Fig. 6).

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß nur eine Wicklung der Drosselspule (L) vorgesehen ist, daß anstelle des ersten Thyristors (T _D) eine weitere Drosselspule (L ₁) vorgesehen ist und
daß die Reihenschaltung aus Kondensator (C) und zweitem Thyristor (T) an die Verbindung zwischen den beiden Drosselspulen (L, L ₁) ange schlossen ist (Fig. 7).