DE1613859B2 - Schutzschaltung fuer einen wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für einen Wechselrichter mit mindestens einem durch Impulse gesteuerten Gleichrichter, z. B. einem Thyratron oder einem Halbleitergleichrichter, und einem Eingangsfilter mit einer Reiheninduktivität und einem über diese mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen Parallelkondensator, welches Filter die im Generatorkreis erzeugte Wechselspannung von der Gleichspannungsquelle fernhalten soll, und wobei der Wert der Reiheninduktivität größer als das 4,62fache des Wertes der induktiven Eingangsreaktanz des Wechselrichters ist und der gesteuerte Gleichrichter bei einer Störung im Wechselrichter oder in einem Speise- oder Belastungskreis durch eine in der Reihenschaltung der Reiheninduktivität und des Parallelkondensators entstehende, die Spannung über dem Parallelkondensator durch Null hindurchführende gedämpfte Schwingung löschbar ist. Eine derartige Schutzschaltung ist Gegenstand des Hauptpatents 12 69 715.

Bei Wechselrichtern, die eine Schutzschaltung nach diesem Hauptpatent enthalten, hat sich in der Praxis gezeigt, daß die vorgesehenen Maßnahmen nicht in allen Fällen ausreichen, eine dauernde Löschung der gesteuerten Gleichrichter sicherzustellen. Es besteht nämlich die Möglichkeit, daß durch neue Steuerimpulse die gesteuerten Gleichrichter wieder leitend gemacht werden. Um ein abermaliges Zünden der gesteuerten Gleichrichter wirksam zu verhindern, bedarf es somit zusätzlicher Mittel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Schutzschaltung nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß die gesteuerten Gleichrichter auch durch weitere, z. B. im Generatorkreis selbst entstehende Steuerimpulse, nicht wieder gezündet werden können. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Schwingung eine weitere Spannung entnommen wird, mit der ein zweiter Kondensator aufgeladen wird und wodurch im aufgeladenen Zustand des zweiten Kondensators die Impulse des Generatorkreises gehindert werden, den (die) gesteuerten Gleichrichter zu erreichen.

Dabei kann in die Verbindungsleitung vom Eingangsfilter zum Wechselrichter ein Transformator aufgenommen sein, wobei die von der Schwingung im Transformator erzeugte Spannung über eine Zener-Diode eine Aufladung des zweiten Kondensators herbeiführt und wobei der zweite Kondensator sich zwischen dem Generator und dem gesteuerten Gleichrichter befindet.

Auch kann der Kondensator des Eingangsfilters durch eine Reihenschaltung einer Diode und des zweiten Kondensators überbrückt sein, wobei dieser zweite Kondensator in den Generatorkreis aufgenommen und durch einen Widerstand überbrückt ist.

Auch kann sich der zweite Kondensator im Ausgangskreis des Generators befinden, und zwar in einer Verbindung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des gesteuerten Gleichrichters.

An Hand der F i g. 1 und 2 werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.

In F i g. 1 sind 1 und 2 Anschlußklemmen der Vorrichtung. Die Klemme 1 dient zum Anschluß an die positive Klemme einer Gleichstromquelle, die Klemme 2 zum Anschluß an die negative Klemme dieser Gleichstromquelle. Von der Klemme 1, und zur Klemme 2 gehend, durchläuft man eine Reihenschaltung, in die eine Schmelzsicherung 3 und ein aus einer Induktivität 4 und einer Kapazität 5 bestehendes Eingangsfilter aufgenommen sind. Der Kondensator 5 ist durch einen Wechselrichter überbrückt, der unter anderem eine Induktivität 6, einen Anzapfpunkt 7, einen Anzapfpunkt 8 und weiter zwei Reihenschaltungen enthält, die aus einer Transformatorwicklung 9, einer Hilfsspule 10, einem Thyristor 11 und einem Anzapfpunkt B auf der anderen Seite des Kondensators 5, bzw. aus einer Transformatorwicklung 12, einer Hilfsspule 13, einem Thyristor 14 und einem Anzapfpunkt B bestehen. Die Transformatorwicklungen 9 und 12 sind gemeinsam durch einen Kondensator 15 überbrückt. Eine Sekundärwicklung 16 des Transformators ist mit Gasentladungslampen 17, 18 usw. belastet, die mit Kondensato-

ren 19,20 usw. stabilisiert sind.

Außer dem im vorstehenden beschriebenen Hauptkreis gibt es noch zwei Hilfsvorrichtungen, nämlich eine nicht detailliert dargestellte Startvorrichtung 21 und eine Generatorvorrichtung (s. das mit einem I bezeichnete gestrichelt umrahmte Schaltbild).

Diese Hilfsvorrichtungen dienen zum Erhalten der richtigen Impulse an den Steuerelektroden der Thyristoren 11 und 14.

Um den Wechselrichter in Betrieb zu setzen, ist ein Startimpuls erforderlich, der einen der Thyristoren leitend macht. Dazu dient die über die Verbindungen 22 und 23 aus dem Netz gespeiste und an die Steuerelektrode des Thyristors 11 angeschlossene Vorrichtung 21. Wenn der Thyristor 11 leitend wird, wird der Kondensator 15 des Wechselrichters aufgeladen und damit wird der Generatorkreis I in Betrieb gesetzt.

Die Generatorvorrichtung I besteht aus einem Schwingungskreis mit einem Kondensator 24 und einer Selbstinduktivität 25, in den ein Impulstransformator 26 aufgenommen ist. Dieser Schwingungskreis ist über eine Selbstinduktivität 27 mit dem Schwingungskreis des Wechselrichters gekoppelt. Wenn nach einem Startimpuls der Vorrichtung 21 der Hauptkondensator 15 aufgeladen wird, entsteht zwischen den Punkten 7 und 28 des Wechselrichters eine Spannung. Der Generatorkreis ist an diese Punkte angeschlossen. Dadurch wird der Kreis 24-25 erregt. Der Strom in diesem Kreis durchläuft den einen Ferritkern mit rechteckiger Hysteresekurve enthaltenden Impulstransformator 26. Jeder Nulldurchgang des Kreisstromes bewirkt ein Umkippen des magnetischen Zustandes dieses Kernes zum entgegengesetzten Wert, so daß ein kurzzeitiger Spannungsstoß in der Sekundärseite des Transformators 26, also im Ausgangskreis des Generators I, erzeugt wird. Die Spannung der Sekundärseite des Transformators 26 wird teilweise über eine Diode 29 und einen Widerstand 30 und den Anschlußpunkt C der Steuerelektrode des Thyristors 14 zugeführt. Der Zapfpunkt B ist einerseits mit der Katodenseite des Thyristors 14 und andererseits über einen noch näher zu besprechenden Kondensator 31 mit einer Mittelanzapfung des Transformators 26 verbunden. Der Widerstand 32 ist ein Schutzwiderstand. Der erste vom Generator I erzeugte Spannungsimpuls wird dem Thyristor 14 zugeführt. Der Thyristor 11 war inzwischen vom Nulldurchgang des Wechselrichterstroms an gelöscht, und der Startkreis wurde durch Umkehrung des Potentials über 22-23 abgeschaltet. Der Thyristor 14 ist nun also leitend, und der Kreis 24-25 wird aufs neue angeregt. Der Thyristor 14 erlischt wieder wegen des Nulldurchgangs des Wechselrichterstromes. Über einen gleichartigen Kreis wie der von B, 31, einem Teil des Transformators 26,29, 30 C, erhält nun der Thyristor 11 einen Impuls usw. Genannter Kreis enthält eine Diode 23, einen Widerstand 34 und zwei Anzapfpunkte A und B. Der Widerstand 35 ist ein Schutzwiderstand.

Das wechselweise Leitendwerden der Thyristoren 11 und 14 ergibt nun einen Wechselstrom in der Primärwicklung 9, 12 des Wechselrichtertransformators. Diese Wechsel werden auf die Sekundärwicklung 16 dieses Transformators übertragen und an die Belastung weitergegeben.

In den vorstehend besprochenen Kreis der Generatorvorrichtung I ist, wie gesagt, ein durch einen Widerstand 36 überbrückter Kondensator 31 aufgenommen. Die Reihenschaltung von Punkt B, Kondensator 31 und Diode 37 überbrückt den Kondensator 5 des Eingangsfilters.

Während des normalen Betriebs des Wechselrichters hat der Kondensator 31 keine spezielle Funktion. Es wird zwar aufgeladen, jedoch über den Widerstand 36 wieder schnell genug entladen, um das Weitergeben der erwähnten Impulse nicht zu verhindern. Im normalen Betrieb ist die Diode 37 nicht stromführend.

In einem konkreten Fall betrug die Gleichspannung zwischen den Klemmen 1 und 2 118 Volt. Die Frequenz

ίο des Wechselrichters betrug 6800 Hz und die Spannung an der Sekundärwicklung 16 des Transformators betrug 270 Volt. Die Induktivität 4 war 1,5 mH und der induktive Eingangswiderstand des Wechselrichters, der aus der Summe der Selbstinduktion der Induktivität 6 (10 μΗ), einer der Primärwicklungen des Transformators z. B. 9 (125 μΗ) und einer der Hilfsspulen z. B. 10 (10 μΗ) besteht, betrug also insgesamt 145 μΗ, d. h., die induktivität 4 war etwa das Zehnfache der Induktivität des induktiven Eingangswiderstandes des Wechselrichters. Der Kondensator 5 betrug 100 μΡ, der mit 15 bezeichnete Kondensator 0,67 μΡ und der mit 31 bezeichnete Kondensator 4 μΡ. Der Widerstand 36 war 390 Ω. Die Belastung bestand aus 20 Stück Niederdruckquecksilbergasentladungslampen von je 40 Watt mit einer Brennspannung von 95 Volt. Die Stabilisierungskondensatoren 19 und 20 hatten eine Kapazität von je 0,039 μΡ.

Wenn nun im Hauptkreis eine Störung auftritt, bei der z. B. der Belastungskreis 10-17, 20-18 kurzzeitig unterbrochen wird, dann ist es möglich, daß z. B. der Thyristor 11 durch diese Erscheinung nicht mehr in den Sperrzustand gelangt, da seine verfügbare Erholungszeit zu kurz geworden ist. Der Kondensator 5 des Eingangsfilters wird sich nun durch das große Verhältnis zwischen der Impedanz der Induktivität 4 des Eingangsfilters und dem induktiven Eingangswiderstand des Wechselrichters über die Induktivität 6, die Primärwicklung 9, die Hilfsspule 10, den Thyristor 11 und den Punkt B zu entladen anfangen. Wenn die Spannung des Kondensators 5 dabei negativ geworden ist, tritt die Diode 37 in Wirkung und lädt (über die Reihenschaltung Diode 37, Kondensator 31, Punkt B) den Kondensator 31 des Generatorkreises auf, wodurch die ß-Seite des Kondensators 31 stark positiv wird. Dies bildet nun eine Sperre für etwaige Impulse zu den Thyristoren (11 und 14). Wenige Augenblicke später wird die Kondensatorspannung 5 ihren maximalen negativen Wert erhalten haben, und der Strom durch den Thyristor 11 wird dadurch Null werden, wodurch dieser Thyristor erlischt. Infolge der Impulssperre ist ein abermaliges Leitendwerden der Thyristoren nun nicht mehr zu befürchten.

Wenn im Laufe der Zeit der Kondensator 31 über den Widerstand 36 entladen ist, ist die Spannung zwischen den Punkten 7 und 28 des Wechselrichters (an die der Generator I angeschlossen ist) schon lange auf Null zurückgebracht, so daß sich keine neuen Impulse vom Generatorkreis mehr erwarten lassen.

Der Startkreis 21 der mit einer viel niedrigeren Frequenz (etwa 10 Hz) arbeitet, wird nun im Laufe der Zeit der Thyristor 11 wieder leitend machen. Wenn die Störung noch nicht behoben ist, dann wird sich der beschriebene Abschaltvorgang wiederholen. Ist die Störung jedoch inzwischen verschwunden, dann gelangt der Wechselrichter wieder normal in Tätigkeit.

In F i g. 2 sind 40 und 41 die Anschlußklemmen für ein Gleichstromnetz. Die Klemme 40 wird an den positiven Pol und die Klemme 41 an den negativen Pol des Netzes

angeschlossen. Fig.2 zeigt einige Übereinstimmung mit Fig. 1. So ist 42 eine Schmelzsicherung und bildet die Induktivität 43 und der damit in Reihe geschaltete Kondensator 44 das Eingangsfilter. F i g. 2 zeigt weiter, dies im Gegensatz zu Fi g. 1, einen Wechselrichter mit nur einem Thyristor 45. Dieser Thyristor 45 befindet sich in einer aus der Primärwicklung eines Transformators 46, einer Induktivität 47 und einer Primärwicklung eines Transformators 48 bestehenden Reihenschaltung. Diese Reihenschaltung überbrückt den Kondensator 44.

Die Primärwicklung des Transformators 48 ist durch einen Kondensator 49 überbrückt. Mit I ist wieder die, nun nicht detailliert dargestellte Generatorvorrichtung zur Impulserzeugung angedeutet. Mit II ist die Startvorrichtung angegeben. Die Startvorrichtung arbeitet in ungefähr derselben Weise wie bei F i g. 1. Sie wird über die Verbindungen 50 und 51 aus dem Netz gespeist und ist über die Verbindung 52 an die Steuerelektrode des Thyristors 45 angeschlossen. Die Verbindung 53 verbindet den Generator I mit der Steuerelektrode des Thyristors 45, und die Verbindung 54 verbindet I mit der Katode des Thyristors 45.

Die Belastung des Wechselrichters zeigt Übereinstimmung mit der bei F i g. 1 beschriebenen Belastung.

Die Sekundärwicklung des Transformators 46 ist durch einen Schutzwiderstand 55 überbrückt. Diese Sekundärwicklung wird weiter durch die Reihenschaltung einer Diode 56, einer Zener-Diode 57 und eines Kondensators 58 überbrückt. Letzterer ist durch einen Entladungswiderstand 59 überbrückt.

Die normale Wirkung des Wechselrichters nach F i g. 2 und die der Hilfsvorrichtungen, nämlich des Startkreises II und des Generators I, entsprechen in großen Zügen den in Fig. 1 beschriebenen. Nur zeigt F i g. 1 einen Gegentaktwechselrichter und enthält der Wechselrichter nach F i g. 2 nur einen Thyristor. Auf die normale Wirkung des Wechselrichters nach Fig. 2 braucht nicht nochmals eingegangen zu werden.

In einem konkreten Fall betrug die Gleichspannung zwischen den Klemmen 40 und 41 wieder 118 Volt. Die Frequenz des Wechselrichters war 6800 Hz. Die Induktivität 43 betrug 1,5 mH, und die Summe der Induktivitäten der Primärwicklung des Transformators 46, der Spule 47 und der Primärwicklung des Transformators 48 betrug 145 μΗ.

Der Spitzenwert des Stromes durch die Primärwicklung des Transformators 46 betrug normalerweise 40 A. Überschritt dieser Strom 60 A, dann wurde die Zener-Spannung der Zener-Diode 57 erreicht.

Bei einer Störung wird der Thyristor 45, aus demselben Grunde wie bei F i g. 1 beschrieben wurde, wieder nicht in den Sperrzustand gelangen können. Der Spitzenwert des Stromes durch die Reihenschaltung der Elemente 46,47,48,45 steigt dadurch bis weit über 60 A. Die dadurch in der Sekundärwicklung des Transformators 46 induzierte Spannung wird dann so hoch, daß die Zener-Spannung der Zener-Diode 57 erreicht wird und ein starker Strom den Kondensator 58 auflädt, und zwar mit der positiven Seite zum Generator I hin gerichtet. Dadurch wird wieder eine Impulssperre in der Verbindung des Generators I über die Leitung 53 zur Steuerelektrode des Thyristors 45 gebildet.

Durch die erwähnte richtige Wahl der Größe der Induktivität 43 wird auch hier der Thyristorstrom über die Spannungsumkehrung am Kondensator 44 wieder erlöschen.

Es sei abermals darauf hingewiesen, daß der Strom durch den Transformator 46 im normalen Betrieb nicht so groß ist, daß die Zener-Spannung der Zener-Diode 57 erreicht wird, so daß dann keine Impulssperre gebildet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für einen Wechselrichter mit mindestens einem durch Impulse gesteuerten Gleichrichter, z. B. einem Thyratron oder einem Halbleitergleichrichter, und einem Eingangsfilter mit einer Reiheninduktivität und einem über diese mit der Gleichspannungsquelle verbundenen Parallelkondensator, welches Filter die im Generatorkreis erzeugte Wechselspannung von der Gleichspannungsquelle fernhalten soll, und wobei der Wert der Reiheninduktivität größer als das 4,62fache des Wertes der induktiven Eingangsreaktanz des Wechselrichters ist und der gesteuerte Gleichrichter bei einer Störung im Wechselrichter oder in einem Speise- oder Belastungskreis durch eine in der Reihenschaltung der Reiheninduktivität und des Parallelkondensators entstehende, die Spannung über dem Parallelkondensator durch Null hindurchführende, gedämpfte Schwingung löschbar ist, nach Patent 12 69 715, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schwingung eine weitere Spannung entnommen wird, mit der ein zweiter Kondensator (31) aufgeladen wird und wodurch im aufgeladenen Zustand des zweiten Kondensators (31) die Impulse des Generatorkreises (I) gehindert werden, den (die) gesteuerten Gleichrichter (11) zu erreichen ( F i g. 1).

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung vom Eingangsfilter (43, 44) zum Wechselrichter ein Transformator (46) aufgenommen ist, wobei die von der Schwingung im Transformator (46) erzeugte Spannung über eine Zener-Diode (57) die Aufladung des zweiten Kondensators (58) herbeiführt und wobei der zweite Kondensator (58) sich zwischen dem Generator (I) und dem gesteuerten Gleichrichter (45) befindet (F i g. 2).

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (5) des Eingangsfilters durch eine Reihenschaltung einer Diode (37) und des zweiten Kondensators (31) überbrückt ist, wobei der zweite Kondensator (31) in den Generatorkreis aufgenommen und durch einen Widerstand (36) überbrückt ist ( F i g. 1).

4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Kondensator (31) im Ausgangskreis des Generators befindet, und zwar in einer Verbindung zwischen der Steuerelektrode (A, C) und der Kathode (B) des gesteuerten Gleichrichters (11).