DE2009582C - Überspannungsschutzschaltungsanordnung für Wechselrichter zur Versorgung von Bordnetzen - Google Patents

Description

' P₅ ist auch bekannt, steuerbare Halbleiterventüe A durch gegen Überspannungen zu schützen, daß man cTim erforderlichen Zeitaugenblick in den strom-Senden Zustand steuert, d. h. durchsciialtet bzw. ,andet Es besteht die Möglichkeit, die Gitter-Anoden- »recke des jeweiligen steuerbaren Halbleiterventiis Ss eines linearen Widerstandes zu überbrücken. Se andere Möglichkeit besteht darin, den linearen wiHerstand durch einen nichtlinearen Widerstand, insbesondere eme Zenerdiode, zu ersetzen. Auch die aleichzeitige Zündung aller oder einiger der vor-Eondenen steuerbaren Halbleiterventüe durch das Swigssignal einer Überwachungseinrichtung bei drichzeitiger Auslösung eines übergeordneten Schutzfilters ist bekannt (schweizerische Patentschrift

Bei einer bekannten Schutzeinrichtung für parallel-.■.Jctaltete steuerbare Halbleiterventüe ^egen Über-Innungen liegt an den Steuerelektroden der zu putzenden Halbleiterventile je ein ohmscher Wider-Snd, dessen von den Steuerelektroden abgewandter Anschluß gemeinsam mit den Anschlüssen der übrigen Verstände an einem gemeinsamen Punkt liegt. An diesem Punkt ist die Kathode eines zusätzlichen •fiaien Halbleitend geschaltet, dessen Steuerdektrode über ein Schwellwertglied an die gemeinsame Anodenseite der zu schützenden Hableiterventile aneSlossen ist. Die Anode des zusätzlichen steuerbaren Sbtterventils ist über eine Hüfsspannungsouelle Kathodenseite der zu schützenden steuerbaren eines Kurzschlußstrumes sind Mittel zur ψ dieses Stromes im Gleichstromzwischenkreis be Hierfür werden normalerweise Schalter nut paraUeien

Widerständen verwendet. Um eine frühzeitige öeeinflussung zu gewährleisten, wirken das A**^⁵⁰*"* der Spannungsüberwachungseinrichtung und das auslösesignal als Folge eines Kurzschlußstromes ™f^c™ auf den Schalter als Mittel zur KurzschlulJstrombegrenzung ein. .

Ein Vorteil der Uberspannungsschutzschattungsanordnung nach der Erfindung hegt dann, aau

Thyristoren des Wechselrichters mit nur «"""Ff richtung gezündet werden. Außerdem ist es vorteilhalU

daß infolge des verhältnismäßig geringen teCftnBODrai Aufwandes der Schaltungsanordnung alle ^:*^nai"'¥*! elemente zu einem kleinen Bauteil zusammengefaßt

werden können. ru,,,n«hei«>iel nach

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel nacn

der Erfindung dargestellt,
ao F i g. 1 zeigt eine Gesamtanordnung

F i g. 2 eine Schutzschaltung, in der ein Relais ver

wendel wird, und „,««-hließlich

F ig. 3 eine Schutzschaltung, die ausschließlich

Gleichrichterelemente aufweist. _tor__n,_{aBe a}us

as In F i g. 1 ^^^^^ST^S^ einer Synchronmaschine 1, die durch einen

motor! angetrieben wird, einem J^ Gleichrichters und einem netzgefuhrten richter4. Der Gleichrichters «* richter 4 über einen Schalter 5 dem

Thyristoren eines Wechselrichters gegen schnell ansteigende Überspannungen eines Drehstromnetzes, _dere^gn Höhe größer als die Spitzensperrspannung ist, wird. Schließlich sind ein
einen Schalter 11 «n ^

12 mit

^TuJSfSnI bei dem eingangs beschriebenen Wechselrichter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Spannungsüberwachungseinnchtung vorhanden ist, durch deren Ausgangssignal alle Thynstoren der D ehstrombrückenschaltung gleichzeitig zündbar sind und daß das Ausgangssignal der Stromüberwachungseinrichtung der Blindleistungsmaschine den Schalter

^^^f _eX_ngsmasc Kupplung 14 mechanisch von diesem

getrennt _Seebetriebes sind alle Schalter 5,

^W*^h™l*?* fjf*^^d die Wellengeneratoranlage

und 11 ^J««»' "™ G_eeen chnell ansteigende

versorgt das Bordnetz^- £egen s«m ^_

Uberspanmingen ^^

Schaltelemente eine Zündung des Thynstors bewirken, wenn seine Durchlaßspannung einen vorgegebenen rzschlußstromes der erforderlichen

geschaltetem Impuls-Übertrager arMtaiBcjdneU^ geschlossen sein, wobei deren Thynstoren durch

Bordnetzspannung einen vorgeschnebenen Grenzwert ^ÜlS?Ä der Neusicherungen bei Auftreten

schließenden Schalter _eis wird das Bordnetz SSSiSSS Auftreten einer energiejSSi üSrspannung, die nicht Folge eines Kurz-Schlusses im Netz ist, ein rechtzeitiges Auslösen des

5 6

Schalters 5 zur Strombegrenzung im Gleichstrom- gang wiederholt sich jedesmal, wenn eine Überzwischenkreis erfolgen kann, ist eine weitere Leitung 37 spannung auftrifft, die einen bestimmten Wert übervorgesehen. Die Leitung 37 verläuft von der Span- schreitet.

nungsüberwachungseinrichtüng 9 direkt zum Schal· In F i g. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel nach

ter 5. ' 5 der Erfindung beschrieben. Die in F i g. 2 dargestellte

In F i g. 2 ist eine Ausführungsform der Spannungs- Gleichrichter-Relais-Anordnung ist durch eine Schal-

überwachungseinrichtung 9 nach F i g. 1 näher be- tung ersetzt, die ausschließlich Gleichrichterelemente

schrieben. Die Phasen eines Drehstrom-Bordnetzes aufweist. Jeweils ein Thyristor 31, 32 oder 33 bildet

sind mit R, S und T bezeichnet, wie dies aus Nor- mit einer in Reihe liegenden Diode 25, 26 oder 27 drei

mungsgründen allgemein üblich ist. An dieses Ver- io Strompfade, die parallel zur Primärwicklung des Über-

sorgungsnetz ist eine Drehstrombrücke 16 ange- tragers 19 angeordnet sind. An die Verbindungs-

schlossen, deren Gleichstromausgangskreis einen ohm- leitungen der Thyristoren 31, 32 oder 33 mit ihren

sehen Widerstand 17, einen Thyristor 18 und einen zugehörigen Dioden 25, 26 oder 27 ist jeweils ein

Impulsübertrager 19 aufweist, die in Reihe geschaltet . Phasenleiter R, S oder T des Drehstrom-Bordnetzes

sind. Zum Thyristor 18 ist eine Zenerdiode als nicht- 15 geführt. Der Steuerkreis des Thyristors 31 weist eine

lineares Schaltelement 20 parallel angeordnet. Parallel Diode 28 und eine Zenerdiode 34 auf, die in Reihen-

zum Widerstand 17 liegt ein Relais 21, dessen Kon- schaltung angeordnet sind. Die Steuerkreise der Thyri-

takte 22,23 und 24 als öffner ausgebildet sind und die stören 32 und 33 enthalten die entsprechenden Dioden

das Drehstrom-Bordnetz mit der Drehstrombrücke 16 29 und 30 sowie die Zenerdiode 35 und 36.

verbinden. ao An Hand eines Beispiels wird die Funktion der in

Zunächst wird die Bordnetzspannung an der Dreh- F i g. 3 dargestellten Schaltung erläutert. Bei Nennstrombrücke 16 gleichgerichtet, wobei die Ausgangs- spannung des Drehstrom-Bordnetzes (Ä, 5, 3¹) sperren gleichspannung der Netzspannung proportional ist. die Thyristoren 31, 32 und 33, so daß durch den Sobald die Gleichspannung auf Grund einer Netz- Impulsübertrager 19 kein Strom fließen kann. Tritt Spannungserhöhung einen bestimmten Wert über- »5 jedoch z. B. durch Abbrand einer 'Netzsicherung in schreitet, wird der Thyristor 18 über den Zenerdioden- der Phase R eine Überspannungsspitze auf, die einen steuerkreis gezündet. Nach der Zündung des Thyri- bestimmten Wert überschreitet, so wird die Zenerstors 18 fließt kurzzeitig ein Strom durch den diode 34 leitend und der Thyristor 31 gezündet. Es Impulsübertrager 19, dessen auf der Sekundärseite fließt dann ein Strom, dessen Richtung durch die induzierter Impuls die Zündung aller Thyristoren des 30 Diode 25 festgelegt ist, durch den Übertrager 19, der Wechselrichters bewirkt. Einige Millisekunden nach sekundärseitig den zur Zündung aller Thyristoren des der Zündung zieht, bedingt durch den Spannungs- nachgeschalteten Wechselrichters 4 (F i g. 1) notwenabfall am Widerstand 17, das Relais 21 an, wodurch digen Impuls abgibt. Beim Auftreten von Überdie Kontakte 22, 23 und 24 geöffnet werden, so daß spannungen in den Phasen S oder T werden die entder Stromkreis unterbrochen wird, der Thyristor 18 35 sprechenden Thyristoren 32 oder 33 durch die Zenersperrt und das Relais 21 wieder abfällt. Dieser Vor- dioden 35 oder 36 gezündet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2

maschine, einem Schalter zur Begrenzung des Kurz-Patentansprüche: sehlußstromes im Gleichstromzwischenkreis und mit

Mitteln zur Überwachung der Spannungen zwischen

l.Überspannungsschutzschaltungsanordnungfür den Phasen des Drehst^romnetzes. Wechselrichter zur Versorgung von Bordnetzen 5 Derartige netzgeführte Wechselrichter können z. B. mit konstanter Spannung, bestehend aus Thyri- an Bord eines Schiffes mit einer Synchronmaschine stören in Drehstrombrückenschaltung, deren Füh- mit nachgeschaltetem Gleichrichter zu einer Wellenrung und Kommutierung durch eine drehstross- generatoranlage zusammengefaßt sein, die während seitig geschaltete Blindleistungsmaschine erfolgt, des Seebetriebes das Bordnetz eines Schiffes versorgt, und mit einem Gleichstromzwischenkreis, der von io Sowohl aus Personalgründen wie auch aus wirtschafteinem ungesteuerten Gleichrichter gespeist ist liehen Gründen besteht ganz allgemein der Wunsch, und mit einer Stromüberwachungseinrichtung zur die technischen Einrichtungen an Bord eines Schiffes Überwachung der Phasenströme der Blindleistung»- durch die Verwendung von elektronischen Funktionsmaschine, einem Schalter zur Begrenzung des gruppen weitgehend zu automatisieren. Um jedoch Kurzschlußstromes im Gleichstromzwischenkreis 15 die Schiffssicherheit nicht zu gefährden, werden nur und mit Mitteln zur Überwachung der Spannungen elektronische Bauteile verwendet, die ein Höchstmaß zwischen den Phasen des Drehstromnetzes, da- an Zuverlässigkeit bieten.

durch gekennzeichnet, daß eine Span- Die Zuverlässigkeit von Elektronikbauteilen kann

nungsüberwachungseinrichtung (9) vorhanden ist, durch entsprechende Schutzschaltungen erhöht werdurch deren Ausgangssignal alle Thyristoren der ao den, durch welche die Bauteile vor schädlichen Um-Drehstrombrückenschaltung gleichzeitig zündbar welteinflüssen geschützt werden. Hierbei bedarf die sind, und daß das Ausgangssignal der Stromüber- Verwendung von Gleichrichterschmelzsicherungen zur wachungseinrichtung (38) der Blindleistungsma- selbsttätigen Abschaltung eines überlasteten Stromschine (12) den Schalter (S) öffnet. kreises eigentlich keiner weiteren Erwähnung. Jedoch

2. Überspannungsschutzschaltungsanordnung 25 können beim Abbrennen von normalen Netzsicherunnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gen infolge eines Kurzschlusses sehr hohe Uberdie Spannungsüberwachungseinrichtung (9) als eine spannungsspitzen auftreten, die normalerweise die für Drehstrombrückenschaltung (16) aus ungesteuerten elektronische Bauteile zulässigen Nennspannungen Dioden an die Phasen des Bordnetzes (R, S, T) an- übersteigen und somit zur Zerstörung der Bauteile geschlossen ist, mit der gleichstromseitig ein 30 führen. So kann z. B. ein Thyristor durch ÜberThyristor (18) und ein Impulsübertrager (19) in spannungsspitzen, die oberhalb seiner Spitzensperr-Reihenschaltung verbunden ist, und daß nicht- spannung liegen, zerstört werden (schweizerische lineare Schaltelemente (20) eine Zündung des Patentschrift 468 735).

Thyristors (18) bewirken, wenn die Spannung des Zum Schütze von Thyristoren, die durch Uber-

Bordnetzes einen vorgegebenen Grenzwert über- 35 spannungsspitzen aus Schaltvorgängen im Stromkreis schreitet. bedroht sind, ist es bekannt, die Überspannungen

3. Überspannungsschutzschahungsanordnung durch Kondensatorschaltungen aufzunehmen. Die nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abbrennen von Schmelzsicherungen entstehenden in Reihe mit dem Thyristor (18) und dem Impuls- Spannungsspitzen sind jedoch zu energiereich, um übertrager (19) die Spule eines Relais (21) ge- 40 durch Kondensatorschaltungen auf zulässige Werte schaltet ist, über dessen Ruhekontakte (22, 23, 24) begrenzt zu werden.

die Drehstrombrückenschaltung (16) an das Bord- Als Überspannungsschutz für Stromrichter ist es

netz (R, S, T) angeschlossen ist. bekannt, zwischen den Wechselstrompolen einge-

4. Überspannungsschutzschaltungsanordnung schaltete Ableiter zu verwenden, beispielsweise in der nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 45 Art von Funkenstrecken in Reihe mit spannungsdie Spannungsüberwachungseinrichtung (9) als eine abhängigen Widerständen. Die Fähigkeit derartiger halbgesteuerte Drehstrombrückenschaltung mit Ableiter, gegen Überspannungen zu schützen, ist nachgeschaltetem Impulsübertrager (19) vorgesehen jedoch auf Überspannungen auf der Wechselstrom- und an das Bordnetz (R, S, T) angeschlossen ist, seite begrenzt, da ein Gleichstrom in den Ableitern deren Thyristoren (31, 32, 33) durch nichtlineare 50 eine Neigung zur längeren Dauer aufweist. Uber-Schaltelemente (34, 35, 36) zündbar sind, wenn die spannungen können jedoch auch auf der Gleichstrom-Bord-Netzspannung einen vorgeschriebenen Grenz- seite entstehen, besonders bei hochgespannten Stromwert überschreitet. richtem. Es ist jedoch auch bekannt, Stromrichter

vor Überspannungen dadurch zu schützen, daß vorher SS gesperrte Ionenventile mit niedrigem Kathoden-

Spannungsabfall, d. h. in erster Linie solche Ventile

mit Lichtbogen oder Glühkathode, unter der Einwirkung der Überspannung freigegeben werden. Die

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überspannungs- in dieser Weise freigegebenen Ventile können eigene schutzschaltungsanordnung für Wechselrichter zur 60 Arbeitüventile des Stromrichters sein, welche besonders Versorgung von Bordnetzen mit konstanter Spannung, bei einem Abscheren des Stromes in einem Ventil bestehend aus Thyristoren in Drehstrombrücken- freigegeben werden, um den Strom auf anderem schaltung, deren Führung und Kommutierung durch Wege als dem normalen durch den Stromrichter durcheine drehstromseitig geschaltete Blindleistungsma- zulassen. Die Freigabe eines als Überspannungsschutz schine erfolgt, mit einem Gleichstromzwischenkreis, 65 dienenden Ventils kann durch Gittersteuerung, durch Tier von einem ungesteuerten Gleichrichter gespeist Zünden eines augenblicklich wirkenden Zünders, z. B. ist und mit einer Stromüberwachungseinrichtung zur eines Widerstandszünders, oder in anderer Weise Überwachung der Phasenströme der Blindleistungs- erfolgen (deutsche Patentschrift 911 034).