DE1041140B

DE1041140B - Overcurrent protection for DC circuits that are fed from an AC network via rectifiers

Info

Publication number: DE1041140B
Application number: DES53901A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Rambold
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-06-15
Filing date: 1957-06-15
Publication date: 1958-10-16
Also published as: FR1194622A; CH363709A; GB876787A

Description

Es ist bekannt, in Wechselstromkreisen einer Schaltstelle Gleichrichter vorzuschalten, wobei für die beiden Stromrichtungen Parallelkreise mit Gleichrichtern verschiedener Sperrichtung vorgesehen sind. So ist bereits eine Kurzzeitschaltung beschrieben worden, bei der ein Wechselstrom über zwei parallele Teilkreise geführt ist, von denen jeder ein Schaltelement und mit diesem in Reihe einen Gleichrichter •—■ in jedem Teilkreis mit anderer Sperrichtung — aufweist, wodurch die Entionisierung an den Schaltstrecken erleichtert werden soll. In diesem Zusammenhang ist auch noch die Möglichkeit erwähnt, die Schalter eines Teilkreises mittels Relais durch den Strom im anderen Teilkreis zu betätigen, wodurch die Funkenbildung unterdrückt werden soll.It is known to connect rectifiers upstream of a switching point in AC circuits, wherein for the two current directions parallel circuits with rectifiers of different reverse directions are provided. So a short-term circuit has already been described in which an alternating current via two parallel Partial circles is guided, each of which is a switching element and with this in series a rectifier • - ■ in each pitch circle with a different reverse direction - has, whereby the deionization at the switching paths should be facilitated. In this context, the possibility is also mentioned that To operate the switch of a partial circuit by means of a relay through the current in the other partial circuit, whereby the Spark formation should be suppressed.

Es sind auch schon verschiedene Vorschläge bekanntgeworden, einen Wechselstrom bei dem Auftreten einer Überlastung in dem nächsten oder wenigstens einem rasch darauffolgenden Stromnulldurchgang nach dem Auftreten der Überlast abzuschalten, so daß sich in der folgenden Halbwelle kein Strom mehr ausbildet.Various proposals have also become known, an alternating current when it occurs an overload in the next or at least one rapidly following current zero crossing switch off after the occurrence of the overload, so that no Electricity educates more.

Nach der Erfindung kann auf dieser Grundlage eine sehr einfache Abschaltmöglichkeit für Gleichstromkreise gewonnen werden, die über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist werden, indem bei Auftreten eines Überstromes zunächst in dem Gleichrichterzweig der gerade keinen Strom führt bzw. in den Gleichrichterzweigen, die gerade keinen Strom führen, eine Unterbrechung vorgenommen wird, so daß diese (r) Gleichrichterzweig(e) den Strom nicht mehr übernehmen kann (können). In dem stromdurchflossenen Zweig wird der Netzstrom mit Umkehr der Spannungsrichtung sehr schnell verschwinden, insbesondere dann, wenn ein Ausgleichkreis vorhanden ist, über den die gespeicherte magnetische Energie abgebaut werden kann.According to the invention, a very simple disconnection option for direct current circuits can be made on this basis which are fed via rectifiers from an alternating current network by at Occurrence of an overcurrent first in the rectifier branch which is not carrying any current or in an interruption is made to the rectifier branches that are currently not carrying current, so that this (r) rectifier branch (s) can no longer take over the current. In the current-carrying Branch, the mains current will disappear very quickly with reversal of the voltage direction, especially when there is a compensation circuit through which the stored magnetic energy is stored can be broken down.

Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich bei einer Brücken- oder Graetz-Schaltung, da hierbei die für die Unterbrechung bestimmten Trennschalter nur auf der einen Seite der Brücke vorgesehen werden müssen, während die zweite Brückenseite als Ausgleichskreis dienen kann. Bei einer Mittelpunktschaltung kann es dagegen vorteilhaft sein, einen besonderen Ausgleichkreis vorzusehen. In jedem Fall wird dadurch sichergestellt, daß der Netzstrom in kürzester Zeit auf Null abklingt, ohne dabei Reaktanzspannungen auszulösen.A particularly simple arrangement is obtained with a bridge or Graetz circuit, since here the disconnectors intended for the interruption must only be provided on one side of the bridge must, while the second side of the bridge can serve as a compensation circle. With a midpoint connection on the other hand, it can be advantageous to provide a special compensation circuit. In any case this ensures that the mains current decays to zero in a very short time without reactance voltages trigger.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, wobei inAn embodiment of the invention is shown in the drawing, wherein in

Fig. 1 hierbei z. B. eine einphasige Brückenschaltung, inFig. 1 here, for. B. a single-phase bridge circuit, in

Fig. 2 das zugehörige Strom-Zeit-Diagramm wiedergegeben ist.Fig. 2 shows the associated current-time diagram.

überstromschutz für Gleichstromkreise,overcurrent protection for DC circuits,

die über Gleichrichter aus einem
Wechselstromnetz gespeist werdenthe over rectifier from one
AC mains are fed

Anmelder:Applicant:

Siemens -S chucker twerkeSiemens chucker twerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

DipL-Ing. Werner Rambold, Erlangen,
ist als Erfinder genannt wordenDipL-Ing. Werner Rambold, Erlangen,
has been named as the inventor

Mit 1 ist ein Transformator bezeichnet, über den die Anlage gespeist wird. Für die Speisung ist ein Gleichrichtersystem vorgesehen, das die vier Gleichrichterelemente 2, 3,4 und 5 in bekannter Brückenschaltung enthält, wobei in der Brückendiagonale der Verbraucher, beispielsweise in Form eines Motors 6, angeordnet ist. 7 bedeutet eine gleichfalls in der Brückendiagonale liegende Drossel, die zu einer Glättung des Verbraucherstromes dient. Mit 8 und 9 sind zwei Trennstellen bezeichnet, die in den Zweigen der Gleichrichter 2 und 3 angeordnet sind. Die Steuerung dieser Trennstellen erfolgt in Abhängigkeit von einem Überstrom im Gleichstromkreis mit Hilfe von nicht dargestellten, schnell ansprechenden Elementen wie z. B. durch eine Sättigungsdrossel.1 with a transformer is referred to through which the system is fed. For the feeding is a Rectifier system provided, which the four rectifier elements 2, 3, 4 and 5 in a known bridge circuit contains, with the consumer in the bridge diagonal, for example in the form of a motor 6, is arranged. 7 means a throttle, which is also located in the bridge diagonal, which leads to a Smoothing of the consumer current is used. With 8 and 9, two separation points are designated, which are in the branches the rectifier 2 and 3 are arranged. The control of these separation points is dependent from an overcurrent in the direct current circuit with the aid of rapidly responding elements, not shown such as B. by a saturation reactor.

Wenn in dem Verbraucher ein Kurzschluß eintritt, wird mit Hilfe dieser Schalteinrichtung die öffnung eines der Schalter 8 und 9 eingeleitet. Es sei hierbei angenommen, daß der Kurzschluß in dem Moment eintritt, in dem der Arbeitsstrom über die Gleichrichter 2 und 5, also den durch eine ausgezogene Linie angedeuteten Strompfad, fließen. Durch die Steuerung wird in einem solchen Fall die Trennstelle 9 geöffnet, was ohne Schwierigkeit erfolgen kann, da in dem Pfad des Gleichrichters 3 und der Trennstelle 9 in diesem Augenblick kein Strom fließt. Infolge der öffnung dieser Trennstelle kann nach dem nächsten Stromnulldurchgang ein Stromfluß in dem Pfad über die beiden Gleichrichter 3 und 4 nicht mehr einsetzen.If a short circuit occurs in the consumer, the opening is opened with the aid of this switching device one of the switches 8 and 9 initiated. It is assumed here that the short circuit at the moment occurs in which the working current through the rectifiers 2 and 5, that is, the one indicated by a solid line indicated current path, flow. In such a case, the control unit opens the separation point 9, which can be done without difficulty, since in the path of the rectifier 3 and the separation point 9 in at this moment no current flows. As a result of the opening this separation point can flow a current in the path via the after the next current zero crossing Do not use either rectifier 3 and 4 any more.

Da nach Richtungsumkehr der Spannung keine treibende Netzspannung mehr an der Anordnung liegt, wird der Stromfluß nur noch durch die in denSince after reversing the direction of the voltage there is no longer any driving mains voltage on the arrangement is, the current flow is only through the in the

809 65S/32 J809 65S / 32 J.

Induktivitäten des Kreises gespeicherte magnetische Energie aufrechterhalten. Für das Abklingen des Netzstromes sind in diesem Falle einer Brückenschaltung dabei allein die im Wechselstromkreis liegenden Induktivitäten maßgebend. Die im Gleichstromkreis gespeicherte magnetische Energie kann sich unabhängig davon über die Gleichrichter 4 und 5 auswirken. Der Strom im Gleichrichterzweig 2 wird daher in sehr kurzer Zeit abklingen, so daß auch die Trennstelle 8 stromlos geöffnet werden kann. Es ergibt sich ein Netzstromverlauf, wie in Fig. 2 dargestellt. Dabei steigt der bei ausreichender Glättung als konstant anzusehende Strom /„ im Augenblick des Kurzschlusses auf einem hohen Wert an, erlischt jedoch in dem folgenden Stromnulldurchgang bzw. kurz danach. Im Ausgleichskreis bleibt der Stromfluß noch kurze Zeit bestehen, bis die gespeicherte magnetische Energie abgebaut ist.Inductances of the circuit maintain stored magnetic energy. For the fading of the Mains current are in this case of a bridge circuit only those in the AC circuit lying inductances are decisive. The magnetic energy stored in the direct current circuit can have an effect independently of this via the rectifiers 4 and 5. The current in the rectifier branch 2 is therefore decay in a very short time, so that the separation point 8 can also be opened without current. It results a line current curve, as shown in FIG. 2. With sufficient smoothing, the increases as constant current to be viewed / "at the moment of the short circuit at a high value, but goes out in the following current zero crossing or shortly thereafter. The current flow remains short in the compensation circuit There is time until the stored magnetic energy is dissipated.

Die Anwendung der Graetz-Schaltung, bei der die für die Unterbrechung bestimmten Schaltelemente nur in je einem Brückenzweig für jede Stromrichtung angeordnet sind, hat hierbei noch den besonderen Vorteil, daß bei geringstem Aufwand eine überspannungsfreie Unterbrechung des Kurzschlußstromes erreicht wird, ohne daß hierzu zusätzlich Hilfsmaßnahmen, wie beispielsweise eine besondere Nullanode, erforderlich wären. Der durch die hohen Induktivitäten im Stromkreis aufrechterhaltene Strom kann über die anderen Brückenzweige weiterfließen, während der Strom in dem abzuschaltenden Kreis überspannungsfrei auf den Nullwert gebracht wird, wodurch sicher erreicht wird, daß keinerlei Überspannungsstöße in das Netz gelangen.The application of the Graetz circuit, in which the switching elements intended for the interruption are only arranged in one bridge branch for each current direction, has a special feature here Advantage that an overvoltage-free interruption of the short-circuit current with the least effort is achieved without additional auxiliary measures, such as a special zero anode, would be required. The current sustained by the high inductance in the circuit can continue to flow over the other branches of the bridge, while the current is in the circuit to be switched off is brought to the zero value without overvoltage, which ensures that no overvoltage surges whatsoever get into the network.

Auf diese Weise wird auch die Gefahr beseitigt, daß der durch die Induktivität aufrechterhaltene Strom bis in die übernächste Halbperiode über einen Lichtbogen weiterbestehen und dadurch eine Kurzschlußlöschung überhaupt verhindern könnte.In this way, the risk of the sustained by the inductance is eliminated Current will continue to exist through an arc into the next but one half cycle and thus a short-circuit extinction could prevent at all.

Die Anwendung des Erfindungsgedankens — sowohl in einphasiger wie auch mehrphasiger Schaltung — ist von besonderem Vorteil für Trockengleichrichter, ausführungen unter Verwendung von Germanium und Silizium oder 'Halbleitern aus dem Gebiet A3B5 gegen Überlastung empfindlich sind.The application of the inventive concept - both in single-phase and multi-phase circuits - is of particular advantage for dry rectifiers, versions using germanium and Silicon or semiconductors from the area A3B5 are sensitive to overload.

Da bei der neuen Überstromabschaltung der erhöhte Strom nur während einer extrem kurzen Zeitspanne die Gleichrichter belastet, ist es möglich, mittels geeigneter Wärmeableitungs- und Kühlmittel die durch den kurzzeitigen Überstrom erzeugte Wärmemenge sehr rasch abzuführen, so daß die betriebsmäßige Belastung der Gleichrichter ohne Gefahr sehr hoch gewählt werden kann.Because with the new overcurrent shutdown, the increased current only occurs for an extremely short period of time the rectifier is loaded, it is possible by means of suitable heat dissipation and coolants dissipate the amount of heat generated by the brief overcurrent very quickly, so that the operational load on the rectifier can be selected to be very high without risk.

Claims

1. Overcurrent protection for DC circuits in which consumers via rectifiers in one or multi-phase bridge connection from an alternating current network are fed, characterized in that when an overcurrent occurs in one direction depending on the overcurrent in the path of the other current direction Switching elements are opened.

2. Overcurrent protection according to claim 1 for at least partially inductive loads, characterized in that that at least at the time of the interruption of the path, a further current path is provided for the compensation.

3. Overcurrent protection according to claim 1 or 2, in which the individual rectifiers in a bridge circuit are arranged, with the power consumer lying in a bridge diagonal, thereby characterized in that the switching elements intended for the interruption are only ever in one bridge branch are arranged for each current direction.

4. Overcurrent protection according to claim 3, characterized in that after opening a separation point During the following half-wave, the separation point for the other current direction is also open will.

as these, in particular the high-performance publications under consideration:
German patent application Z 1560 VIIIb / 21c
(published May 21, 1953).

1 sheet of drawings