DE1073108B - Überstromschutz fur Halbleitergleichnchteranlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf den Überstromschutz für eine Halbleitergleichrichteranlage, namentlich eine Gleichrichteranlage mit Germanium- oder Siliziumgleichrichterzellen, bei der jeder Gleichrichterzelle eine eigene, mit ihr in Reihe geschaltete, strombegrenzende Sicherung zugeordnet ist, deren Schmelzleiter mindestens eine querschnittsverjüngte Stelle aufweist, deren Querschnitt und Länge so gering sind, daß die querschnittsverjüngte Stelle bei stromführendem Schmelzleiter eine annähernd punktförmige Wärmequelle bildet. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die in der deutschen Auslegeschrift 1 028 239 beschriebene Anlage weiterzuentwickeln und zu verbessern.

Bei der in der genannten Auslegeschrift beschriebenen Anlage ist jeder Gleichrichterzelle eine eigene, mit ihr in Reihe geschaltete, strombegrenzende Sicherung zugeordnet, deren Schmelzleiter eine einzige querschnittsverjüngte Stelle aufweist, deren Querschnitt und Länge so gering sind, daß die querschnittsgeschwächte Stelle bei stromführendem Schmelzleiter eine annähernd punktförmige Wärmequelle bildet. Um die Durchlaßenergie zu beschränken, ist auf das Vorhandensein einer Quarzsandfüllung in jeder der Einzelsicherungen verzichtet worden, und es sind andere Mittel in den Einzelsicherungen vorgesehen worden, die es ermöglichen, den Abschaltlichtbogen in ruhender Luft zu löschen. Diese Art der Lichtbogenlöschung vermeidet den Übelstand des anhaltenden Nachstromes, der in gebräuchlichen strombegrenzenden Sicherungen durch die Überbrückung der Lichtbogenstrecke durch eine heiße Schmelzraupe hervorgerufen wird, beschränkt jedoch die Anwendung der Sicherung auf verhältnismäßig geringe Spannungen. Das bedeutete keinen Nachteil, solange höhere Gleichspannungen nur durch Reihenschaltung von Germanium- oder Siliziumgleichrichterzellen erzielt werden konnten. Die neuzeitlichen Germanium- und Siliziumgleichrichterzellen eignen sich jedoch für höhere treibende Spannungen als jene, für welche sich die Sicherungen gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 028 239 eignen, und machen daher die Frage nach einem andersartigen Schutz von hochempfindlichen Halbleitergleichrichteranlagen akut.

Es hat sich gezeigt, daß eine geringe Vergrößerung der Abmessungen des Lichtbogenlöschraumes der in der obigen Auslegeschrift beschriebenen Sicherungen, verbunden mit einer geringen Verlängerung des Schmelzleiters und einer Ausfüllung des Lichtbogenlöschraumes mit Quarzsand, es in einigen Fällen ermöglicht, Sicherungen dieser Art in Stromkreisen mit einer relativ hohen treibenden Spannung anzuwenden. Die so abgeänderten Sicherungen haben indessen die Tendenz, die Durchlaßenergie nicht hinreichend zu beschränken, und bedeuten daher in vielen Fällen eine Gefährdung der Gleichrichterzellen. Eine solche kann indessen erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß der Schmelzleiter einer

überstromschutz
für Halbleitergleichrichteranlagen

Anmelder:

The Chase Shawmut Company,
Newburyport, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 136-142

Beanspruchte Priorität:
V. St v. Amerika vom 6. Juni 1957

Frederick J. Kozacka, Amesbury, Mass.,

und Dr.-Ing. Erwin Salzer, Waban, Mass. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

jeden Sicherung mit einem auf Blaswirkung beruhenden, strombegrenzungsfähigen Entionisierungsmittel zusammenwirkt, das die Entstehung einer den Abschaltlichtbogen überbrückenden Schmelzraupe ausschließt, daß der Schmelzleiter einer jeden Sicherung mit einer so dünnen Auflage eines Metalls niedrigerer Schmelztemperatur als die Schmelztemperatur des Grundmetalls versehen ist, daß der Schmelzleiter beim Auftreten eines niedrigeren Ji² · iüi-Wertes durch Korrosion unterbrochen wird als der Ji² · dt-Weit, der erforderlich wäre, um den Schmelzleiter ohne das Vorhandensein der Auflage zu unterbrechen, und daß ein zusätzliches, die Energiezufuhr zu allen Gleichrichterzellen beherrschendes, mit Überstromauslösern versehenes Schaltgerät vorgesehen ist, die dasselbe im Bereich verhältnismäßig geringer, die Gleichrichterzellen gefährdender Überlastung schneller zum Ansprechen bringen als die unter der gegebenen Überlastung zum Ansprechen einer der Sicherungen erforderlichen Zeitdauer.

Die Forderung, die Durchlaßenergie nach Möglichkeit zu beschränken, führt dazu, die Sicherungen möglichst flink zu machen. Andererseits erheischt der Schutz von Gleichrichtern Sicherungen verhältnismäßig hoher Nennstromstärken. Beide Forderungen lassen sich gleichzeitig nur dadurch erfüllen, daß man dem Schmelzleiter die Gestalt eines Streifens oder Bandes verleiht, der einige oder mehrere querschnittsverjüngte Stellen aufweist, deren Querschnitt und Länge so gering sind, daß die querschnittsgeschwächte Stelle bzw. Stellen bei stromführendem Schmelzleiter annähernd punktförmige Wärmequellen bilden.

909 709/375

3 4

Um derartige Querschnittsverjüngungen schon bei Fig. 6 stellt Strom-Zeit-Kennlinien der Teile einer Überströmen in der Höhe des Drei- bis Vierfachen des Anlage gemäß Fig. 5 in doppellogarithmischen Maß-Nennstromes der Sicherung strombegrenzend zu zer- stäben dar.

stören, d. h. bevor der Überstrom zu höheren Werten Die Sicherung gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein Geansteigen kann, ist es zweckmäßig, die Zerstörung der 5 häuse 1 aus einem Kunstharz mit einer Glasgewebeeinlage Querschnittsverjüngungen statt durch Abschmelzen durch auf, das an beiden Enden durch Pfropfen 2 verschlossen Metallkorrosion herbeizuführen. Zu diesem Zweck ist ist. Die Pfropfen 2 sind mit Messerkontakten 3 versehen der Schmelzleiter einer jeden Sicherung mit einer so und durch den bandförmigen Schmelzleiter 4 aus Silber dünnen Auflage eines Metalls niedrigerer Schmelz- stromleitend miteinander verbunden. Der Schmelzleiter 4 temperatur als die Schmelztemperatur des Grundmetalls io ist mit zwei V-förmigen Einschnitten 6 versehen, welche versehen, daß der Schmelzleiter beim Auftreten eines eine Querschnittsverjüngung hervorrufen, die einen so niedrigeren Ji² · ii-Wertes durch Korrosion unter- kleinen Querschnitt und eine so geringe Länge besitzt, brochen wird als der Ji² · dt-Wert, der erforderlich wäre, daß sie, wenn die Sicherung Strom führt, eine annähernd um den Schmelzleiter ohne das Vorhandensein der Auf- punktförmige Wärmequelle darstellt. Der Schmelzleiter 4 lage zu unterbrechen. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die 15 ist in eine Masse 5 von Quarzsand eingebettet.
Zeiten hinreichend kurz sind, um Wärmeaustausch in Wenn der Schmelzleiter 4 unter dem Einfluß des Dreierster Annäherung vernachlässigen zu können. bis Vierfachen des Nennstromes der Sicherung in weniger

Die Forderungen, verhältnismäßig hohe Nennstrom- als einer Viertelperiode des sie durchfließenden Stromes stärken zu erzielen und den Unterbrechungsvorgang unterbrochen wird, so wird der Lichtbogen durch eine strombegrenzend schon beim Auftreten des Drei- bis Vier- 20 Schmelzraupe überbrückt, die durch geschmolzenen fachen des Nennstromes einzuleiten, führen zu Schmelz- Quarzsand gebildet wird. Die Schmelzraupe bewahrt ihre leitern, bei denen sehr enge, sehr kurze Querschnitts- Leitfähigkeit mehr oder minder lange, selbst nach Erverjüngungen zwischen verhältnismäßig weiten und löschung des Lichtbogens, in der Sicherung und wirkt auf langen Querschnittserweiterungen in Streifen- oder Band- eine Verzögerung seines Erlöschens hin. Daher ist die form angeordnet sind. Diese Querschnittserweiterungen 25 Durchlaßenergie einer Sicherung gemäß den Fig. 1 und 2 verleihen den Sicherungen im Überstrombereich unter- verhältnismäßig hoch. Anders ausgedrückt, der Wert halb des Drei- bis Vierfachen der Nennstromstärke eine des Integrals fi² · dt, gerechnet vom Zeitpunkt des Aufrecht erhebliche Trägheit, die zu einer Beschädigung der tretens des Überstromes bis zum Absinken desselben zu Gleichrichterzellen führen kann. Dies wird durch Vor- Null, ist verhältnismäßig groß. Wenn eine solche sehen eines zusätzlichen Schaltgeräts und einer Funktions- 30 Sicherung in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 teilung zwischen diesem und den strombegrenzenden angewandt wird, so mag wohl in gewissen Fällen ein Sicherungen vermieden. Den strombegrenzenden Siehe- strombegrenzender Schutz der Gleichrichterzellen gegen rangen wird ausschließlich die Aufgabe zugewiesen, den thermische Zerstörung beim Auftreten von Strömen, die Stromkreis der durch sie geschützten Gleichrichterzelle nur das Drei- bis Vierfache ihres Nennstromes betragen strombegrenzend zu unterbrechen, wenn der durch sie 35 oder überschreiten, erzielt werden. In anderen Fällen, in hindurchgehende Strom das Drei- bis Vierfache des Nenn- denen der kritische Ji² ■ dt-Wevt der Gleichrichterzellen, Stromes der Gleichrichterzelle und der Sicherung über- bei dessen Auftreten es zur thermischen Zerstörung derschreitet. Anders ausgedrückt, den strombegrenzenden selben kommt, verhältnismäßig gering ist, kann die Sicherungen wird lediglich die Aufgabe zugewiesen, die Sicherung gemäß den Fig. 1 und 2 nicht unbedenklich Zerstörung der ihnen jeweils zugeordneten Gleichrichter- 40 angewendet werden, und zwar um so weniger, je höher die zelle in einem beschränkten Belastungsbereich zu ver- treibende Spannung in dem betreffenden Stromkreis ist. hüten oder im Falle der Zerstörung einer einzelnen Um in solchen Fällen die Gleichrichterzellen wirksam zu Gleichrichterzelle den hierdurch hervorgerufenen Kurz- schützen, muß eine strombegrenzende Sicherungsart schlußstrompfad zu unterbrechen. Das obenerwähnte angewandt werden, bei der die Überbrückung des Lichtzusätzliche Schaltgerät beherrscht die Energiezufuhr zu 45 bogens innerhalb der Sicherung durch eine heiße Schmelzden Gleichrichterzellen und ist mit Überstromauslösern raupe ausgeschlossen ist und bei der nach Unterbrechung versehen, die dasselbe im Bereich verhältnismäßig des Schmelzleiters an einer oder mehreren querschnittsgeringer, die Gleichrichterzellen gefährdender Überlasten geschwächten Stellen der dort gezündete Lichtbogen schneller zum Ansprechen bringen als die unter der strombegrenzend durch ein auf einer Blaswirkung begegebenen Überlastung zum Ansprechen einer der 5° ruhendes Entionisierungsmittel zum Erlöschen gebracht Sicherangen erforderliche Zeitdauer. wird. Eine solche Sicherung ist in den Fig. 3 und 4 dar-

Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher ver- gestellt,

anschaulicht. Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Sicherung besteht

Fig. 1 stellt eine strombegrenzende Sicherung im aus einem zylindrischen Isoliergehäuse 10, das an beiden

Längsschnitt nach 1-1 der Fig. 2 dar, bei der ein pulver- 55 Enden durch Verschlußkappen 11 abgeschlossen ist.

förmiges Löschmittel vorgesehen ist, das eine den Ab- Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich ein Streifen 12

schaltlöschbogen überbrückende Schmelzraupe zu bilden eines dreischichtigen Materials. Der Streifen 12 umfaßt

vermag; eine Innenschicht 13 aus Isoliermaterial und Außen-

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach 2-2 der Fig. 1; schichten 14 aus Metall, vorzugsweise Kupferblech, die

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt nach 3-3 der Fig. 4 60 mit der Innenschicht 13 zu einer baulichen Einheit ver-

und stellt eine strombegrenzende Sicherang dar, bei der bunden sind. Der Streifen 12 ist etwas länger als das

der Schmelzleiter mit einem auf einer Blaswirkung Isoliergehäuse 10 und durch das Vorhandensein der

beruhenden Entionisierungsmittel zusammenwirkt, das Verschlußkappen 11, gegen die sich seine Enden legen,

eine hohe entionisierende Wirkung ohne Bildung einer den seitlich etwas ausgebogen, d. h. elastisch verformt. Die

Lichtbogen überbrückenden Schmelzraupe auszuüben 6g obere Metallschicht 14 ist durch eine Quernut 19 in zwei

vermag; getrennte Teile unterteilt. Die beiden Bohrungen 15

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang 4-4 der Fig. 3; erstrecken sich quer durch den Streifen 12, und ein

Fig. 5 zeigt ein Schaltungsschema einer Halbleiter- dünner Silberdraht 16 ist durch die Bohrungen 15 hin-

gleichrichteranlage gemäß der vorliegenden Erfindung, durchgefädelt und an den Stellen 17 an die obere Metall-

und 70 schicht 14 und an den Stellen 18 an die untere Metall-

5 6

schicht 14 angelötet. Die untere Metallschicht 14 ist bogenzündung und Lichtbogenlöschung in Gegenwart durch Quernuten 19 in zwei axial äußere Teile und einen von relativ hohen treibenden Spannungen bzw. 200 Volt axial inneren Teil unterteilt. Die Lötstellen 18 verbinden überschreitenden Spannungen hinreichend klein gehalten den Silberdraht 16 mit dem axial inneren Teil der unteren werden können, um eine thermische Zerstörung der Schicht 14. Zusätzliche Lötstellen 19' verbinden die axial 5 Gleichrichterzellen wirksam zu verhüten. Es wurde festäußeren Enden des Streifens 12 mit den Kappen 11. gestellt, daß die Bildung von die Lichtbogenstrecke über-Der Stromverlauf durch die in den Fig. 3 und 4 dar- brückenden Schmelzraupen mit zunehmender treibender gestellte Sicherung ist folgender: unke Kappell, linke Spannung die mit der Sicherung in Reihe liegenden Lötstelle 19', obere Metallschicht 14, linke Lötstelle 17, Gleichrichterzellen zusehends mehr gefährdet und daher Draht 16, linke Lötstelle 18, untere Metallschicht 14, io dem Bau von gewissen Halbleitergleichrichteranlagen rechte Lötstelle 18, Draht 16, rechte Lötstelle 17, obere mit relativ hohen Nennspannungen hindernd im Weg Metallschicht 14, rechte Lötstelle 19', rechte Verschluß- steht,
kappe 11. Fig. 5 stellt eine Drehstromgleichrichteranlage dar,

Der Streifen 12 nebst Silberdraht 16 kann so bemessen die von einem Transformator gespeist wird. Der Einfachwerden.daßdiesebeidenTeilesichinthermischerBeziehung 15 heit wegen wurden die Primärwicklungen des Transim wesentlichen in der gleichen Weise verhalten wie der formators in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Sekunin den Fig. 1 und 2 dargestellte Schmelzleiter 4. Anders därwicklungen 20 des Transformators sind in Stern geausgedrückt, die Drahtlängen zwischen den benachbarten schaltet. Der Schalter CB ist zwischen den Gleichrichter Lötstellen 17,18 sind so dünn und kurz, daß sie im wesent- und die ihn speisende Wechselstromquelle geschaltet, liehen punktförmige Wärmequellen darstellen, wenn die 20 Der Gleichrichter umfaßt sechs Gleichrichterzellen 30 und Sicherung stromführend ist. Die obere und untere Metall- sechs strombegrenzende Sicherungen 31, von denen eine schicht 14 haben im wesentlichen die Wirkung von jede ihrem Aufbau nach mit der in den Fig. 3 und 4 dar-Kühlrippen. Nur die in den Bohrungen 15 befindlichen gestellten Sicherung übereinstimmt. Die Last L ist im äußerst kurzen Teile des Drahtes 16 nehmen eine ver- Ausgangsstromkreis des Gleichrichters angeordnet. Der hältnismäßig hohe Übertemperatur an. An diesen Stellen 25 selbsttätige Schalter CB umfaßt drei bewegliche Schalterfolgt im Falle von Überlasten die Zündung von Ab- stücke 24 und drei mit ihnen zusammenwirkende ortsschalt- oder Unterbrechungslichtbögen. Da diese in den festeSchaltstücke25.DiezuerstgenanntenSchaltstücke24 Bohrungen 15 gezündet werden, sind die in den Bohrun- sind durch eine Traverse 26 zu gemeinsamer Bewegung gen 15 brennenden Lichtbogen der Löschwirkung der verbunden. Die an der Traverse 26 angreifende Schaltaus den Bohrungen 15 entweichenden Gase ausgesetzt. 30 feder 27 ist bestrebt, die Traverse 26 und die Schalt-Die genannte Blaswirkung ist besonders stark, wenn die stücke 24 in die Ausschaltstellung zu bewegen. Die Strom-Mittelschicht 13 aus einem organischen Baustoff besteht, leiter 21 verbinden den die Gleichrichteranlage speisenden der unter dem Einfluß von Lichtbogen stark gas- Transformator mit dem selbsttätigen Schaltgerät CB, abgebend ist. undinjedemderStromleiteristeinAuslöser22angeordnet.

Um den Wert des Ji² · dt möglichst klein zu halten, 35 Die Auslöser 22 können beliebiger Bauart sein, z. B. der erforderlich ist, um den Schmelzleiter zu unterbrechen, durch bekannte elektromagnetische Auslöser gebildet ist bei der Sicherung gemäß den Fig. 1 und 2 die Quer- werden. Die drei Auslöser 22 sind durch die Auslöseschnittsverengung des silbernen Schmelzleiters 4 und bei traverse 23 miteinander verbunden, welche das die der Sicherung gemäß den Fig. 3 und 4 mindestens das in Klinken 28, 27 umfassende Schalterschloß beherrscht, den Bohrungen 15 befindliche Stückchen des Silber- 40 Wenn einer der Auslöser 22 anspricht, so wird hierdurch drahtes 16 mit einem kritisch dünnen Überzug eines die Auslösetraverse betätigt, die ihrerseits das Schalter-Metalls niedrigerer Schmelztemperatur als Silber versehen, schloß öffnet, so daß eine allpolige Trennung der Schaltdas Silber durch Metallkorrosion zu zerstören vermag. stücke 24 von den Schaltstücken 25 erfolgt.
Die Dicke des Überzuges mag in der Größenordnung von In Fig. 6 sind Zeiten in Abhängigkeit von der Strom-0,025 mm liegen, und derselbe mag etwa aus Zinn, Zinn- 45 stärke aufgetragen. In dieser Figur bezeichnet D die legierungen, Indium oder Indiumlegierungen bestehen. Strom-Zeit-Kennlinie einer Sicherung gemäß den Fig. 1 In Fig. 1 bis 4 ist der in Frage stehende Überzug, durch bis 4, deren Schmelzleiter aus Silber einen kritisch dünnen Pfeile P angedeutet. Auftrag eines ihn beim Schmelzen desselben korrodieren-

Der Überzug muß so dünn sein, daß die Querschnitts- den Metalls aufweist, der eine Herabsetzung in dem oben Verjüngung oder Querschnittsverjüngungen des Schmelz- 50 ausgeführten Sinn des zur Unterbrechung des Schmelzleiters beim Auftreten eines niedrigeren Ji² · dt-Wertes letters erforderlichen Ji² ■ dt-Weites bewirkt. Der durch Metallkorrosion zerstört werden als der Ji² · dt- Effektivwert des von den Sicherungen 31 geführten

Wert, der erforderlich wäre, um die Querschnittsveriün- _c, . , 1 , ,-,„ , ,. , , „, , ,.

j j · r\ 1. -XJ. · ·· ι. j -tr Stromes ist —7=- des Effektivwertes des Stromes, den die

gung oder die Querschnittsverjungungen ohne das Vor- ]/2

handensein der korrodierenden Metallauf lage zu zerstören. 55 Überstromauslöser 22 führen. Um es zu ermöglichen, Wenn die korrodierende Metallauflage zu dick ist, so Strom-Zeit-Keniüinien für die Sicherungen und für die wirkt die Sicherung in bekannter Weise träge, jedoch nicht Auslöser 22 in dasselbe Koordinatensystem einzutragen, flinker als die Sicherung mit auflagelosem Schmelzleiter. wurden die Werte der Ströme, welche durch die Siche-Der wesentliche Unterschied zwischen der Sicherung rangen 31 hindurchfließen, durch ]/2 dividiert. Anders gemäß den Fig. 1 und 2 und denjenigen gemäß den Fig. 3 60 ausgedrückt, die Abszissen der Fig. 6 sind in verschiedenen und 4 besteht darin, daß bei der ersteren die Lichtbogen- Maßstäben zu lesen, je nachdem, ob man die Kennlinie!) löschung durch statische Mittel, nämlich ruhenden Quarz- der Sicherungen oder die Kennlinie B der Auslöser 22 in sand, und bei letzteren die Lichtbogenlöschung durch Betracht zieht. Die Strom-Zeit-Kennlinie der Sicherungen dynamische Mittel, nämlich strömende Gase, erfolgt. 31 ist eine sehr stark geneigte Gerade. Die starke Zu-Die an sich bekannte Lichtbogenlöschung durch Gas- 65 nähme der Abschmelzzeiten mit abnehmender Stromströmung hat, angewandt auf den Fall des Schutzes stärke ist ein Ausdruck dafür, daß die im Bereich von von Germaniumgleichrichterzellen und Siliziumgleich- Überströmen, die das Drei- bis Vierfache des Nennstromes richterzeUen, den großen Vorteil gegenüber der Lichtbogen- der Sicherung betragen, so überaus flinken Sicherungen löschung durch Quarzsand, daß im zuerst genannten Fall im Bereich geringerer Überströme eine erhebliche Trägheit die Ji² · dt-Werte für die Zeitspanne zwischen Licht- 70 aufweisen. Die Überstromauslöser 22 des Schalters CB

7 8

sind derart eingestellt, daß sie beim Auftreten von Strömen Angenommen, daß eine jede der Zellen 30 durch zehn

unzulässiger Höhe in den Gleichrichterzellen 30, die Zellen ersetzt sei, von denen eine jede einen Nennstrom geringer sind als etwa das Drei- bis Vierfache des Nenn- von 150 Amp. habe und eine jede durch eine Reihenstromes der Gleichrichterzellen 30 bzw. derjenigen Siehe- sicherung der gleichen Nennstromstärke geschützt sei. rungen 31 eine allpolige Unterbrechung des Speisestrom- 5 Unter diesen Umständen ist Γ 10 · 150 = 1500 Amp. kreises der Gleichrichteranlage bewirken. 3 · Γ bis 4· I' wäre dann gleich 4500 bis 6000 Amp.

Es ist hier zu beachten, daß die Ströme, welche durch Da I = Γ · ]/2 ist, so wäre I ungefähr 6300 bis 8500 Amp., jede der Sicherungen 31 und durch jede der Gleichrichter- und die Uberstromauslöser im Schalter CB währen so zellen 30 hindurchfließen, grundsätzlich einander gleich auszubilden und einzustellen, daß sie bei einem entsind, daß aber praktisch die Impedanzen der betreffenden io sprechend niedrigeren Wert momentan ansprechen bzw. Stromkreise mehr oder minder voneinander abweichen, bei einem geringeren Strom als dem Minimalwert von so daß man genau genommen nur von Strömen gleicher 450 bis 600 Amp. in jedem der Einzelkreise der Gleich-Größenordnung sprechen kann. richterzellen, bei dem der Schutz von der betreffenden

Die Strom-Zeit-Kennlinien D und B schneiden einander Reihensicherung übernommen wird.

in einem Punkt, dessen Abszissen mit J und Γ bezeichnet 15 Die in Fig. 6 dargestellte Kennlinie C verläuft parallel wurden. Der Stromwert J ist der von den Auslösern 22 zu der Kennlinie D, Die zuerst genannte Kennlinie geführte Strom, und der Stromwert /' ist der von den bezieht sich auf eine Sicherung, die ihrem Aufbau nach Sicherungen 31 und den Gleichrichterzellen 31 geführte völlig mit der Sicherung übereinstimmt, deren Verhalten Strom, die sich, wie oben erwähnt, im vorliegenden Fall durch die Kennlinie D zum Ausdruck gebracht wird, durch den Faktor ]/2 voneinander unterscheiden. Dem 20 mit der Ausnahme, daß bei der Sicherung, auf welche sich Schnittpunkt der beiden Kennlinien D und B entspricht die Kennlinie C bezieht, die die schnellere Zerstörung des eine Stromstärke in jeder der Sicherungen 31 in der Schmelzleiters herbeiführende dünne Auflage eines Größenordnung von etwa dem Drei- bis Vierfachen des legierungsbildenden Metalls niedrigerer Schmelztempe-Nennstromes der Einheiten 30 und 31. Offenbar ist der ratur als das Grundmetall des Schmelzleiters nicht vor-Stromwert, der diesem Schnittpunkt entspricht, viel 25 gesehen ist.

geringer als beim üblichen Zusammenarbeiten von Die in Fig. 6 angedeutete Kennlinie A bringt anSelbstschaltern (etwa Motorschutzschaltern) und strom- nähernd die Zeiten zum Ausdruck, während welcher eine begrenzenden Sicherungen, in welchem Fall der Schnitt- der Gleichrichterzellen 30 gewisse Ströme führen kann, punkt der beiden Kennlinien nahe zu der Grenze der ohne daß eine thermische Beschädigung der betreffenden Unterbrechungsleistung des Selbstschalters verlegt wird. 30 Gleichrichterzelle eintritt und bei deren Überschreitung

Wie oben erwähnt, ist im praktischen Betrieb infolge mit einer thermischen Beschädigung oder Zerstörung der schwer vermeidlicher Unterschiede in den Impedanzen betreffenden Gleichrichterzelle zu rechnen ist. In dem der Stromkreise eine gewisse Abweichung der Ströme, gegebenen idealisierten Fall schneiden sich die drei die durch die einzelnen Gleichrichterzellen 30 und Kennlinien Z), B und A in dem gleichen Punkt. In diesem Sicherungen 31 hindurchfließen, nicht zu vermeiden. Aus 35 Punkt kann jede der Zellen 30 entweder durch das diesem Grund ist es unter Umständen angezeigt, den Ansprechen des Selbstschalters CB oder das Ansprechen Gleichrichterzellen 30 Sicherungen 31 etwas höherer der ihr zugeordneten strombegrenzenden Reihensicherung Nennstromstärke zuzuordnen, als die Nennstromstärke 31 geschützt werden. Bei höheren Stromstärken wirken der Zellen 30 beträgt. Die Flinkheit der Sicherungen 31 die Sicherungen 31 selektiv, d. h., der Schalter CB spricht gleicht die für einige Stromzweige an sich zu hohe Nenn- 40 nicht an. Bei geringeren Stromstärken spricht nur der Stromstärke der Sicherungen aus. Schalter CB an, und die Sicherungen 31 schmelzen nicht

Wenn sehr hohe Gleichstromstärken benötigt werden, ab. Es kann allerdings infolge der obenerwähnten unso wird jede der Gleichrichterzellen 30 durch eine Vielzahl vermeidlichen Unsymmetrien vorkommen, daß es zur parallel geschalteter Gleichrichterzellen ersetzt, von denen Unterbrechung eines Zelleneinzelkreises durch eine Sichejede mit einer gesonderten strombegrenzenden Sicherung 45 rung und des Speisestromkreises durch den Schalter in Reihe geschaltet ist. Wenn die Zahl der parallel kommt.

geschalteten Gleichrichterzellen und Sicherungen eine Die Kennlinien D und A der Fig. 6 zeigen klar, daß die

verhältnismäßig große ist und nur eine aus einer größeren äußerst flinken Sicherungen 31 zu träge sind, um die Zahl von Zellen versagt und nur die mit dieser Zelle in Gleichrichterzellen 30 gegen Überlasten zu schützen, Reihe liegende Sicherung anspricht und wenn die übrigen 50 deren Stärke geringer als Γ ist, deren Dauer aber unzu-Zellen in der Lage sind, vorübergehend die durch Ausfall lässig ist und eine Beschädigung der Gleichrichterzellen der einen Zelle entstehende Überlastung auf sich zu herbeiführen würde.

nehmen, so ist es nicht erforderlich, wegen des Versagens Der Schalter CB schützt den wechselstromseitigen Teil

der einen Zelle den Betrieb zu unterbrechen. Es ist viel- des Gleichrichters auch gegen Überströme jeder Art, die mehr möglich, die fehlerhafte Zelle und die ihr zugeordnete 55 auf Isolationsfehler zurückzuführen sind, die zwischen Reihensicherung zu ersetzen, während die übrigen Zellen den Klemmen des Ausgangsstromkreises des Schalters CB die vorübergehende Überlastung auf sich nehmen. ■ und den mit ihnen verbundenen Klemmen der Sicherungen

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, verursacht das Auftreten auftreten.

des Stromes I in einer der Leitungen 21 und in einem Es kann erwünscht sein, die Anlage mit einem zusätz-

der Auslöser 22 die Auslösung des Selbstschalters CB 60 liehen, in ihrem Gleichstromkreis angeordneten Übernach Ablauf der Zeitspanne T. Wenn die Auslöser 22 stromschutzgerät zu versehen, das beim Auftreten unden Strom I führen, so wird jede der Zellen 30 und jede zulässig hoher Gleichströme den Gleichstromkreis der der Sicherungen 31 durch den Strom Γ belastet, der gleich Anlage unterbricht. Statt dessen ist es möglich, in den

■ χ I tv ex vx j α X.J Gleichstromkreis ein Überstromrelais einzubauen, das

ISt^r=. Dieser Strom verursacht das Ansprechen der _ , . . ,, , . ,.. . _o, . ~_T . , .

]/2 65 beim Auftreten eines unzulässigen Stromes im Gleichstrom-

Sicherungen nach Ablauf der Zeit T. Der Schalter CB kreis den Selbstschalter CB zum. Ansprechen bringt, wird demnach dann auslösen, wenn die Stromstärke in etwa einen zusätzlichen elektromagnetischen Auslöser einer der Phasen gleich oder geringer ist als I, aber größer im Selbstschalter CB erregt.

als ein gewisser Minimalwert, der erforderlich ist, um den Die eingangs erwähnten Germaniumgleichrichter und

Selbstschalter CB auszulösen. 70 die eingangs erwähnten Siliziumgleichrichter haben

1 U73 1UÖ

grundverschiedene Eigenschaften und betriebliche Verhalten. Was ihren Schutz anbelangt, so unterschieden sie sich jedoch nicht wesentlich voneinander, und die oben beschriebene Anlage eignet sich sowohl für Germaniumgleichrichter als auch für Süiziumgleichrichter.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Überstromschutz für eine Halbleitergleichrichteranlage, namentlich eine Gleichrichteranlage mit Germanium- oder SiliziumgleichrichterzeEen, bei der jeder Gleichrichterzelle eine eigene, mit ihr in Reihe geschaltete, strombegrenzende Sicherung zugeordnet ist, deren Schmelzleiter mindestens eine querschnittsverjüngte Stelle aufweist, deren Querschnitt und Länge so gering sind, daß die querschnittsverjüngte Stelle bei stromführendem Schmelzleiter eine annähernd punktförmige Wärmequelle bildet, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schmelzleiter einer jeden Sicherung mit einem auf Blaswirkung beruhenden, strombegrenzungsfähigen Entionisierungsmittel zusammenwirkt, das die Entstehung einer den Abschaltlichtbogen überbrückenden Schmelzraupe ausschließt, daß der Schmelzleiter einer jeden Sicherung mit einer so dünnen Auflage eines Metalls niedrigerer Schmelztemperatur als die Schmelztemperatur des Grundmetalls versehen ist, daß der Schmelzleiter beim Auftreten eines niedrigeren fi² · ίΖί-Wertes durch Korrosion unterbrochen wird als der Ji² · dt-Wert, der erforderlich wäre, um den Schmelzleiter ohne das Vorhandensein der Auflage zu unterbrechen, und daß ein zusätzliches, die Energiezufuhr zu allen Gleichrichterzellen beherrschendes, mit Überstromauslösern versehenes Schaltgerät vorgesehen ist, die dasselbe im Bereich verhältnismäßig geringer, die Gleichrichterzellen gefährdender Überlastung schneller zum Ansprechen bringen als die unter der gegebenen Überlastung zum Ansprechen einer der Sicherungen erforderlichen Zeitdauer.

2. Überstromschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine querschnittsverjüngte Stelle des Schmelzleiters einer jeden Sicherung von das Entweichen von Lichtbogengasen beherrschenden Isolierwänden umgeben ist, die die entionisierende Blaswirkung hervorrufen.

3. Überstromschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine querschnittsverjüngte Stelle des Schmelzleiters einer jeden Sicherung allseitig von Isoherwänden umgeben ist, die das Entweichen von Lichtbogengasen in Querrichtung des Stromflusses an der querschnittsverjüngten Stelle unmöglich machen, aber das Entweichen von Lichtbogengasen in Längsrichtung des Stromflusses an der querschnittsverjüngten Stelle gestatten.

4. Überstromschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine querschnittsverjüngte Stelle des Schmelzleiters einer jeden Sicherung in einer Bohrung eines dreischichtigen Streifens angeordnet ist, dessen Innenschicht aus einem Isolierstoff und dessen Außenschichten aus Metall bestehen.

5. Überstromschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzleiter einer jeden Sicherung und die von ihm Wärme abführenden Teile derselben derart ausgebildet sind, daß der Schmelzpunkt der Metallauflage bereits beim Auftreten von Strömen in der Größenordnung des Dreibis Vierfachen des Nennstromes der Sicherung erreicht wird und daß die Überstromauslöser des zusätzlichen Schaltgeräts derart ausgebildet und eingestellt sind, daß sie bei Strömen unterhalb des Dreibis Vierfachen des Nennstromes der Sicherung ansprechen.

6. Überstromschutz nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Schaltgerät im Sekundärkreis eines die Gleichrichterzellen speisenden Transformators angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

,©909709075