DE1152187B

DE1152187B - Schutzschaltung fuer eine Gleichrichteranordnung

Info

Publication number: DE1152187B
Application number: DED37665A
Authority: DE
Inventors: Otto Juergen Joach Wullenweber
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1961-12-13
Filing date: 1961-12-13
Publication date: 1963-08-01

Description

Schutzschaltung für eine Gleichrichteranordnung Gleichrichter dürfen in Sperrichtung nur bis zu ihrer zulässigen Sperrspannung belastet werden, andernfalls erfolgt ein Durchschlag. Dies ist insbesondere bei Halbleiter-Gleichrichtern sehr gefährlich, da diese hierbei zerstört werden.
Nun treten häufig in Gleichrichterschaltungen Spannungsstöße auf, die ein Mehrfaches der Sperrspannung des Gleichrichters betragen .und meistens durch eine Stromunterbrechung hervorgerufen werden. Hierzu gehören beispielsweise Geräte, die mit einer sehr schnell abschaltenden Sicherung versehen sein müssen. Ein anderes Beispiel sind elektrische Fahrzeuge mit Oberleitung, bei denen im Winter Eisablagerungen an der Leitung kurzzeitige Stromunterbrechungen hervorrufen, die in der Schaltung hohe Spannungsimpulse erzeugen.
Bisher behalf man sich damit, daß man entweder von vornherein die Spannungsimpulse klein zu halten versuchte, sei es durch Verwendung langsam abschaltender Sicherungen, sei es durch Verwendung eines Transformators mit großem Streufeld, oder daß man die Sperrspannung des Gleichrichters erhöhte, indem man so viel Gleichrichterelemente hintereinanderschaltete, bis deren Sperrspannung der zu erwartenden Stoßspannung entsprach.
Es ist bekannt, elektrische Elemente, z. B. einen Transistor, einen Schalter oder eine Induktionsspule, dadurch gegen Überspannung zu sichern, daß man sie mit einem Sicherheitselement überbrückt, das bei Überspannung leitend wird. Auf diese Weise könnte auch ein Gleichrichter geschützt werden, da er aber grundsätzlich mit seinem Belastungswiderstand in Reihe geschaltet ist, würde dann die gesamte Überspannung am Belastungswiderstand liegen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für eine Gleichrichteranordnung gegen Überspannung zu schaffen, bei der auch der Belastungswiderstand mit geschützt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleichrichter in Graetz-Schaltung angeordnet sind und jeder Gleichrichter durch ein Sicherheitselement überbrückt ist, das beim Überschreiten der zulässigen Sperrspannung des Gleichrichters leitend wird. Die gleichen Sicherheitselemente, die zum Schutz der Gleichrichter notwendig sind, bewirken in dieser Schaltung automatisch, daß auch der Belastungswiderstand mit geschützt ist.
Die erfindungsgemäße Schaltung kann aber noch weiter vereinfacht werden. Man kann nämlich einen vollständigen Schutz aller vier Gleichrichter der Graetz-Schaltung und des Belastungswiderstandes erreichen, wenn lediglich zwei in benachbarten Zweigen angeordnete Gleichrichter durch je ein Sicherheitselement überbrückt sind. Diese Anordnung ermöglicht es also, auch solche Gleichrichter mit zu schützen, die gar nicht durch ehr Sicherheitselement überbrückt sind. .
Es ist bereits eine Schutzschaltung für eine Gleichrichteranordnung in Graetz-Schaltung und deren Belastungswiderstand bekannt, bei der beim Auftreten von Überstrom zwei benachbarte Zweige der Graetz-Schaltung aufgetrennt und die Gleichrichter in den beiden anderen Zweigen durch eine direkte Leitung überbrückt werden. Diese Schaltung eignet sich aber nicht zum Schutz gegen Überspannung.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der ein Vierwege-Gleichrichter einer elektrischen Lokomotive mit Oberleitung mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung veranschaulicht ist, wobei aber alle nicht zum Verständnis der Erfindung notwendigen Einzelheiten fortgelassen worden sind.
In dem Ausführungsbeispiel wird die Primärseite 1 des Transformators 2 von der Oberleitung 3 über den Stromabnehmer 4 gespeist, wobei über die Räder 5 die Verbindung mit der Schiene 6, die den Null-Leiter darstellt, hergestellt wird. Die Sekundärseite 7 des Transformators 2 speist über die beiden Anschlußklemmen 8 und 9 die aus den vier Gleichrichtern 10,11,12 und 13 bestehende Gleichrichteranordnung. Von den beiden Diagonalklemmen 14 und 15 wird der Gleichstrom für den Motor 16 abgenommen. Eine Sicherung 17 für den Sekundärkreis oder an der Stelle 18 für den Motor 16 kann überdies vorgesehen sein.
Wenn bei dieser Schaltung der Stromabnehmer 4 'kurzzeitig von der Oberleitung 3 z. B. durch Eisbildung abgehoben wird, tritt auf der Sekundärseite des Transformators ein Spannungsstoß auf, der je nach seiner Richtung einen bzw. zwei der Gleichrichter 10 bis 13 bis zum Durchschlag überlasten würde.
Erfindungsgemäß ist nun der Gleichrichter 10 mit einer Glimmlampe 19 und der Gleichrichter 11 mit einer Glimmlampe 20 überbrückt, wobei den beiden Glimmlampen jeweils noch ein Widerstand 21 bzw. 22 vorgeschaltet ist. Die beiden Glimmlampen sind so bemessen, daß sie bei einer Spannung kurz oberhalb der zulässigen Sperrspannung der Gleichrichter 10 bzw. 11 zünden.
Wenn. nun ein Spannungsstoß beispielsweise in Richtung von der Klemme 8 zur Klemme 9 auftritt, der die Sperrspannung des Gleichrichters 10 übersteigt, zündet die Glimmlampe 19, so daß ein Kurzschlußstrom von der Klemme 8 über die Glimmlampe 19 und den Gleichrichter 12 fließt, der wegen der starken Belastung des Transformators die Spannung schnell zusammenbrechen läßt. Während dieser Zeit ist weder die Belastung 16 noch das andere Paar der Gleichrichter beansprucht, da der Spannungsunterschied zwischen den Klemmen 8 und 9 nur minimal ist. Sobald der Spannungsimpuls abgeklungen ist oder seine Richtung umkehrt, also der Gleichrichter 10 nicht mehr belastet ist, erlischt die Glimmlampe 19 von selbst. Bei einem Spannungsimpuls in umgekehrter Richtung zündet die Glimmlampe 20, und es fehlt ein Kurzschlußstrom über die Glimmlampe und den Gleichrichter 13.
Ahnliches gilt beim schnellen Abschalten der Sicherung 18, während beim Abschalten der Sicherung 17 der weiterfließende Motorstrom über die Gleichrichter 12 und 13 bzw. die Glimmlampen 20 und 19 geleitet wird.
Durch die Erfindung erhält man daher eine wirksame Sicherung gegen den Durchschlag von Gleichrichtern beliebiger Größe. Bei elektrischen Schienenfahrzeugen kann beispielsweise die Nennlast des Gleichrichters bei 1000A liegen, bei anderen Verwenclungszwecken dagegen bei 1 A und noch kleiner. Insbesondere lassen sich bei Gleichrichterschaltungen nunmehr auch schnell abschaltende Sicherungen verwenden, die der zulässigen Erwärmungskurve der Gleichrichter entsprechen und innerhalb von Millisekunden abschalten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schutzschaltung für eine Gleichrichteranardnung und deren Belastungswiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter in Graetz-Schaltung angeordnet sind und jeder Gleichrichter durch ein Sicherheitselement überbrückt ist, das beim t'Jberschreiten der zulässigen Sperrspannung des Gleichrichters leitend wird.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich zwei in benachbarten Zweigen angeordnete Gleichrichter durch je ein Sicherheitselement überbrückt sind.
3. Schutzschaltung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung über einen Transformator gespeist ist.
4. Schutzschaltung nach Ansprüchen 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, däß das Sicherheitselement eine Glimmlampe ist, deren Zündspannung etwas oberhalb der zulässigen Sperrspannung des Gleichrichters liegt.
5. Schutzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Glimmlampe ein Begrenzungswiderstand vorgeschaltet ist.
6. Schutzschaltung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Verbindung mit einer sehr schnell abschaltenden Sicherung verwendet wird.
7. Schutzschaltung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch: gekennzeichnet, daß sie für ein elektrisches Fahrzeug mit Oberleitung verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1080 215, 1128 915, 1104 598; H e r rn k i n d : »Die Glimmröhre und ihre Schaltungen«, München, 1952, S. 57; S c h r ö t e r : »Glimmlampen, Glimmstrecken und ihre Schaltungen«, 1939, S. 70 bis 73.