DE1166923B - Stromrichteranlage mit Halbleiterventilen - Google Patents

Description

• Strornrichteranlage mit Halbleiterventilen Bei Stromrichteranlagen mit Halbleiterventilen, und zwar insbesondere solchen, die in der Lage sind, spezifisch hohe Ströme zu führen, wie z. B. solche auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, ist es als zweckmäßig erkannt worden, in Reihe mit dem einzelnen Halbleiterventil eine Sicherung vorzusehen, so daß, sofern ein solches Halbleiterelement schadhaft wird, indem es sein Sperrvermögen verliert, die Sicherung zum Abschmelzen kommt und der Leitungsstrang, der dieses Halbleiterventil und die Sicherung enthält, unterbrochen wird. Handelt es sich um Anlagen für sehr hohe Ströme, so werden zur übernahme des Gesamtstromes je Ventilanordnung, welche bei einer Sternpunktschaltung in einer Phasenleitung oder bei einer Gleichrichterbrückenschaltung in einem Zweig dieser Brücke liegt, mehrere Halbleiterventile in Reihe mit je einer Sicherung zueinander parallel geschaltet. Die Halbleiterventile werden dabei in ihrer Stromtragfähigkeit, bezogen auf den Gesamtstrom, der die Ventilanordnung durchfließt, derart bemessen, daß auch bei einem Ausfall eines der Ventile noch die restlichen parallel liegenden Halbleiterventile zusammen in der Lage sind, den gesamten Nennstrom der Ventilanordnung anteilig zu übernehmen, so daß die Anlage auch nach Unterbrechen des einen ihrer Parallelzweige weiter in Betrieb bleiben kann. Bei einer solchen- Anlage ist also wegen ihrer Eigenart der selbsttätigen Aufrechterhaltung ihrer Betriebsbereitschaft auch im Falle des Entstehens eines Schadens in einem der Parallelzweige einer Ventilanordnung nicht ohne weiteres zu erkennen, daß ein Schaden in der Anlage eingetreten ist.
• Zweck der Erfindung ist nun, einen solchen in der Anlage entstandenen Schaden bereits während ihres aufrechterhaltenen Betriebes zu melden, so daß der die Anlage Wartende bei der nächsten im Betrieb entstehenden bzw. einlegbaren Pause den erkannten Schaden durch Austauschen des schadhaft gewordenen Gleichrichterelementes samt seiner Reihensicherung beseitigen und die Anlage damit wieder in allen ihren Teilen in den einwandfreien Betriebszustand zurückversetzen kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Stromrichteranlage mit Halbleiterventilen, insbesondere auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, in welcher in jeder Ventilanordnung mehrere Zweige aus je einer Reihenschaltung eines Halbleiterventils und einer Sicherung parallel geschaltet sind, erfindungsgemäß in Reihe mit jeder Ventilanordnung ein rückstromabhängig ansprechendes Schaltungselement vorgesehen, welches beim Fortfall der Sperrfähigkeit eines der Ventile der Ventilanordnung durch den über dieses Ventil in Sperrichtung und seine Reihensicherung bis zur Vollendung ihres Abschmelzvorganges fließenden Strom zum Ansprechen gebracht wird und dadurch eine Schadenmeldeeinrichtung betätigt. Diese, rückstromabhängig ansprechenden Schaltungselemente können entweder auf eine gemeinsame Meldeeinrichtung oder auf je eine besondere Meldeeinrichtung arbeiten. Im ersteren Falle wird sinngemäß nur gemeldet, daß in dem gesamten Stromrichter ein Schaden entstanden ist. Im letzteren Falle ist die entstandene Schadensstelle bereits örtlich der betreffenden Ventilanordnung nach näher bestimmt. Nach der Meldung kann vom Bedienenden die tatsächliche Schadensstelle leicht eindeutig ermittelt werden, wenn die einzelne Sicherung mit ihrem Abschmelzen den abgeschmolzenen Zustand durch eine entsprechende Kennmarke anzeigt.
• Anordnungen, bei denen - wie in der Einleitung erwähnt - in Reihe mit jedem einzelnen Halbleiterelement eine Sicherung angeordnet ist. sind bereits vorbeschrieben worden. Es ist jedoch hierbei darauf hingewiesen, daß bei Anlagen mit vielen parallel geschalteten Zellen die Verwendung von Einzelsicherungen verschiedene Nachteile hat. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde deshalb als Schutz ein überstromwandler vorgesehen, der auf der Gleichstromschiene sitzt und bei überstrom oder Kurzschluß den Kurzschließer betätigt, während gegen innere Kurzschlüsse die Ausschaltung mit Hilfe von in den einzelnen Zweigen angeordneten Rückstromwandlern gesteuert wird. Es ist demnach wohl die Verwendung von Einzelsicherungen als solche, wie auch die Anordnung von Rückstromwandlern für sich bekannt, jedoch als verschiedene Lösungsmöglichkeiten, von denen die eine die andere zur Vermeidung bestimmter Nachteile ersetzen soll: Demgegenüber bringt die vorliegende Erfindung die neue Erkenntnis, daß die Kombination dieser beiden Wege wesentliche Vorteile mit sich bringt, so weit sie in der Weise ausgestaltet wird, daß durch den die Sicherung bis zu deren vollendeten Durchschmelzen in Sperrichtung durchfließenden Strom ein rück stromabhängiges Schaltelement zum Ansprechen gebracht wird, das die Schadenmeldung bewirkt.
• Als rückstromabhängig ansprechendes Schaltungselement kann z. B. in an sich bekannter Weise ein mit Gleichstrom vormagnetisierter Sättigungswandler benutzt werden, der durch den Rückstrom aus seinem Sättigungszustand heraus auf den steilen Teil seiner Magnetisierungskennlinie geführt wird, so daß dadurch von ihm dann ein entsprechender Spannungsimpuls geliefert wird, der eine Meldeeinrichtung optischer oder/und akustischer Art betätigt, die gegebenenfalls die Meldung bis zu einer Quittungsleistung durch den Bedienenden aufrechterhält. Hierbei kann die Anordnung so getroffen werden, daß für die rückstromabhängige Anzeige eine für alle Ventilanordnungen gemeinsame Schadenmeldeeinrichtung vorgesehen wird. Weiterhin würde auch ein schnell arbeitendes magnetisch polarisiertes Rückstro:nrelais für die Zwecke der Erfindung geeignet sein, welches entsprechend richtungsabhängig von dem Spannungsabfall an einem in Reihe mit der Ventilanordnung vorgesehenen Nebenwiderstand betätigt wird. Statt des magnetisch polarisierten Relais kann auch ein nichtmagnetisch polarisiertes Relais in Reihe mit einem derart gepolten elektrischen Ventil benutzt werden, daß_ dieses Ventil durch einen Rückstrom über eines der Hauptventile der Ventilanordnung des Stromrichters in seiner Flußrichtung, sonst aber in seiner Sperrichtung beansprucht wird.
• Die Erfindung macht von der Tatsache Gebrauch, daß mit dem Eintreten des Schadens an einer Halbleiterzelle ein Rückstrom über diese in Sperrichtung entsteht und dieser Rückstrom bis zum Auftrennen dieses schadhaft gewordenen Zweiges der Ventilanordnung entsprechend dem Abschmelzzeitwert der mit dem Halbleiterventil in Reihe liegenden Sicherung fließt, wonach dann der schadhafte Zweig durch diese Reihensicherung aufgetrennt wird.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen. In dieser bezeichnen 1 und 2 die beiden Klemmen, an denen das Wechselstromnetz angeschlossen ist. über die Leitungen 3 und 4 wird eine einphasige Brückenschaltung gespeist, die in ihren vier Zweigen die Ventilanordnungen 5 bis 8 enthält. Jede dieser Ventilanordnungen besteht aus drei parallelen Zweigen, wobei in jedem Zweig eines der Ventile 9 bis 20 in Reihe mit je einer der Sicherungen 21 bis 32 liegt. 33 und 34 bezeichnen die Gleichstrompole des Stromrichters. In Reihe mit jeder der Ventilanordnungen 5 bis 8 liegt je einer der gleichstromvormagnetisierten Rückstromwandler 35 bis 38. Jeder dieser Wandler besteht aus einer der Arbeitswicklungen 39 bis 42, einer der Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 43 bis 46 für eine solche Vormagnetisierung, daß im normalen Betrieb sein Eisenkern sich im Sättigungszustand befindet, und einer der Sekundärwicklungen 47 bis 50. Diese Sekundärwicklungen 47 bis 50 sind ebenso wie die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 43 bis 46 untereinander in Reihe geschaltet. Die Vormagnetisierungswicklungen werden von einer an den Klemmen 51 und 52 liegenden Gleichstromquelle über einen einstellbaren Reihenwiderstand 53 gespeist. Die Sekundärwicklungen 47 bis 50 speisen gemeinsam eine Steuereinrichtung für eine Anzeigeeinrichtung 54, welche z. B. eine Transistorkippschaltung sein kann.
• Wird eines der Halbleiterventile in einer der Ventilanordnungen schadhaft, z. B. indem das Gleichrichterventü 9 sein Sperrvermögen verliert, so entsteht ein Rückstrom in Sperrichtung über dieses Halbleiterventil 9 und seine Reihensicherung 21 sowie den Wandler 35, so daß dieser während der Zeitdauer des Abschmelzens der Sicherung 21 sekundärseitig einen Spannungs- bzw. Stromimpuls an die Anzeigeeinrichtung 54 liefert, wodurch der entstandene Schaden gemeldet wird. Nach dem Abschmelzen der Sicherung 21 und der dadurch erfolgten Herausnahme des schadhaft gewordenen Zweiges der Ventilanordnung 5 aus dem Betrieb bleibt die Stromrichteranlage trotzdem weiterhin ohne Gefährdung durch diesen entstandenen Schaden in Betrieb, denn. wie angegeben, sind die restlichen Halbleiterventile 10 und 11 der Ventilanordnung 5 derart bemessen, daß sie in der Lage sind, weiterhin im Rahmen ihrer Stromtragfähigkeit anteilig den gesamten Nennstrom zu übernehmen, den die Ventilanordnung zu führen hat.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Stromrichteranlage mit Halbleiterventilen, insbesondere auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, wobei je Ventilanordnung mehrere Halbleiterventile in Reihe mit je einer Sicherung zueinander parallel geschaltet sind, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß in Reihe mit jeder Ventilanordnung ein rückstromabhängig ansprechendes Schaltungselement vorgesehen ist, welches beim Fortfall der Sperrfähigkeit eines der Ventile der Ventilanordnung durch den über dieses Ventil in Sperrichtung und seine Reihensicherung bis zur Vollendung ihres Abschmelzvorganges fließenden Strom zum Ansprechen gebracht wird und dadurch eine Schadenmeldeeinrichtung betätigt.
2. 2. Stromrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als rückstromabhängig ansprechendes Schaltungselement ein gleichstromvormagnetisierter Sättigungswandler benutzt wird.
3. 3. Stromrichteranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rückstromabhängig ansprechende Schaltungselement jeder Ventilanordnung je eine besondere Schadenmeldeeinrichtung betätigt.
4. 4. Stromrichteranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstromabhängig ansprechenden Schaltungselemente aller Ventilanordnungen auf eine gemeinsame Schadenmeldeeinrichtung arbeiten. In Betracht gezogene Druckschriften: Firmendruckschriften der Siemens-Schuckertwerke AG »Eigenschaften und Anwendungen von Silizium-Leistungsgleichrichtern«, SSW 426/213 - 6583, TS 9, S. 6/7; »Silizium-Gleichrichter«, SSW 426/206 - 4585, TS 9, S. 15/16.