DE1613842A1 - Zwangskommutierter Wechselrichter grosser Leistung mit elektronischem Kurzschlussschutz - Google Patents

Description

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Licontia Patent-Verwaltung^-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Lehraann/hd Lm 8o/l5'7

Zwangskomnitttiorter V/echse!richtet* großer Leistung mit elektronis chera Kurζ3chlußs chutζ

Der Gedanke, Stromrichter mit Zwangakommutierung aufzuführen und dadurch den Bau von selbstgeführten Wechselrichtern und von Stromrichtern ohne Blindstrombedarf sju ermöglichen, ±at bereits alt. Bevor der Elektrotechnik HalblGxtarvantile zur Verfügung standen, ließ sich dieser Gedanke wirtschaftlich nicht realisieren, da der Aufwand für die Zwangakommutiorung von der elektrischen Trägheit der Ventile abhängt, und da diese Trägheit bei den früheren Gasentladung· vent ilen Uta eine bis zwei Größenordnungen gröber war als bei den heutigen Halbleiterventilen·

Trotz dieses Fortschrittes verlangen die zwangskommutierten Stromrichter einen wesentlich größeren Aufwand als normale Stromrichter, da außer der Einrichtung für die Zwangskommu·· tierung in allgemeinen auch noch Rückotromventile, Kommutiorungsdrosseln und eine aufwendige Steuerung erforderlich nind*

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Aue diesem Grund ist es, um die Wirtschaftlichkeit der zwangekoramutiorten Stromrichter zu gewährleisten, erforderlich, die Halbleiterzellen strom- und spannungsmäßig möglichst hoch auszunutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese hohe Ausnutzung der Zellen zu ermöglichen. Bekanntlich ist es mit den heute zur Verfügung stehenden Sicherungen nur schwer möglich, Halbleiterzellen in Störungefällen so schnell abzuschalten, daß sie nicht zerstört werden. Aus diesem Grund wird in vielen Fällen die betriebemäßige Strombelastung dor Halblei tore.« Ilen mit Rücksicht auf die Schutzsicherungen herabgesetzt. Die Sicherung kann nämlich in diesem Fall für kleinore Stroaivorte ausgelegt werden und vermag dadurch die in Reihe liegenden Kalbleiterzellen schneller abzuschalten.

Die Erfindung betrifft zwangskomnratierte Wechselrichter großer Leistung mit Rückstrorayentilen und Glättungskondensatoren auf der Gleichstroms·it·. Erfindungsgem&ß wird in Störungsfällen dl· Gleichspannung durch «in oder mehrer· parallel geschaltet« Halbl«iterv«ntiIe, und zwar vorzugsweise zunächst über einen Widerstand r und erst einige Z«it später über ein oder mohrere parallel geschaltet· Halbleitervontile»kurzgeschlossen.

Nach der Erfindung werden also Schutzsicharungen vor den HaIb- leiterzellon nicht mehr verwendet, sondern im Störungefall wird

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die Gleichspannung des Wechselrichters durch Halblöiterventile schnell kurzgeschlossen, und zwar vorzugsweise in zwei Stufen* In der ersten Stufe erfolgt der Kurzschluß sua&chst über einen Schutzwideret and r. kurz danach wird über eins zweite Heibleiterzelle ohne Vorwiderstand die Gleichspannung kursgeschlossen. Der Widerstand r begrenzt iia ersten Augenblick den aus den Glättungskondonaatoren fließenden Kurses chlußa tr o:n auf Werte, die für die Kurzschließerzellen tragbar sind. Erst wenn die Spannung an den Glättungskondensatoren auf einon Bruchteil ihrer Verte abgesunken ist, wird mit einer zweiten Kursschliesserscelle der direkte Kurzschluß eingeleitet, xn diesem UaIl wird der Kurzschluttstrom aus den Pafferkondenaatoren in gewisaem Umfang durch die Leitungswiderstände genügend begrenzt.

Anhand einer Zeichnung sei ein schematischea Ausführungebeispiel der Erfindung erläutert.

Es sei nach Fig. 1 angenommen, daß durch ungewolltes Zünden der Helbleiterzello k ein Glelchstromkurzschluß über die Zelle 1, die Drossel L und die Zelle k erfolgt ist. In diesem Augenblick wird der Kurasechließ«rthyristor T₁ unverzögert gezündet, so daß über dem Widerstand r ebenfalls oin Gloichstromkurzechluß gebildet wird. In diesem Zustand entladen sich die Glättungakondensatoren, aber vom Drehetromnotz her kommt über den speisenden Gleichrichter ebenfalle ein KurzSchlußstrom in Gang, der sich hauptsächlich über den niodorohmigen Kreis 1-L-ft schließt. Dieser Strom gefährdet die Zellen 1 und k. Uni dies zu vorhindorn, wird dio Kurzschließer»«lic T gezündet, und

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zwar so in einem Zeitpunkt, in dem die Ladung der Pufferkondensatoren bereite weitgehend abgeflossen ist, der Kurzschlußetrom vom Drehstromnetss her jedoch noch nicht gefährliche Wer· te erreicht hat. Nach Zünden der Zelle T₂ fließt der Kurz« schlußstrom aus dem Drehstromnetz über den Speisegleichrichter und den Thyristor T« solange, bis der Schalter S öffnet oder bis der gegebenenfalls mit Steuergitter ausgerüstete Speise gleichrichter sperrt. Die Zündung des Kurzschließerthyristors T₁ kann nach der weiteren Erfindung vom Strom der Glättungskondensatoren erfolgen. Zu dem Zwecke sind in die Zuleitungen zu den auf die Phasen aufgeteilten sechs Kondensatoren sechs Stromwandler geschaltet, deren Sekundärseiten in Reihe liegen. Bei der Ausbildung des Kurzschlusses über die Zellen 1 und k entsteht ein Entladestrom der sechs Glättungskondensatoren; dieser Strom wird von den sechs in Reihe liegenden Sekundärwicklungen der Stromwandler der Steuerung St zugeführt, die eine unverzögerte Zündung von T₁ bewirkt und eine gewisse Zeit lang später auch die Zündung von T„.

Wenn der Wechselrichter einen Motor betreibt, kann sich im Kurzschlußfall aus diesem Motor über die Rückstromdioden ein Kurzschlußstrom ausbilden. Wenn der Motor ein AS-Motor ist, fließt dieser Rückstrom solange, bis die Erregung im Rotor, des AS-Motors abgeklungen ist. Wenn dieser Mo torrücket rom für die Rückstromdioden des Wechselrichters gefährlich werden soll·*· te, kann die Motorspannung wie in Fig. 1 gezeichnet durch antiparallele Thyristoren 7 bis 10 kurzgeschlossen werden. Wenn die

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Belastung des Wechselrichters aus einem Nets oder einem Synchronmotor besteht, ist es zweckmäßig, in die Zuleitung zum Motor einen schnell schaltenden Schalter S' vorzusehen«. Die Zündung der Kuraschlioßerzelle T. muß so frühzeitig erfolgen, daß der durch die Reihenschaltung von i-L-4 fließan· de Strom noch möglichst klein ist» Penn der im Augenblick der Zündung von T. in L fließende Strom fließt nach der Zündung von T₁ in den schraffierten Kreisen auch nach Abklingen der Spannung an den QlättungsScondensatoron weiter und klingt nur entsprechend der Dämpfung dieser Kreise ab«

Zm Augenblick der Zündung von T, gibt die Steuerung St auf die sechs löschbaron Thyristoren 1 bis 6 LÖschbei'ehle, außerdem werden Neuzündungen verhindert* Die löschbaren Ventile I bis 6 bestehen in der praktischen Ausführung aus einer Löschschaltung, z. B, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Durch die beschriebene elektronische Kursschließoreinrichtung lassen sich In Störungsfällen die Halbleitorventile des Wechselrichters voll wirksam schützen, und zwar auch dann, woan si· im normalen Betrieb strommäßig extrem hoch belastet sind· Der beschrieben« Kurzschließerschutz ermöglicht sogar οine Steigerung der betrieblichen Strombelastung der Halbleitersellen. Da Halbleiters«Ilen nur mit einer bestimmten maximalen Temperatur arbeiten können, kann «in« Steigerung der Strombelastung der Zellen nur bei «iner Steigerung d«r Kühlung vorgenommen werden. Nach der w«itor«n Erfindung wird

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bei zwangskomamtierten Wechselrichtern, die. nach dor bisher beschriebenen Erfindung durch einen elektronischen Kurzschließer geschützt sind, die Kühlung der Halbleitorzellen um ein Mehr·* faches gesteigert gegenüber der Kühlung von HalblöiterzeIlen in normalen Stromrichtern· Dadurch läßt sich erreichen, daß die Temperatur der Halbleiterzellen auch bei der erhöhten Stromstärke noch geringer ist als die in normalen Stromrichtern sr>u~ gelassene Erwärmung» Dies hat zur Folge, daß eich die für dsn Wechselrichterbotrieb maßgeblichen Kenndaten der Zöllen verbessern, und zwar handelt es sich dabei nicht nur uns die von der Zellentemperatur abhängige Spannungsfestigkeit, sondern auch um die bei zwangskommutierten Wechselrichtern wichtige Preiwerdezeit und die zulässige Spannungssteilhoit, die beide von dar Zellentemperatur stark abhängen· Die nach der Erfindung anzuwendende stark erhöhte Kühlung der Zellen erfordert natürlich einen erhöhten Aufwand für die Kühlung und bedeutet erhöhte Verluste· Beides könnte bei normalen klassischen Stromrichtern nicht in Kauf genommen werden, vielmehr ist bei diesen Strom« riehterη die übliche Kühlung bereite auf einen optimalen wirtschaftlichen Wert eingestellt. Der Aufwand für awangskommutier· te Wechselrichter ist gegenüber normalen klassischen Stromrichtern um ein Mehrfaches größer* Dies hat zur Folge, daß die nach der Erfindung vorgeschlagene wesentlich· Steigerung der Kühlung bei zwangskommutierten Stromrichtern wirtschaftlich möglich iti mit anderen Worten: Das Optimum dor Kühlung liegt bei zwang«» kommutierten Stromrichtern bei intensiverer Kühlung der Thyristoren als bei normalen Stromrichtern. Wie schon erwähnt,

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läßt sich die aufgrund dar vorstärkten Kühlung mögliche höhere Strombelastuns der Zollen Jodoch nur dann verwirklichen, wenn der nach der Erfindung vorgeschlagene elektronische Kursschluß« schutz angewendet wird«

dio Kühlung so st ar is gewählt wird_e daß trots der erhöhten ώ--3ί?3338*©2·3δ© di© Zellenteiaperatur unter dein normalen Wert bleibt, sä läßt sich auch die Spannung, mit der die HalbleiternHon arbeiten, erhöhen· Außerdem kann infolge der kleineren Freiwerdezeit der Aufwand für die Zwangs&omsnutieruxig verringert werden.

ifacfa der weiteren Erfindung werden für den beschriebenen Wechselrichter steuerbare. Ventil© verwendet mit einer Durchlaßspansnsffig und einer 2*iändlS,©±-siung, die wesentlich größer sind als die normal üblichen Werte. Die Erhöhung dieser Wert® hat nämlich s§mr Folge, daß eich die Halbleiterselloa leichter mit großer Spannungsfa3t£gk©it und kleiner Frcivrerdesait bauen lassen. Für die Erhöhung der Durchlaßspatmung und der Züncvleistung gilt das gleiche wie für die Erhöhung der Kühlung: Sie ist bei normalen Stromrichtern unwirtschaftlich, bei Pulawechaelrichtern nach der Erfindung jedoch verschiebt sich das wirt«schaftIiehe Optimum für die Durchlaßspannung und die Zündleietung zn größeren Werten als normal.

7 Seiten Beschreibung

5 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnung mit 2 Figuren

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Claims (1)

1. icfca Patent »Ferwalimige-Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai «de 1 Q Q Λ Ο

   Lehmann/hd ^Ό Lm 8o/t87

   Patentansprüche

   i« Zwangskomnsu£i©rt© Wechselrichter großer Leistung mit Riickstrcmventilon und Glättungskonden&atoren auf der Gleich·* stromseite, dadurch gekennzeichnet, daß in StSrungefallan die Gleichspannung durch ein oder mehrere parallel geschal·» tete Kalbleitorventile» und swar vorsugstwaise sunächßt über einem Wider3tand(r)isnd ©rst einige Zeit epätor übor ein oder mehrere parallel geschaltete Halblaitervsntile, kurE-geschlossen wird.

   2« Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung der Kursschlioßorvontilo vom Rückstrom der Glättun^» kondsnoatoren erfolgt.

   3. Anordnung nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, daß die HalbleitersQllen des Wechselrichters mit einer über das bei normalen Stromrichtern übliche Haß hinaus stark erhöhten Kühlung und mit entsprechend erhöhta ns Strom betrieben wird»

   k. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Halbleiterventile βο stark gesteigert wird, daß sie trotss des erhöhten Stromes mit kleinerer Temperatur arbeiten al(5 in normalen Stromrichtern.

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   5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Ventile mit über das normale Haß erhöhter Durchlaßspannung und Zündleistung und dementsprechend erhöhter Spannungsfestigkeit und verringerter Freiwerdezeit ausgelegt werden.

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