DE3128638A1

DE3128638A1 - Schaltungsanordnung zum schutz von umrichterbauelementen gegen ueberspannungen

Info

Publication number: DE3128638A1
Application number: DE19813128638
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr.-Ing. 8399 Ruhstorf Schörner; Johann Dipl.-Ing. 8399 Griesbach Wimmer
Original assignee: Loher GmbH
Current assignee: Loher GmbH
Priority date: 1981-07-20
Filing date: 1981-07-20
Publication date: 1983-07-07
Also published as: NL8104558A; FR2509924A1; FR2509924B3; DK568481A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz der Bauelemente, insbesondere der Halbleiter eines Umrichters mit Stromzwischenkreis gegen Oberspannungen. In der Literatur werden Einrichtungen zum Schutz der Bauelemente gegen Überspannungen beschrieben, die durch netzseitige Störungen entstehen (Offen!egungsschrift 29 24 729 vom 16.06.1979). Die vorliegende Erfindung beschreibt Maßnahmen, die die Halbleiter auch gegen unzulässige. Oberspannungen schützen, die durch motorseitige Störungen entstehen. Es lassen sich im wesentlichen folgende Überspannungserzeugende Störursachen unterscheiden:

1. Ereignisse, die zu einer Stromflußunterbrechung oder einer raschen Stromänderung führen und damit an den systembedingten Induktivitäten Oberspannungen hervorrufen. Hierzu zählen:

. Leitungsunterbrechung zwischen Motor und Umrichter durch Schaltglieder

Bei den meisten Anwendern ist in der Nähe des Motors aus Sicherheitsgründen ein Schalter angebracht, der in Notfällen oder bei Wartungsarbeiten geöffnet wird. Da bei den bisher bekannten Ausführungen von Stromzwischenkreisumrichtern eine betriebsmäßige Unterbrechung der Motorzuleitung nicht zulässig ist, mußte dieser Schalter entweder in die Netzzuleitung des Umrichters eingefügt sein - dies bedeutet einen erheblichen Mehraufwand in der Verkabelung - oder es waren zusätzliche Verriegelungskreise erforderlich. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann die Motorzuleitung auch bei maximalem Betriebsstrom unterbrochen werden, ohne daß der Umrichter Schaden nimmt. Dadurch entfällt der beschriebene Zusatzaufwand.

, Leitungsunterbruch zwischen Motor und Umrichter

Infolge der häufigen Rüttelbeanspruchung der Motoren kann betriebsmäßig ein ungewolltes Lockern einer oder mehrerer Kabel verbindungen erfolgen, so daß ebenfalls eine Stromunterbrechung erfolgt.

. Schaltvorgänge am Umrichterausgang bei Mehrmotorenantrieben

Bei Mehrmotorenantrieben sind die einzelnen Motoren durch diskrete Motorschutzschalter geschützt. Je nach momentaner Stromaufnahme können bei Ansprechen eines Schutzschalters Überspannungen erzeugt werden.

2. Ereignisse, die zu übergroßen Spannungen an den Kommutierungskondensatoren und damit zu Überspannungen im Umrichterausgang führen:

. Kippen des Motors

Ein Kippen des Motors kann durch Fehleinstellungen bei der Inbetriebnahme, fehlerhafte Regler oder mechanisches Blockieren der Arbeitsmaschine auftreten.

. Fehl abstimmung von Umrichter und Motor

Da bei Stromzwischenkreisumrichtern der angeschlossene Motor Bestandteil des Kommutierungskreises ist, sind bei Motoren mit Sonderdaten Fehlabstimmungen und damit überhöhte Spannungen an den Kommutierungskondensatoren möglich.

Mit der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung wird erreicht, daß bei den genannten Störfalllen die Umrichterbauelemente nicht zerstört werden. Dies geschieht dadurch, daß die erfindungsgemäße Anordnung bei Erreichen einer Grenzspannung den Umrichterausgang über einen Schutz-Thyristor und einen Schutzwiderstand kurzschließt. Die Bauelemente der Schutzeinrichtung sind hierbei so ausgelegt, daß sie kurzzeitig den maximalen Gerätestrom führen können, ohne thermisch zerstört zu werden. Bei Ansprechen der Schutzeinrichtung werden gleichzeitig stromabbauende Maßnahmen über die Umrichtersteuerung eingeleitet, wie dies in den Unteransprüchen näher erläutert ist.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind, daß sie teilweise die TSE-Beschaltung der Wechselrichterblockdioden ersetzt und daß sie unabhängig von der Stromversorgung des Umrichters arbeitet. Die Schützeinrichtung kann damit auch Störfälle beherrschen, bei denen die Oberspannung durch fehlerhafte Stromversorgung des Umrichters verursacht wurde.

Die weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung ist anhand einer Figur beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 Blockschaltbild des Umrichters mit Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung.

Der Netzgleichrichter 1 bildet zusammen mit der Zwischenkreisdrossel 2, dem Wechselrichter 3 und der Steuerung 4 den Umrichter mit Stromzwischenkreis. Am Ausgang des Umrichters ist beispielsweise über ein mechanisches Schaltglied 5 eine Asynchronmaschine 6 als Last angeschlossen. Die Umrichterausgangsspannung wird in den Gleichrichterdioden 7 - 12 der Schutzeinrichtung gleichgerichtet und in der RC-Schaltung 13, 14 geglättet. Diese geglättete Gleichspannung U^ wird einem passiven elektronischen Grenzwertschalter 15, wie es z.B. eine Kippdiode darstellt, zugeführt. Im normalen Betrieb liegt Uj unter der Ansprechschwelle des Grenzwertschalters. Der Schutz-Thyristor ist gesperrt, in den Dioden 7-12 fließt nur der Strom, der zur Deckung der Verluste im Bedämpfungswiderstand 14 benötigt wird, öffnet man nun bei laufender Maschine den Schalter 5, so wird über die Drossel 2 der Kondensator in sehr kurzer Zeit aufgeladen, bis die Ansprechschwelle des Grenzwertschalters erreicht ist. Durch den Grenzwertschalter wird der Schutz-Thyristor gezündet, der nun über den Widerstand 17 den Umrichterausgang kurzschließt. Der Widerstand 17 ist so dimensioniert, daß er auch bei max. Umrichterstrom keine Spannungen erzeugt, die über der Grenzspannung liegen. Gleichzeitig mit der Zündung des Schutz-Thyristors wird über die Umrichtersteuerung der Umrichter abgeschaltet, wie dies in den Unteransprüchen näher erläutert ist. Mit der Abschaltung des Umrichters wird an die Peripherie eine Störmeldung weitergeleitet. Nach Beseitigung der Störursache und Quittierung der StOrmeldung ist der Umrichter wieder betriebsbereit.

Leerseite

Claims

LOHER GMBH., 8399 KüHSTOKF/BOTT

Schaltungsanordnung zum Schutz νότε Umrichterhauelementen gegen Überspannungen.

Patentansprüche

f 1. /Schaltungsanordnung zum Schutz der Bauelemente in Umrichter-—schaltungen mit Stromzwischenkreis gegen Überspannungen/ dadurch gekennzeichnet, daß die Umrichterausgangsspannung in einer Diodenbrücke gleichgerich-» tet und in einem parallelgeschalteten RC-Glied bedämpft wird und daß bei Übersteigen einer Grenzspannung ein zum RC-Glied parallelgeschalteter Schutz-Thyristor gezündet wird,der den Urnrichterausgang über einen Schutzwiderstand kurzschließt, so daß die Umrichterausgangsspannung einen vorgebbaren Grenzwert nicht überschreiten kann und daß bei Durchzünden des Schutz-Thyristors eine Meldung an die Umrichtersteuerung erfolgt, von der weitere Maßnahmen zur Umrichterabschaltung abgeleitet werden.

2· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Bedämpfung der Umrichterausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die der Diodenbrücke parallelgeschaltete RC-Kombination so ausgelegt wird, daß sie zum einen eine summarische TSE-Beschaltung der Entkoppelungsdioden des Wechselrichters darstellt und zum anderen kurzzeitige vorübergehende Spannungsspitzen auffängt·

³· Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 und 2 zur Dimensionierung von Gleichrichterdioden und Schutz-Thyristor, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichrichterdioden und Schuta-Thyristor kurzzeitig den technisch möglichen Umrichtergrenzstrom führen können, ohne thermisch zerstört zu werden.

4. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1, 2 und 3 zur Dimensionierung des Ohm-Wertes des Schutzwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert so bemessen wird, daß auch beim technisch möglichen Umrichtergrenzstrom, der kurzzeitig durch diesen Widerstand fließen-kann, keine Spannungen auftreten, die über der Grenzspannung liegen.

5. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 bis 4 zur Dimensionierung der Leistung von Gleichrichterdioden, Schutz-Thyristor und Schutzwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die angesprochenen Bauelemente den durch die Restspannung der angeschlossenen Maschine hervorgerufenen Strom führen können, ohne thermisch zerstört zu werden.

6. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 bis 5 zur Festlegung der Grenzspannung, bei der die Schutzeinrichtung anspricht, dad ure h gekennzeichnet, daß der Schutz-Thyristor bei einer Spannung gezündet wird, bei der auch unter ungünstigsten Voraussetzungen für den Störfall, d.h. bei maximalem Umrichterstrom, keine Zerstörungen durch Oberspannungen an den Umrichterhalbleitern auftreten.

7. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 bis 6 zur Erzeugung eines Zündbefehls für den Schutz-Thyristor, dadurch- gekennzeichnet, daß der Schutz-Thyristor von einem passiven Schaltglied angesteuert wird, welches bei der zulässigen Grenzspannung anspricht, so daß die Schutzmaßnahme unabhängig von der Umrichtersteuerung wirkt und daß gleichzeitig mit dem Zündbefehl eine Störmeldung an die" Umrichtersteuerung gegeben wird.

8. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 bis 7 zur Weiterverarbeitung der Störmeldung in der Umrichtersteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß im Störungsfalle derjenige Wechselrichterthyristor gezündet wird, der zu dem gerade stromführenden in Serie liegt,' so daß die Wechselrichterbrücke kurzgeschlossen und damit die Maschine elektronisch vom Umrichter abgekoppelt wird, und daß gleichzeitig mit der Zündung des Wechselrichterthyristors die Zündimpulse des Netzstromrichters gesperrt werden, so daß der Umrichterstrom zu Null abnimmt.