DE646938C - Anordnung zum Schutz von Umrichtern gegen UEberstroeme - Google Patents

Description

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Bekanntlich kann man elektrische Übertragungsapparate oder Umformungseinrichtungen gegen Überströme in normalen Fällen dadurch schützen, daß entsprechende Schutzmittel (Schnellschalter ο. ä.) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von Betriebsgrößen, vorzugsweise Strom, Spannung oder"Leistung der Primär- oder Sekundä^seite der Umformungseinrichtung ansprechen. Es ist weiter bekannt, daß bei mit gittergesteuerten Dampfoder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformern, insbesondere Wechselrichtern und Umrichtern, ein wirksamer Schutz nur durch Anordnung auf der Primärseite möglich ist, da derartige Umformungseinrichtungen in erster Linie gegen innere Kurzschlüsse gesichert sein müssen, welche beispielsweise bei Störungen in der Gittersteuerung auftreten können und sich auf der Sekundärseite nicht unmittelbar auswirken.

Speziell bei Umrichtern mit abgestuften Primärspannungen oder mit Sternpunktanoden haben nun Versuche ergeben, daß auch die Anordnung des Überstromschutzes auf der Primärseite der Umformungseinrichtung nicht mehr zur Erfassung sämtlicher möglicher Überstromstörungen ausreicht. Bei derartigen Umrichtern kann es z. B. beim Versager der Gittersteuerung an bestimmten Punkten der Arbeitsperiode vorkommen, daß sich innere Überströme ausbilden, welche durch den Primärtransformator nicht unmittelbar auf das Primärnetz einwirken und daher nach außen erst merkbar werden, wenn der Umrichterbetrieb infolge Auswachsens zum Kurzschluß versagt. Die Verhältnisse bei Umrichtern unterscheiden sich von denen bei Gleichrichtern und Wechselrichtern wesentlich dadurch, daß bei letzteren im Wechselstromnetz weitgehend sin-förmige Ströme vorhanden sind, während bei Umrichtern die primärseitigen Stromkurven weitgehend von der sin-Form abweichen. Infolgedessen sind die normalen Schutzeinrichtungen, wie sie bei angenähert sin-förmigen Verhältnissen anwendbar sind, bei Umrichtern völlig ungeeignet.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile vermieden und ein in jedem Betriebsfall unbedingt sicher wirkender Überstromschutz dadurch erzielt, daß die Überstromschutzapparate bzw. deren Ansprechorgane in die gleichstromartigen Verbindungsleitungen eingefügt sind, welche von den Teilentladungsströmen jeder Gruppe von Entladungsstrecken jeweils in der gleichen Richtung durchflossen werden. Tritt dann eine Störung der oben beschriebenen Art ein, so wird das Ansprechorgan mit Sicherheit von allen in den einzelnen Umrichterkreisen fließenden Strömen beeinflußt, auch von denjenigen, welche nicht unmittelbar nach eines der Netze hin wirk-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Gustav Reinhardt in Berlin.

sam sein können, und der Überstromschutz (Schnellschalter usf.") wird mit Sicherheit ausgelöst, sobald bei irgendeiner inneren oder äußeren Störung der Teilstrom der gerade

S brennenden Anode übermäßig groß zu den beginnt.

■ Zur besseren Erläuterung des Erfindungs-' gedankens möge auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug ge-

ίο nominell und daran die Wirkungsweise der Anordnung beschrieben werden.

An das Primärnetz m ist nach Abb. ι die Primärwicklung 3 des Drehstrointransformators 5 angeschlossen, dessen Sekundärwiekhingen 2, 4, 6 bzw. 2', 4', 6' mit den Anoden einerseits und (über den Sternpunkt) über einen Hintertransformator 8 mit der Kathode des Umrichtergefäl.ies 7 anderseits verbunden sind. Der Hintertransformator 8 liefert in bekannter Weise die sekundäre Wechselspannung 11 niedrigerer Frequenz. Die vom Drehstromtransformator 5 gelieferten Spannungen sind abgestuft, d. h. die Windungszahl der Sekumlärwicklungsphasen 4 und 4' ist größer als die der Phasen 2 und 6 bzw. 2' und 6'. Außerdem ist jeder Sternpunkt (o bzw. o'j an eine sogenannte Sternpunktanode angeschlossen.

Die erzeugte Spannungskurve zeigt dann etwa den in Abb. 2 dargestellten Verlauf. In der Stromführung mögen sich die Anoden 2, 4, 6, 0, 2', 4', 6', o', 2 in der angegebenen Reihenfolge ablösen, wenn die Anoden gleichlaufend mit den angeschlossenen Wicklungsphasen bezeichnet werden. Dabei ist eine derartige Phasenlage der erzeugten Stromhalbwelle angenommen, daß jeweils die Anoden 2 bzw. 2' im Wechselrichterbetrieb arbeiten mögen, so daß also die Kommutierung von der Sternpunktanode (c bzw. o') mit einer gewissen Voreilung erfolgen muß, wie es gestrichelt in Abb. 2 angedeutet ist. Wird in diesem Falle die Kommutierung zwischen den Anoden ο und 2', beispielsweise infolge eines Versagens in der Gittersteuerung oder infolge einer sonstigen Zünderschwerung der Anode 2' nicht vor dem Nulldurchgang der Spannung 2' beendigt, so kann die Sternpunktanode ο nicht mehr gelöscht werden. Der Strom der Sternpunktanode wächst in unzulässiger Weise an, da eine der Spannung 2' äquivalente Gegenspannung im Stromkreis fehlt. Ist die Phasenverschiebung zwischen Sekundärstrom und -spannung so groß, daß normalerweise auch die Anode 4' im Wechselrichterbetrieb arbeitet, so wird in diesem Störungsfalle auch die Anode 4' den Strom nicht von der Anode ο übernehmen können, da die Gittersteuerung erst etwa im Augenblick t₄ den Eiitladungseinsatz der Anode 4' freigibt. Auf diese Weise bildet sich ein Kurzschlußstrom in dem Stromkreis aus, der sich über die Entladungsstrecke der Sternpunktanode und die linke Wicklungs-.'ijä-Jfte des Transformators 8 schließt. Da der , ■ (hftch den Sternpunkt fließende Überstrom jedoch keinen Wicklungsteil des Primärtrans-■ formators 5 durchsetzt, kann ein auf der Primärseite angeordneter Schutz nicht unmittelbar auf das Anwachsen dieses Überstromes ansprechen. Statt dessen ist entsprechend dem Ernnduugsgedanken die Schutzeinrichtung in den Verbindungsleitungen angeordnet, welche von den Teilentladungsströmen der je eine Halbwelle liefernden Gruppe von Hntladuugsstrecken jeweils in gleicher Richtung durchflossen werden. Beim Ausführungsbeispiel sind der Einfachheit halber beide Schutzeinrichtungen zu einer einzigen (9) vereinigt und in eine Verbindungsieitung eingeschaltet, welche bei der Schaltung des Ausführungsbeispiels für beid? Gruppen von Entladungsstrecken gemeinsam vorgesehen werden kann.

Die Wirkungsweise wurde am Beispiel der Sternpunktanode beschrieben. Das gleiche gilt jedoch auch bei einem Versagen der Kommutierung zwischen anderen Anoden mit verschieden hohen Speisespannungen, z. B. zwischen den Anoden 2' und 4'. go

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird vorteilhaft als Ansprechorgan in der gleichstromartigen Verbindungsleitung ein kleiner, mit konstanter Drehzahl· angetriebener Gleich- oder Wechselstromgenerator mit Gleichstromerregung verwendet, der gewissermaßen als Stromtransformator für Gleichstrom wirkt. Die bisher bekannten Anordnungen zum Schutz von Umrichtern usf. arbeiteten meist in solchem Fall mit einer Verstärkereinrichtung, die von dem Spannungsabfall an einem Shunt beeinflußt wurde. Gerade bei Umrichtern hat diese Anordnung jedoch den Nachteil, daß wegen der zahlreichen, im Umrichterbetrieb nicht zu vermeidenden hochfrequenten Oberwellen eine solche Verstärkerschaltung äußerst störanfällig ist und meist wieder besondere Maßnahmen zu ihrem Schutz gegen diese Oberwellen benötigt. Demgegenüber stellt ein kleiner Stromwandler-Generator eine sehr einfache und gegen hochfrequente Einflüsse praktisch unempfindliche Einrichtung dar, die noch den Vorteil hat, daß die Ansprechempfindlichkeit durch eine entsprechende Ausbildung der Feldwicklung des Generators (u. U. kann die den vollen Betriebsstrom des Umrichters führende Verbindungsleitung von der Kathode zur Mittelanzapfung des Transformators 8 selbst diese iao Erregerwicklung darstellen) bzw. durch die Wahl der Drehzahl des Antriebsmotors recht

hochgetrieben werden kann, im Gegensatz zum Shunt, an dem nur kleine Spannungen abgegriffen werden können und bei dem wohl stets eine besondere Verstärkung notwendig S ist. Als Antriebsmotor für den Stromwandler-Generator kann z. B. ein gewöhnlicher, leichter Uhren- oder Sprechmaschinen-Synchronmotor verwendet werden. Sind für jede je eine Halbwelle liefernde Gruppe von Entladungsstrecken getrennte Ansprech-Generatoren in der jeweiligen, gleichstromartigen Verbindungsleitung vorgesehen, so können zweckmäßig die Ankerspannungen der beiden Generatoren in Reihe geschaltet werden und gemeinsam auf die weiteren Betätigungsorgane einwirken.

Mit der beschriebenen Anordnung der Schutzeinrichtungen wird also, im Gegensatz zu der bekannten Schaltung der Überstromschutzeinrichtungen, ein wirksamer und unbedingt sicherer Schutz des Umrichters auch dann erzielt, wenn wegen der abgestuften Spannungen oder der Sternpunktanoden innere Überströme auftreten können, welche nach außen unmittelbar nicht wirksam und bemerkbar sind. Der Erfindungsgedanke wurde an dem Anwendungsbeispiel eines Umrichters mit Hintertransformator erläutert, bei dem die wesentlichen Gesichtspunkte sich besonders einfach darstellen ließen. Die Erfindung läßt sich jedoch auch auf andere Umrichterschaltungen, insbesondere auch auf solche ohne Hintertransformator, sinngemäß anwenden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Überstromschutzanordnung für Umrichter, bei denen die den Entladungsstromkreisen zugeführten Phasenspannungen abgestuft sind und für jede der beiden je eine Halbwelle des sekundären Stromes liefernden Gruppen von Entladungsstrecken eine von den Teilentladungsströmen nur in einer Richtung durchflossene Verbindungsleitung -vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Überstrom ansprechende Schutzmittel bzw. sein Ansprechorgan in dieser Verbindungsleitung vorgesehen ist.

2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansprech- und/oder Betätigungsorgan für die Überstromabschaltung ein von einem Motor mit konstanter Drehzahl angetriebener Generator angeordnet ist, dessen Feldwicklung in Abhängigkeit von dem gleichstromartigen, in der Kathodenleitung des Umrichters fließenden Strom erregt wird, und dessen Ankerspannung bei Überschreitung eines vorbestimmten Mindestwertes die Schutzschaltung auslöst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen