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Schutzeinrichtung für Gleichrichter mit Halbleiterventilen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für Gleichrichter mit Halbleiterventilen,
wobei insbesondere an die Verwendung von Halbleiterventilen mit einem Halbleiter
auf der Basis des Siliziums oder Germaniums -edaclit ist. Bei solchen Gleichrichtern,
welche relativ hohe Ströme zu führen in der Lage sind, muß dafür Vorsorge getroffen
werden, daß der Strom in den Halbleiterventilen nicht unzulässig hoch wird, da diese
sonst unbrauchbar werden und dadurch g gebenenfalls andere Halbleiterventile
in Mitleidenge schaft ziehen können.
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Die Erfindung hat eine neuartige Schaltunor zum C
Gegenstand,
durch welche die hiermit entstehende Auf-,crabe eines Schutzes der Ventile sich
in wirksamer und einwandfreier Weise lösen läßt, und zwar sowohl in solchen Fällen,
wo die entstehende unzulässige Belastuno, der Halbleiterventile auf einen inneren
Kurzschluß, d. h. auf Schäden an einem der Ventile selbst, zurückzuführen
sind, als auch dann, wenn die Ursache ein äußerer Kurzschluß ist, z. B. ein Fehler
in dem gespeisten Verbrauchernetz. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß ein
den Gleichrichtern vorgeschaltetes Regeldrosselsystem über einen magnetischen Hil!!sverstärker
mit einem durch seine Ausstattung mit einer überkritischen Rückkopplung bestimmten
Kippverhalten abhängig, von der Höhe des Ausgangsbelastungsstromes der Gleichrichteranordnung
mit Erreichen eines maximal zulässigen Belastungsstromwertes zur Begrenzung des
Ausgangsstromes gesteuert wird. Als magnetisch steuerbare Regeldrosseln für die
Speisung der Gleifchrichteranordnung und ebenso für den magnetischen Hilfsverstärker
werden vorzugsweise Verstärker in Selbstsättigungsschaltung benutzt. Um hierbei
dem magnetischen Hilfsverstärker, der die Regeldrosseln im Hauptstromkreis steuert,
ein Kippverhalten zu geben, wird der Ausgang des Verstärkers i auf die Arbeitswicklungen
C rückgekop - - p elt. Hierbei kann diesem magnetischen Hilfsverstärker in
an sich bekannter Weise eine Vorbelastung gegeben werden, damit er stets seinen
Magnetisierungsstrom führen kann. In Reihe mit den Vormagnetisierungswicklungen
der Regeldrossein der Gleichrichteranordnung, die von dem Hilfsverstärker gespeist
werden, kann ein zusätzlicher, gegebenenfalls einstellbarer Widerstand vorgesehen
sein, um auf diese Weise eine Anpassung der Belastuno, für den Hilfsverstärker zu
erreichen. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung kann bei Anwendung einer geeignet
bemessenen Steuerleistung an dem macnetischen Hilfsverstärker die Zeitkonstante
für das Ansprechen der Strombe grenzung bis auf sehr geringe erwünschte Werte, z.
B. in der Größenordnung von etwa 20 msec., herabgesetzt werden. Es ist für Stromversorgungsanlagen,
in denen eine Spannungsregelungseinrichtung benutzt wird, bei welcher mit der zu
regelnden Spannung eine durch die Differenz der gleichgerichteten Spannungen einer
gesättigten Drossel und einer Luftspaltdrossel bestimmte Spannung verglichen wird
und der Vergleichswert die Speisung der Steuerwicklung einer zur Regelung
be-
nutzten gleichstromvormagnetisierten Drosselspule bestimmt, über welche
der zu regelnde Gleichrichter gespeist wird, bekannt, in Verbindung mit dieser Spannungsregelungseinrichtung
eine Strombegrenzungsanordnunc, zu benutzen. Hierfür wird ein Hilfsgleichrichter
verwendet, der dem von der Luftspaltdrossel gespeisten Gleichrichter parallel geschaltet
ist und selbst über eine Drosselanordnung gespeist wird, die gegensinnig von einer
annähernd konstanten Größe, nämlich z. B. der auf konstanten Wert geregelten Aus-,
Cra ngsklemmenspannung der geregelten Gleichrichterailordnung, und vom Laststrom
bzw. Verbraucherstrom oder dem Ladestrom der gespeisten Batterie vormagnetisiert
wird.
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Für die Speisung von Verbrauchern vom Charakter von Bogenlampen ist
ein Stromversorgungsgerät bekanntgeworden, dessen Spannungsstromkennlinie bis zu
einer gewissen Stromgrenze auf einem konstanten Spannungswert verläuft, bei Überschreitung
dieser Stromgrenze jedoch rasch auf Null absinkt, so daß das
Entstehen
unerwünschter Kurzschlußströme vennieden wird, also gewissermaßen zunächst auf konstante
Spannung, nach Überschreiten der genannten Stromgrenze jedoch auf konstanten Strom
geregelt wird.
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Ferner war eine Batterieladeeinrichtung bekannt, bei welcher die Speisung
der Batterie über einen dem Gleichrichter vorgeschalteten Transduktor erfolgt, der
seinerseits von einem Hilfstransduktor gesteuert wird, dessen Vormagnetisierung
erstens über ein konstantes Stromgerät und ferner zweitens gegensinnig abhängig
von der Batteriespannung erfolgt. In diesen zweiten Vormagnetisierungsstromkreis
wird zur Strombegrenzung ein über einen Stromwandler vom Belastungskreis abgeleiteter
Stromeinfluß eingeschleust, so daß der die Batterie speisende Strom selbsttätig
auf einen Maximalwert begrenzt wird.
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Bei diesen bekannten Anordnungen wurde jedoch nicht von einem magnetischen
Verstärker mit Kippverhalten Gebrauch gemacht, um auf diese Weise im Sinne der Zielsetzung
der vorliegenden Erfindung einen sehr schnell wirksam werdenden Schutz für die gegen
stoßweise überlastungen sehr empfindlichen Halbleitergleichrichterelemente der Stromversorgungsanlage
zu erreichen und diese damit jeweils betriebssicher und betriebstüchtig zu erhalten.
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Eine beispielsweise Ausführung für die Anwendung der Erfindung zeigt
die Schaltung der Zeichnung Fig. 1.
In dieser Schaltung wird an den Klemmen
1, 2 und 3
von einem Drehstromnetz eine Gleichstrombrückenschaltung
gespeist, welche durch die Ventile 4 bis 9
gebildet wird. Die Gleichstromausgangsklemmen
der Brücke sind mit 10 und 11 bezeichnet. In den Zweigen der Brücke
sind Drosseln 12 bis 17 angeordnet. An diesen Drosseln sind mit a jeweils
die vom Laststrom durchflossenen Wicklungen, mit b, c und
d Vormagnetisierungswicklungen bezeichnet. Die Wicklungen c dienen zur konstanten
Vormagnetisierung der Drosseln. Mit Hilfe der Wicklungen d kann eine Vormaga--tisierung
derDrosseln, abhängigvoneinerRegelgröße, z. B. abhängig von der Ausgangsgleichspannung
der Anordnung herbeigeführt werden, was nicht besonders angedeutet ist.
18 und 19 bezeichnen die beiden Teildrosseln eines Hilfsmagnetverstärkers
in Selbstsättigungsschaltung. Die vom Hauptstrom durchflossenen Arbeitswicklungen
dieses Magnetverstärkers sind an den Teildrosseln jeweils mit a bezeichnet. Die
Ventile des Magnetverstärkers tragen die Bezeichnun-"en 20 bis 23. über die
Wicklung b der beiden Dros seln ist vom Gleichstromausgang des magnetischen
Verstärkers über den Widerstand rückgekoppelt. An diesem Gleichstromausgang ist
evtl. ein Vorbelastungswiderstand 30 vorgesehen, damit der Magnetverstärker
stets seinen Magnetisierungsstrom führen kann. Vom GleiclistromausgangdesMagnetverstärkers
werden die Wicklungen b der Regeldrosseln 12 bis 17 über einen Widerstand
29 mit Gleichstrom gespeist. Für eine konstante Vonnagnetisierung des magnetischen
Hilfsverstärkers liegt an den Klemmen 25 und 26 eine Gleichspannung,
so daß eine entsprechende, mittels desVorwiderstandes 31 einstellbare Vormagnetisierung
des Magnetverstärkers an seinen Teildrosseln durch die Wicklungen c erfolgt. Im
Gleichstrombelastungskreis der Trockengleichrichteranordnung liegt ein Widerstand
27. An dessen Klemmen sind über einen Widerstand 28 die Vormagnetisierungswicklungen
d der beiden Teildrosseln 18 bzw. 19 des magnetischen Hilfsverstärkers
angeschlossen. Die Richtung der Magnetisierungen, welche von den einzelnen Wicklungen
an C, dem magnetischen Hilfsverstärker erzeugt wird, ist durch eingetragene Pfeile
angedeutet. Erreicht die Spannung an dem Widerstand 27 zufolge eines zu hoch
ansteigenden Belastungsstromes einen vorbestimmten oberen Grenzwert, so wird der
magnetische Hilfsverstärker plötzlich aus seinem gesperrten Zustand in den Zustand
seines Durchlasses umgesteuert. Hierdurch wird eine entsprechende Speisung der Wicklungen
b an den Drosseln 12 bis 17 herbeigeführt, so daß das von den Regeldrosseln
übernommene Spannungszeitintegral ansteigt und dadurch die Aus-Crangsspannung an
den Klemmen 10 und 11 herabgesetzt wird. Hierdurch sinkt die Spannung
an dem Widerstand 27 ab, bis der magnetische Hilfsverstärker wieder unwirksam
wird. Dieser Vorgang wiederholt sich, so daß eine Regelung um einen gewissen vorbestimmten
höchsten Mittelwert stattfindet. Statt des Widerstandes 27 kann auch ein
Gleichstromwandler zur Erfassung des Laststromes benutzt werden.
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Zur näheren Erläuterung ist in der Fig. 2 noch ein Schaubild gezeigt.
In diesem ist über der Steuermagnetisierung J.,t des magnetischen Hilfsverstärkers
dessen Ausgangsspannung UL aufgetragen. In diesem Schaubild bezeichnet
J, eine konstante Vormagnetisierung des Magnetverstärkers, während durch
den Pfeil Jt angedeutet ist, in welcher Richtung eine zusätzliche Magnetisierung
dieses Verstärkers, abhängig vom Ansteigen des Belastungsstromes, z. B. am Widerstand
27, stattimdet. Beim Ansteigen dieses Stro-mes J" wird die Kennlinie
im linken unteren Teil sinngemäß nach rechts durchlaufen, bis ein bestimmter Punkt
P, erreicht ist. Bei einem weiteren Ansteigen .des Steuermagnetisierungsstromes
Jt kippt der Magnetverstärker, d. h., er springt in seiner Arbeitsweise auf
den Punkt P., der Kennlinie. Sinkt zufolge der Regelwirkung de; Regeldrosseln der
Strom im Belastungskreis wieder ab, so wird die obere Kennlinie nach links durchlaufen.
Sobald der Punkt P3 erreicht worden ist, kippt der Magnetverstärker auf den linken
unteren Teil der Kennlinie zum Punkt P4.