DE4344093C1 - Schaltungsanordnung zum Schutz der Halbleiterschalter beim Kippen einer Energie in ein Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke in einem Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Schutz der Halbleiterschalter beim Kippen einer Energie in ein Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke in einem Gleichspannungszwischenkreis-UmrichterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß
den im Oberbegriff des Patentanspruchs aufgeführten Merkmalen
nach Patent P 43 22 379.
Die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent ist im
Prinzipschaltbild der Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.
Dabei ist ein über ein Funkentstörfilter 3, Eingangssicherungen
14 und Kommutierungsdrosseln 4 an ein dreiphasiges Netz L1, L2,
L3 angeschlossener Netzstromrichter und ein Zwischenkreis eines
Gleichspannungszwischenkreis-Umrichters, der im
Vierquadrantenbetrieb arbeiten soll, gezeigt. Der netzgeführte
Stromrichter besteht aus einer sechspulsigen, aus Thyristoren
aufgebauten Netzstromrichterbrücke 1 zum Aufladen eines
Zwischenkreiskondensators 9 mit einer Zwischenkreisspannung Ud
und einer zweiten ihr antiparallelgeschalteten, ebenfalls aus
Thyristoren bestehenden Netzstromrichterbrücke 2 zum Entladen
des Zwischenkreiskondensators 9. Die Netzstromrichterbrücken
1, 2 werden im kreisstromfreien Betrieb angesteuert.
Der Funkentstörfilter 3 zwischen dem Netz L1, L2, L3 und den
Klemmen des Netzstromrichters verhindert Rückwirkungen über die
netzgeführten Stromrichterbrücken 1, 2, den
Gleichspannungszwischenkreis und einen (nicht gezeigten) an den
Zwischenkreiskondensator 9 mit seiner Spannung UD
angeschlossenen Pulswechselrichter (der mit einer ebenfalls
nicht gezeigten Last, d. h. im allgemeinen einem Motor verbunden
ist) auf das speisende Netz L1, L2, L3. Die im Funkentstörfilter
3 enthaltenen Kombinationen aus Drosselspulen und Kondensatoren
wirken beim Ausfall der Netzspannung beim Betrieb der Energie
aus dem Zwischenkreis in das Netz zurückspeisenden
Netzstromrichterbrücke 2 als spannungsanhebender
Energiespeicher.
Ein Gleichstromwandler 5 erfaßt einen je nach Richtung im
Zwischenkreis mit IdG bzw. IdM bezeichneten Strom über die
zwischenkreisseitigen Klemmen der Netzstromrichterbrücken 1, 2
und führt eine dementsprechende Größe IdG′ einer (in Fig. 2
nicht gezeigten) Steuerungslogik eines Kippschutzes zur
Auswertung zu.
Der Kippschutz selbst besteht in seinem Leistungsteil aus einem
Kurzschlußthyristor 6 und einer Entlastungsdiode 8. Letztere
soll verhindern, daß eine Abmagnetisierung von
Zwischenkreisdrosseln 7 nur über (nicht dargestellte)
Freilaufdioden eines angeschlossenen selbstgeführten
Stromrichters (Pulswechselrichters) erfolgt.
Wenn nämlich lediglich dieser selbstgeführte Stromrichter aus
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)-Elementen gebildet
ist, sind lediglich in den IGBTs integrierte Freilaufdioden
vorhanden. Diese integrierten Freilaufdioden sind jedoch vom
Abschaltintegral nicht für beim Kurzschluß auftretende
Stoßströme dimensioniert.
Sind dagegen Freilaufdioden beim selbstgeführten Stromrichter
(Pulswechselrichter) am Anschluß des Zwischenkreiskondensators
vorhanden, die hohe Kurzschlußströme führen können, kann auf
die Entlastungsdiode 8 eventuell verzichtet werden.
Der Kurzschlußthyristor 6 wird immer dann durch ein Zündsignal
Z gezündet, wenn der durch den Gleichspannungswandler 5 erfaßte
Strom eine bestimmte Stromamplitude überschreitet oder die
Spannungsamplitude unzulässige Werte erreicht. Das Zündsignal Z
wird dabei über einen Ansteuerverstärker 13 für den
Kurzschlußthyristor 6 geführt. Für die Erfassung der
Netzspannung bzw. von Überspannungen am Eingang des
Netzstromrichters ist ein Netztransformator 10 mit
nachgeschalteter Gleichrichterbrücke 11 vorgesehen. Am Ausgang
der Gleichrichterbrücke 11 liegt ein Glättungskondensator 12,
der eine der Netzspannung proportionale Größe UGNetz
Steuerungslogik des Kippschutzes bereitstellt.
Durch die Zündung des Kurzschlußthyristors 6 beim Überschreiten
eines bestimmten Pegels der Spannungsamplitude am netzseitigen
Eingang der Netzstromrichterbrücken oder der Stromamplitude des
über die zwischenkreisseitigen Klemmen der
Netzstromrichterbrücken fließenden Gleichstromes wird die durch
den Zwischenkreiskondensator 9 vorgegebene
Zwischenkreisspannung UD über die Zwischenkreisdrosseln 7
kurzgeschlossen. Der Kurzschlußthyristor 6 ist dabei so
dimensioniert, daß er die gespeicherte Zwischenkreisenergie
kurzzeitig übernehmen kann. Der beim Zünden des
Kurzschlußthyristors 6 entstehende Schwingkreis, gebildet aus
dem Zwischenkreiskondensator 9 und den Zwischenkreisdrosseln 7,
speichert die Energie nach einer Stromhalbwelle in den
Zwischenkreisdrosseln 7. Die Zwischenkreisdrosseln 7 werden wie
erwähnt anschließend über die Entlastungsdiode 8 (oder die
Freilaufdioden beim nicht gezeigten, an den
Zwischenkreiskondensator 9 angeschlossenen, selbstgeführten
Stromrichter) abmagnetisiert.
Der gezündete Kurzschlußthyristor 6 soll beim Kippen der
netzgeführten, die Energie aus dem Zwischenkreis in das Netz
speisenden, Stromrichterbrücke 2 die Energie des
Zwischenkreiskondensators 9 so gezielt ableiten, daß die
Eingangssicherungen 14 nicht ansprechen. Außerdem wird
verhindert, daß bei einer Abschaltung der Netzspannung durch
den als Energiespeicher wirkenden Funkentstörfilter 3 und
gleichzeitigem Betrieb der Netzstromrichterbrücke 2 durch
Überspannungen Halbleiterbauelemente zerstört werden.
Beim Betrieb der Energie aus dem Netz ziehenden
Netzstromrichterbrücke 1 können nun aber durch externe
Schalthandlungen im speisenden Netz L1, L2, L3 ungewollte
Spannungsspitzen auftreten, die über die Erkennung für die
Netzspannungsamplitude der Steuerlogik des Kippschutzes den
Kurzschlußthyristor 6 ansteuern und somit durch einen
ausgangsseitigen Kurzschluß der netzgeführten
Stromrichterbrücke 1 die Eingangssicherungen 14 ansprechen
lassen.
Durch Holtz, J.: "Beanspruchungen in
Frequenzumrichtern mit ungesteuerter Einspeiseschaltung im
stationären Betrieb und beim Auftreten impulsförmiger
Netzüberspannungen" In: "etz-Archiv" Band 11 (1989) Heft 6,
Seiten 169 bis 178 ist eine Schutzvorrichtung für die
Ventile eines Pulswechselrichters in einem
Frequenzumrichter mit einer ungesteuerten
Einspeiseschaltung in Form einer dreiphasigen Diodenbrücke
bekannt. Die Schutzeinrichtung schließt die
gleichspannungsseitigen Klemmen der Diodenbrücke durch
einen Schutzthyristor kurz, wenn eine impulsförmige
Netzüberspannung auftritt. Damit und durch zusätzliches
Abschmelzen von der Diodenbrücke vorgeschalteten
Netzsicherungen wird verhindert, daß weitere Energie aus
dem Netz in einen der Diodenbrücke nachgeschalteten
Stützkondensator gespeist wird. Insbesondere wird aber auch
erreicht, daß die am Stützkondensator auftretende, für die
Ventile des nachgeschalteten Pulswechselrichters
gefährliche Überspannung schnell abgebaut wird. Eine dem
Stützkondensator parallel und entgegengesetzt zur
betriebsmäßigen Polarität gerichtete Diode verhindert im
Lauf nachfolgender Schwingungsvorgänge in einem durch eine
im Gleichstromkreis liegende Glättungsdrossel und den
Stützkondensator gebildeten Schwingkreis die Ausbildung
negativer Spannungen am Stützkondensator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs
angegebenen Schaltungsanordnung zu verhindern, daß beim
Betrieb der Energie aus dem Netz ziehenden
Stromrichterbrücke und gleichzeitig auftretenden
Überspannungsspitzen im Netz die Eingangssicherungen
unnötig ansprechen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im
Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Die Betriebssicherheit des netzgeführten Stromrichters ist
damit vorteilhafterweise erhöht, da der Kippschutz nur noch
gezielt dann anspricht, wenn es nötig ist.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Fig. 1
der Zeichnung im Prinzip dargestellten Ausführungsbeispiels
für die Steuerlogik des Kippschutzes erläutert werden:
Den Eingängen eines Spannungskomparators 15 wird zum einen
über einen Eingangswiderstand 21 die der gleichgerichteten
Netzspannung entsprechende Größe UGNetz zugeführt und zum
anderen über Spannungsteilerwiderstände 22, 23 eine der
Netzüberspanungsgrenze entsprechende Referenzspannung
eingegeben. Wird der durch die Referenzspannung bestimmte
Spannungspegel durch die Größe UGNetz überschritten, meldet
der
Ausgang AU des Spannungskomparators 15 ein H-Signal, das über
eine erste monostabile Kippstufe 17 mit definierter Impulslänge
einem UND-Glied 19 zugeführt wird. Das UND-Glied 19 gibt dieses
Eingangssignal zwecks Zündung des Kurzschlußthyristors 6 (Fig.
2) an ein ODER-Glied 20 nur dann weiter, wenn die
generatorische, also Energie in das Netz L1, L2, L3 aus dem
Zwischenkreis zurückspeisende Netzstromrichterbrücke 2 in
Betrieb ist, was durch ein dem UND-Glied 19 ebenfalls
zugeführtes Signal GEN angezeigt wird. Damit wird ein Zünden
des Kurzschlußthyristors 6 durch ein Signal Z am Ausgang des
ODER-Glieds 20 beim Betrieb der motorischen, also Energie aus
dem Netz L1, L2, L3 ziehenden Netzstromrichterbrücke 1
verhindert, da das Signal GEN bei deren Betrieb nicht auftritt.
Parallel zum Spannungskomparator 15 arbeitet ein
Stromkomparator 16, an dessen einen Eingang über eine
Entkopplungsdiode 27 zur Erkennung des generatorischen
Zwischenkreisstromes, also eines Stromes IdG über die
zwischenkreisseitigen Klemmen der Energie in das Netz
zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke 2 und einen
Eingangswiderstand 24 das vom Stromwandler 5 gelieferte Signal
IdG′ gelegt wird. Über zwei weitere Teilerwiderstände 25, 26
wird dem anderen Eingang des Stromkomparators 16 ein die
Überstromgrenze, bei der der Kippschutz ansprechen soll,
entsprechendes Referenzsignal zugeführt. Das Ausgangssignal am
Ausgang AI des Stromkomparators 16, das abgegeben wird, wenn
die dem generatorischen Zwischenkreisstrom entsprechende Größe
IdG′ das Referenzsignal überschreitet, ist Eingangsgröße einer
zweiten monostabilen Kippstufe 18 mit ebenfalls definierter
Impulslänge. Der Ausgang dieser zweiten monostabilen Kippstufe
18 ist ebenfalls an das ODER-Glied 20 zur Abgabe des Zündsignals
Z für den Kurzschlußthyristor 6 angeschlossen.
Claims (1)
- Schaltungsanordnung zum Schutz der Halbleiterschalter beim Kippen einer netzgeführten, Energie in das Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke, die kreisstromfrei mit einer zweiten, ihr antiparallel geschalteten, netzgeführten Energie aus dem Netz ziehenden Netzstromrichterbrücke in einem im Vierquadrantenbetrieb arbeitenden Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter betrieben wird, bei dem ein an den Klemmen eines lastseitigen, selbstgeführten Stromrichters liegender Zwischenkreiskondensator über zumindest eine Zwischenkreisdrossel an die zwei Netzstromrichterbrücken angeschlossen ist und der zwischenkreisseitige Ausgang der beiden Netzstromrichterbrücken durch einen bei einer Netzüberspannung und/oder bei einem über die zwischenkreisseitigen Klemmen der Netzstromrichterbrücken fließenden Überstrom durchschaltenden Kurzschlußthyristor überbrückt ist und parallel zu deren Zwischenkreiskondensator eine entgegengesetzt zur betriebsmäßigen Polarität des Zwischenkreiskondensators gerichtete Entlastungsdiode geschaltet ist nach Patent P 43 22 379, dadurch gekennzeichnet,
- - daß bei durch netzseitige Eingangssicherungen (14) geschützten Netzstromrichterbrücken (1, 2) die gleichgerichtete Netzspannung (UGNETZ) dem einen Eingang eines ausgangsseitig an eine erste monostabile Kippstufe (17) angeschlossenen Spannungskomparators (15) zugeführt ist, an dessen anderem Eingang eine der Netzüberspannungsgrenze entsprechende Referenzspannung liegt,
- - daß die erste monostabile Kippstufe (17) ausgangsseitig mit einem Eingang eines UND-Gliedes (19) verbunden ist, dessen zweitem Eingang ein den Betrieb der Energie in das Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke (2) anzeigendes Signal (GEN) zugeführt ist,
- - daß einem Eingang eines Stromkomparators (16) ein Signal (IdG′) entsprechend dem Strom, der über die zwischenkreisseitigen Klemmen der Energie in das Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke (2) fließt, und dem anderen Eingang des Stromkomparators (16) ein die Überstromgrenze repräsentierendes Referenzsignal zugeführt sind und
- - daß der Ausgang des Stromkomparators (16) an den Eingang einer zweiten monostabilen Kippstufe (18) geschaltet ist, deren Ausgang ebenso wie der Ausgang des UND-Gliedes (19) an ein den Kurzschlußthyristor (6) zündendes ODER-Glied (20) gelegt sind.
Priority Applications (1)
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DE19934344093 DE4344093C1 (de) | 1993-06-29 | 1993-12-18 | Schaltungsanordnung zum Schutz der Halbleiterschalter beim Kippen einer Energie in ein Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke in einem Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19934322379 DE4322379C1 (de) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Schaltungsanordnung zum Schutz der Halbleiterschalter beim Kippen einer Energie in ein Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke in einem Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter |
DE19934344093 DE4344093C1 (de) | 1993-06-29 | 1993-12-18 | Schaltungsanordnung zum Schutz der Halbleiterschalter beim Kippen einer Energie in ein Netz zurückspeisenden Netzstromrichterbrücke in einem Gleichspannungszwischenkreis-Umrichter |
Publications (1)
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DE4344093C1 true DE4344093C1 (de) | 1995-03-30 |
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DE (1) | DE4344093C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7595613B2 (en) | 1995-01-11 | 2009-09-29 | Microplanet Inc. | Method and apparatus for electronic power control |
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1993
- 1993-12-18 DE DE19934344093 patent/DE4344093C1/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Z: HOLTZ, J.: "Beanspruchungen in Frequenzumrichtern..." in: etz Archiv Bd. 11(1989), H. 6, S. 169-178 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7595613B2 (en) | 1995-01-11 | 2009-09-29 | Microplanet Inc. | Method and apparatus for electronic power control |
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