NO873234L

NO873234L - HOEYSPENNINGS-HALF EDITORIAL PROTECTION.

Info

Publication number: NO873234L
Application number: NO873234A
Authority: NO
Inventors: Gunter Langer; Thomas Wolf
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1986-08-09
Filing date: 1987-08-03
Publication date: 1988-02-10
Also published as: CH673363A5; NO873234D0; SE8703087D0; NO872954D0; DE3627017A1; SE8703087L; SE469308B

Description

Oppfinnelsen angår et høyspennings-halvledervern i henholdThe invention relates to a high-voltage semiconductor protection according to

til innledningen til krav 1.to the introduction to claim 1.

Ved tidligere benyttede elektromagnetiske bryterorganer har man nådd grensene for deres tekniske muligheter. Disse bryterorganer og vern kan anses som helt utviklet, deres tillatelige-koblingsfrekvens er riktignok høy, men dog begrenset. En ulempe er også slitasjen av kontaktstykkene og lagre, noe som gjør disse organer meget vedlikeholdskrevende og dessuten forkorter levetiden, både elektrisk og mekanisk.Hertil kommer en relativt høy påstyringseffekt. For bruksforhold med meget høy brytingsfrekvens (spesielt taktdrift) byr elektromekanisk høyspenningsvern fra dette synspunkt på problemer. Previously used electromagnetic switching devices have reached the limits of their technical capabilities. These switching devices and protection can be considered fully developed, their permissible switching frequency is indeed high, but still limited. A disadvantage is also the wear of the contact pieces and bearings, which makes these organs very maintenance-intensive and also shortens their lifetime, both electrically and mechanically. Added to this is a relatively high steering effect. From this point of view, electromechanical high-voltage protection presents problems for conditions of use with a very high breaking frequency (especially pulsating operation).

Et bryterorgan som oppfyller forutsetningene i innledningenA switch body that fulfills the requirements in the introduction

av krav 1, er f.eks. kjent som hybridbryter fra den inter-nasjonale patentsøknad WO 86/01334 (PCT-Gazette seksjon I of claim 1, is e.g. known as hybrid switch from the international patent application WO 86/01334 (PCT-Gazette section I

No. 05/1986, side 778). Halvlederelementet til denne hybridbryter er ved kontaktbevegelse av den mekaniske bryter ledende når den mekaniske bryter beveger seg gjennom soner hvor en lysbue kan dannes. Halvlederelement og mekanisk bryter påstyres isolert over forskjellige spenningskilder og forsterker-trinn. I forhold til rent elektromekaniske høyspenningsvern lar det seg dermed allerede med hensyn til kontaktene fås en bryting som gir lav slitasje og krever lite vedlikehold. Slitasjen på lagerpunktene er imidlertid fortsatt tilstede, like-så ulempen med den relativt høye påstyringseffekt. No. 05/1986, page 778). The semiconductor element of this hybrid switch is conductive during contact movement of the mechanical switch when the mechanical switch moves through zones where an arc can form. Semiconductor element and mechanical switch are controlled in isolation via different voltage sources and amplifier stages. In relation to purely electromechanical high-voltage protective devices, it is thus possible to achieve a break that gives low wear and requires little maintenance already with regard to the contacts. However, the wear on the bearing points is still present, as is the disadvantage of the relatively high steering effect.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe et høyspenningsvernThe purpose of the invention is to provide a high-voltage protection

på halvlederbasis som problemfritt gir en bryting av elek-triske vekselstrømlaster med meget høy brytingsfrekvens, ved-likeholdsfritt og med lav slitasje. Det er i den forbindelse tenkt på spenninger på ca. 1200 V ved 15-100 Hz og strømmer mellom 1 og 50 A. Vernet skal være enkelt og kompakt i ut-førelse og ved montasjehåndteringen å kunne utskiftbart er-statte mekaniske vern. on a semiconductor basis which provides problem-free switching of electrical AC loads with a very high switching frequency, maintenance-free and with low wear. In this connection, voltages of approx. 1200 V at 15-100 Hz and currents between 1 and 50 A. The guard must be simple and compact in design and during the assembly process be able to exchangeably replace mechanical guards.

Denne hensikt oppnås ved de trekk som er angitt i karakteri-stikken til krav 1. This purpose is achieved by the features specified in the characteristics of claim 1.

Det gis riktignok allerede halvlederreléer fra forskjellige produsenter, men disse releer er allikevel ikke sammenlign-bare med de ønskede høyspenningsvern og dertil også bare an-vendbare for spenninger inntil 600 V. It is true that there are already semiconductor relays from various manufacturers, but these relays are still not comparable to the desired high-voltage protection devices and are also only usable for voltages up to 600 V.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen fremgår av underkrav-ene. I tilknytning til et utførelseseksempel skal oppfinnelsen forklares nærmere i det følgende. Tegningen viser koblings-skjema for et slikt vern. Advantageous embodiments of the invention appear from the subclaims. In connection with an embodiment, the invention will be explained in more detail below. The drawing shows the connection diagram for such protection.

I og II betegner to såkalte "power"-blokker, som hver består av to antiparallelle tyristorer A og B og som koblet i serie skal styre en ikke nærmere vist ohmsk last, 'f.eks. en varme-motstand. En RC-krets Cl, R21/.C2, R22 sørger for en lik dyna-misk sperrespenningsdeling av seriekoblingen til de to powerblokker I og II. Den statiske spenningsdeling realiseres ved motstanden R20 og en motstandskombinasjon av R19 og spennings-delene 10 og 12. I and II denote two so-called "power" blocks, each of which consists of two antiparallel thyristors A and B and which, connected in series, are to control an ohmic load not shown in detail, 'e.g. a heat resistance. An RC circuit Cl, R21/.C2, R22 ensures an equal dynamic blocking voltage division of the series connection of the two power blocks I and II. The static voltage division is realized by the resistor R20 and a resistance combination of R19 and the voltage parts 10 and 12.

Styredelen ligger på høyspenningssiden på den halve lastspen-ning parallell med powerblokk II. Den består hovedsakelig av en likeretterbro 1 med to i sine kurser integrerte tenn-transformatorer 2 og 3,.. hvis sekundærviklinger a, a' og b, b<1>virker på portene til hovedtyristorene A resp. B over til-ordnede likeretterventiler 6-9. Hovedtyristorene A og B blir hver påstyrt av en halvperiode av lastspenningen når en strøm-gjennomgang over de to hjelpetyristorer 13, 14 er mulig, idet de kortslutter likespenningsutgangsklemmen på likeretteren 1. Den generelle påstyring skjer over en likespenning Ug på f.eks. 24 V DC via en optokobler 5. Fototransistoren 4 i optokobleren 5 er derved anordnet som kontrollkrets i en første spenningsdelerkurs 10, som ligger på utgangsspenningen n fra likeretteren 1. The control part is located on the high-voltage side at half the load voltage parallel to power block II. It mainly consists of a rectifier bridge 1 with two ignition transformers 2 and 3 integrated in their courses,... whose secondary windings a, a' and b, b<1>act on the gates of the main thyristors A resp. B above assigned rectifier valves 6-9. The main thyristors A and B are each actuated by half a period of the load voltage when a current flow through the two auxiliary thyristors 13, 14 is possible, as they short-circuit the DC output terminal of the rectifier 1. The general actuation takes place via a DC voltage Ug of e.g. 24 V DC via an optocoupler 5. The phototransistor 4 in the optocoupler 5 is thereby arranged as a control circuit in a first voltage divider circuit 10, which is on the output voltage n from the rectifier 1.

Has styrespenningen Uc på inngangsklemmen, leder fototran sistoren 4 i optokobleren 5 og en hjelpetransistor 11, hvis styrespenning fås på den første spenningsdelerkurs 10, sperrer. Hjelpetransistoren 11 ligger i en annen spenningsdelerkurs 12, som er anordnet parallelt med spenningsdelerkursen 10, og likeledes tilsluttet utgangsspenningen fra likeretteren 1. Styrespenningene for hjelpetyristorene 13, 14 som danner en ytterligere parallellkurs, fås fra den annen spenningsdelerkurs 12. Når de seriekoblede hjelpetyristorer 13, 14 innledes tenningen av henholdsvis hovedtyristorene A og B over tenn-transformatorene 2,3. When the control voltage Uc is applied to the input terminal, the phototransistor 4 conducts in the optocoupler 5 and an auxiliary transistor 11, whose control voltage is obtained on the first voltage divider course 10, blocks. The auxiliary transistor 11 is located in another voltage divider course 12, which is arranged parallel to the voltage divider course 10, and likewise connected to the output voltage from the rectifier 1. The control voltages for the auxiliary thyristors 13, 14, which form a further parallel course, are obtained from the second voltage divider course 12. When the series-connected auxiliary thyristors 13, 14, the ignition of the main thyristors A and B, respectively, is initiated via the ignition transformers 2,3.

Kretsen er utført slik at hovedtyristorene A, B ikke tenner med en gang når styrespenningen U„ has. En tenning av hovedtyristorene er tvert imot først mulig ved nullgjennomgangen av lastspenningen, dvs. at tenntidspunktet for hovedtyristorene A, B er nettstyrt i lastspenningens nullspenningsområde. The circuit is designed so that the main thyristors A, B do not switch on immediately when the control voltage U„ is applied. On the contrary, an ignition of the main thyristors is only possible at the zero crossing of the load voltage, i.e. that the ignition time for the main thyristors A, B is network controlled in the zero voltage range of the load voltage.

Er momentanverdien av lastspenningen større enn en ved spen-ningsuttaket på den første spenningsdelerkurs 10 forhåndsvalgt terskelverdi, så kobler hjelpetransistoren 11 inn, hvorved hjelpetyristorene 13, 14 og dermed også hovedtyristorene A, B ikke tennes. Halvledervernet kan derfor bare svitsje som null-spenningsbryter i et lite område ved spenningsnullgjennom-gangen for lastspenningen. If the instantaneous value of the load voltage is greater than a preselected threshold value at the voltage outlet on the first voltage divider course 10, then the auxiliary transistor 11 switches on, whereby the auxiliary thyristors 13, 14 and thus also the main thyristors A, B are not switched on. The semiconductor protection can therefore only switch as a zero voltage switch in a small area at the voltage zero crossing for the load voltage.

Ved oppfinnelsen kan de innledningsvis stilte fordringer realiseres på en enkel måte. Tyristorvernet er utskiftbart med et elektromekanisk vern med samme effektverdi. With the invention, the initial requirements can be realized in a simple way. The thyristor protection is replaceable with an electromechanical protection with the same power value.

Claims

1. High-voltage semiconductor protection for switching high alternating current loads and which is controlled via an optocoupler, characterized in that the protection consists of n series-connected power blocks (I, II) each of which consists of two anti-parallel connected main thyristors (A , B), of which the main thyristors with the same order of direction (A or B) is alternately controlled via a rectifier bridge (1) with ignition transformers (2,3) integrated in two courses, so that the load voltage or part of it is supplied to the AC voltage inputs {r<j) on the rectifier bridge (i), and that the phototransistor (4) in the optocoupler (5) acts as a switch on the DC voltage outputs (+,-) on the rectifier bridge (1)..

2. High-voltage semiconductor protection according to claim 1, characterized in that each ignition transformer (3 or 2) is provided with n secondary windings (a,a' or b,b'), above which n main thyristors of the same orientation (A or B) can be controlled via rectifier valves (6-9).

3. High-voltage semiconductor protection according to claim 1 or 2, characterized in that the phototransistor (4) is arranged as a control switch in a first voltage divider course (10), that in the conducting state it blocks an auxiliary transistor (11) in another voltage divider course (12) which is arranged parallel to the first, whereby the series-connected auxiliary transistors (13,14) ignite, as these form a further parallel course and enable current to pass through the ignition transformers (2,3), so that the main thyristors are thus ignited (A or B) in the semiconductor protection.

4. High-voltage semiconductor protection according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit is designed so that an ignition of the main thyristors (A or B) is only possible at or around the zero crossing of the load voltage.

5. High-voltage semiconductor protection according to one of the preceding requirements, characterized in that the threshold value for the auxiliary thyristors (13,14) not to ignite, can be determined by a change of the control outlet for the auxiliary transistor (11) on the first voltage divider course (10).