DE1160092B - Elektrische UEberstromschutzeinrichtung - Google Patents

Description

• Elektrische überstromschutzeinrichtung Zusatz zur Patentanmeldung S 73079 VIII b / 21 d (Auslegeschrift 1153 115) Gegenstand der Hauptpatentanmeldung S 73097 VIIIb/ 21d 3 ist eine elektrische überstromschutzeinrichtung für empfindliche Wechselstromverbraucher, insbesondere für Stromrichter mit Halbleiterventilen auf der Basis eines Halbleitereinkristalls, bei welcher der Sekundärstromkreis eines vom Laststrom durchflossenen Stromwandlers eine Parallelschaltung eines Spannungsteilerpfades und eines mit Widerstand behafteten Strompfades enthält, der eine induktive Komponente hat, und bei welcher der Abgriff des Spannungsteilers mit der Zündelektrode eines wie ein Stromtor steuerbaren Ventils, insbesondere eines Vierschichtenhalbleiterventils, verbunden ist, das dem Spannungsteiler parallel geschaltet ist, und dessen Arbeitsstromkreis ein Auslöseglied für einen Hauptstromschalter enthält.
• Eine derartige überstromschutzeinrichtung kann vorteilhaft zur Betätigung von Kurzschließern verwendet werden, deren Auslösespulen vom Arbeitsstrom des Halbleiterventils erregt werden. Zur Betätigung derartiger Spulen, insbesondere einer Reihenschaltung solcher Spulen bei gleichzeitiger Auslösung mehrerer Schalter, sind verhältnismäßig große Wandlerströme erforderlich. Damit nun nach der Zündung des Halbleiterventils der Strom im Widerstandspfad klein gehalten werden kann gegenüber dem Strom im Auslöserkreis, muß der Widerstandspfad hochohmig gewählt werden im Vergleich zum Widerstand des Auslöserkreises. Ein hochohmiger Widerstandpfad erfordert jedoch eine entsprechend große Wandlerleistung.
• Diese Schwierigkeit kann erfindungsgemäß dadurch weitgehend beseitigt werden, daß der Widerstandspfad einen nichtlinearen Widerstand enthält. Als nichtlineare Widerstände sind vorzugsweise solche Widerstände geeignet, deren Kennliniensteilheit sich bei einem vorbestimmten Spannungswert erheblich vergrößert, d. h. die einen Knick in ihrer Kennlinie aufweisen. Solche Widerstände sind beispielsweise Halbleiterventile. Der Widerstand wird so gewählt, daß der Arbeitspunkt des Widerstandspfades vor dem Zünden des steuerbaren Ventils im Bereich großer Stromsteilheit und nach dem Zünden im Bereich kleiner Steilheit, vorzugsweise mit wenigstens annähernd Strom Null liegt. Dann fließt nach der Zündung nahezu der gesamte Wandlerstrom durch den Auslöserkreis.
• Ein Ausführungsbeispiel einer Schutzeinrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.
• Fig. 1 zeigt die Schaltung einer derartigen Einrichtung; in Fig. 2 ist eine Strom-Spannungskennlinie der Einrichtung nach Fig. 1 dargestellt.
• Eine Drehstromleitung mit den Phasen R, S und T, die beispielsweise eine Zuleitung eines Stromrichters sein kann, enthält einen Stromwandler in V-Schaltung mit den beiden Sekundärwicklungen 2 und 3. Die Wandlerwicklungen 2 und 3 speisen einen Hilfsgleichrichter 4 in Drehstrombrückenschaltung mit je einem der Ventile 5 und 6 in jedem Brückenzweig. Der Lastkreis des Hilfsgleichrichters 4 enthält eine Bürde, die aus der Parallelschaltung eines veränderbaren Spannungsteilers 10 und eines Widerstandspfades besteht, der eine ohmsche Widerstandskomponente 7, eine induktive Komponente 8 und eine Reihenschaltung von vier Schwellwertgleichrichtem 9 enthält. Der Bürde ist ein Auslöserkreis mit einer Reihenschaltung von zwei Auslösespulen 13 und 14 für je einen Hauptstromschalter und einem wie ein Stromtor zündbaren Halbleiterventil 12 parallel geschaltet. Die Zündelektrode des Halbleiterventils 12 ist über eine Zenerdiode11 mit :dem Abgriff des Spannungsteilers 10 verbunden. An Stelle der Schwellwertgleichrichter 9, :die vorzugsweise für verhältnismäßig große Wandlerströme geeignet sind, können beispielsweise auch eine oder mehrere Zenerdioden vorgesehen sein. Der Widerstand des Spannungsteilers 10 wird im Vergleich zum Widerstandspfad sehr groß gewählt, so daß der Strom im Spannungsteiler 10 gegenüber dem Strom im Widerstandspfad vernachlässigbar klein ist, insbesondere solange der Auslöserkreis stromlos ist. Der Abgriff des Spannungsteilers 10 wird so eingestellt, daß bei einem vorbestimmten Strom in der Drehstromleitung, beispielsweise dem zweifachen Nennstrom, die Ansprechspannung der Zenerdiode 11 erreicht wird. Das Halbleiterventil 12 wird gezündet, der Widerstand des Auslöserkreises sinkt auf einen geringen Wert und übernimmt einen entsprechenden Teil des Stromes der Wandlerbürde. Die Anzahl der Schwellwertgleichrichter 9 ist so gewählt, daß der nach der Zündung des Ventils 12 in der Bürde sinkende Strom den Arbeitspunkt der Kennlinie der Bürde in den Bereich mit kleinem Strom verlagert, so daß nahezu der gesamte Wandlerstrom durch den Auslöserkreis fließt. Da der Unterschied des Schwellspannungsabfalles vor der Zündung des Ventils 12 zum Spannungsabfall im Auslöserkreis nach der Zündung nur gering zu sein braucht, so ist auch die erforderliche Wandlerleistung, die nach der Bürde ausgelegt wird, nur unwesentlich größer als die nach der Zündung des Ventils 12 erforderliche Leistung.
• In der Strom-Spannungs-Kennlinie nach Fig. 2 ist die Kennlinie der Bürde mit a, die Kennlinie des Auslöserkreises mit b und. diejenige der Parallelschaltung von Bürde und Auslöserkreis mit c bezeichnet. Bei Nennstrom J" in der Drehstromleitung und der Spannung Ui im Lastkreis. des Hilfsgleichrichters 4 liegt der Arbeitspunkt A1 der Einrichtung im Bereich des steilen Anstieges der Kennlinie a der Bürde. Steigt der Strom, so wandert der Arbeitspunkt nach oben bis im ArbeitspunktA2, beispielsweise beim doppelten Nennstrom J2 und der Spannung U2 im Auslöserkreis, daß Ventil 12 gezündet wird. Dann verteilt sich der Gesamtstrom auf die Parallelschaltung von Bürde und Auslöserkreis und die Spannung sinkt auf den Wert U3, der unter der Schwellspannung U; der Reihenschaltung der Schwellwertgleichrichter 9 liegt. Demzufolge ist der entsprechend dem Arbeitspunkt A3 auf die Bürde entfallende Stromanteil J3 vernachlässigbar klein gegenüber dem Strom J.,4. im Auslöserkreis entsprechend dem Arbeitspunkt A4 auf der Kennlinie b.
• Wirkt die Schutzeinrichtung beispielsweise bei Stromrichtern mit Halbleiterventilen auf eine Kurzschließvorrichtung, so kann bei Anordnung der Stromwandler 2 und 3 vor dem Kurzschließer der Wandlerstrom bis zur Auslösung des Wechselstromschalters stark ansteigen.. Die Spannung im Lastkreis des Hilfsgleichrichters 4 kann dann so groß werden, daß die Schwellspannung der Schwellwertgleichrichter 9 wieder überschritten wird. Damit verlagert sich der Arbeitspunkt der Schweliwertgleichrichter 9 wieder in den Bereich der Kennlinie mit großer Steilheit. Die Bürde übernimmt einen Teil des Wandlerstromes und entlastet damit den Auslöserkreis, insbesondere das Halbleiterventil 12. Wegen der steilen Kennlinie a der Bürde nimmt mit ansteigendem Bürdenstrom die Bürdenspannung nur geringfügig zu, so daß auch der Steuerstrom des Halbleiterventils 12 auf einen zulässigen Wert begrenzt und die Zenerdiode 11 vor überlastung geschützt ist.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische überstromschutzeinrichtung für empfindliche Wechselstromverbraucher, insbesondere für Stromrichter mit Halbleiterventilen auf der Basis eines Halbleitereinkristalls, bei welcher der Sekundärstromkreis eines vom Laststrom durchflossenen Stromwandlers eine Parallelschaltung eines Spannungsteilerpfades und eines mit Widerstand behafteten Strompfades enthält, der eine induktive Komponente hat; und bei welcher der Abgriff des Spannungsteilers mit der Zündelektrode eines wie ein Stromtor steuerbaren Ventils, insbesondere eines Vierschichtenhalbleiterventils, verbunden ist, welches dem Spannungsteiler parallel geschaltet ist, und dessen Arbeitsstromkreis ein Auslöseglied für einen Hauptstromschalter enthält, nach Patentanmeldung S 73097 VIIIb/21d3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandspfad einen nichtlinearen Widerstand enthält.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand aus einer Reihenschaltung von Schwellwertgleichrichtern oder Zenerdioden besteht.