DE1160092B

DE1160092B - Electrical overcurrent protection device

Info

Publication number: DE1160092B
Application number: DES77796A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ernst Lux
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-01-31
Filing date: 1962-01-31
Publication date: 1963-12-27

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.Electrical overcurrent protection device Addendum to patent application S 73079 VIII b / 21 d (Auslegeschrift 1153 115) The subject of the main patent application S 73097 VIIIb / 21d 3 is an electrical overcurrent protection device for sensitive AC consumers, in particular for converters with semiconductor valves based on a single semiconductor crystal, in which the secondary circuit of a The current transformer through which the load current flows contains a parallel connection of a voltage divider path and a current path with a resistance, which has an inductive component, and in which the tap of the voltage divider is connected to the ignition electrode of a valve that can be controlled like a current gate, in particular a four-layer semiconductor valve, which is parallel to the voltage divider is switched, and the working circuit contains a trigger element for a main power switch.

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.Such an overcurrent protection device can be advantageous for actuation are used by short-circuiters, whose tripping coils from the working current of the semiconductor valve get excited. For actuating such coils, in particular a series connection such coils with simultaneous triggering of several switches are proportionate large transformer currents required. So now after the ignition of the semiconductor valve the current in the resistance path can be kept small compared to the current in the trigger circuit, the resistance path must be selected to be high in comparison to the resistance of the Trigger circuit. However, a high resistance path requires one accordingly large converter power.

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.According to the invention, this difficulty can thereby be largely eliminated become that the resistance path contains a non-linear resistance. As nonlinear Resistors are preferably those resistors whose characteristic curve steepness increases significantly at a predetermined voltage value, d. H. the one Show a kink in their characteristic curve. Such resistors are, for example, semiconductor valves. The resistance is chosen so that the working point of the resistance path before the Ignition of the controllable valve in the area of great current steepness and after ignition is in the range of small steepness, preferably with at least approximately zero current. Then, after ignition, almost the entire converter current flows through the trigger circuit.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schutzeinrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.An embodiment of a protective device according to the invention is illustrated in the drawing.

Fig. 1 zeigt die Schaltung einer derartigen Einrichtung; in Fig. 2 ist eine Strom-Spannungskennlinie der Einrichtung nach Fig. 1 dargestellt.Fig. 1 shows the circuit of such a device; in Fig. 2 a current-voltage characteristic curve of the device according to FIG. 1 is shown.

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.A three-phase line with phases R, S and T, for example can be a feed line of a power converter, contains a current transformer in V-connection with the two secondary windings 2 and 3. Feed the transformer windings 2 and 3 an auxiliary rectifier 4 in a three-phase bridge circuit, each with one of the valves 5 and 6 in each bridge branch. The load circuit of the auxiliary rectifier 4 contains a Burden resulting from the parallel connection of a variable voltage divider 10 and a resistance path consists of an ohmic resistance component 7, a inductive component 8 and a series connection of four threshold rectifiers 9 contains. The burden is a trip circuit with a series connection of two trip coils 13 and 14 each for a main power switch and a semiconductor valve that can be ignited like a power gate 12 connected in parallel. The ignition electrode of the semiconductor valve 12 is via a Zener diode11 with: the tap of the voltage divider 10 connected. Instead of the threshold rectifier 9,: which are preferably suitable for relatively large converter currents For example, one or more Zener diodes can also be provided. The resistance of the voltage divider 10 is chosen to be very large compared to the resistance path, so that the current in the voltage divider 10 is negligible compared to the current in the resistance path is small, especially as long as the trigger circuit is de-energized. The tap of the Voltage divider 10 is set so that at a predetermined current in the three-phase line, for example twice the nominal current, the response voltage the zener diode 11 is reached. The semiconductor valve 12 is ignited, the resistor of the trigger circuit sinks to a low value and takes over a corresponding one Part of the current of the converter burden. The number of threshold rectifiers is 9 chosen so that after the ignition of the valve 12 in the load falling current relocates the operating point of the load characteristic curve to the area with a low current, so that almost all of the transformer current flows through the trigger circuit. Because the difference the threshold voltage drop before the ignition of the valve 12 to the voltage drop only needs to be small in the trigger circuit after ignition, so is the required one Converter power, which is designed according to the burden, is only slightly greater than the power required after valve 12 has been ignited.

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.In the current-voltage characteristic curve according to FIG. 2, the characteristic curve is the Load with a, the characteristic curve of the trigger circuit with b and. that of the parallel connection of the load and the trigger circuit are designated with c. With rated current J "in the three-phase line and the voltage Ui in the load circuit. of the auxiliary rectifier 4 is the operating point A1 of the device in the area of the steep rise in characteristic curve a of the burden. Increases the current, the working point moves up to working point A2, for example at twice the nominal current J2 and the voltage U2 in the trigger circuit, valve 12 is ignited. Then the total current is distributed over the parallel connection of Load and trigger circuit and the voltage drops to the value U3, which is below the threshold voltage U; the series connection of the threshold value rectifier 9 lies. Hence the According to the operating point A3, the current portion J3 allotted to the load is negligible small compared to the river J., 4. in the trigger circuit according to the working point A4 on the characteristic 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.Does the protective device work, for example, on converters with semiconductor valves on a short-circuiting device, then with the arrangement of the current transformers 2 and 3 before the short-circuiter is the transformer current until the AC switch is triggered increase sharply .. The voltage in the load circuit of the auxiliary rectifier 4 can then become so great that the threshold voltage of the threshold rectifier 9 is exceeded again will. The operating point of the threshold rectifier 9 is thus shifted again in the area of the characteristic with great steepness. The burden takes on part of the converter current and thus relieves the trigger circuit, in particular the semiconductor valve 12. Because of the steep characteristic curve a of the load, the The burden voltage only increases slightly, so that the control current of the semiconductor valve 12 is limited to a permissible value and the Zener diode 11 is protected from overload is.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical overcurrent protection device for sensitive AC consumers, in particular for converters with semiconductor valves the base of a semiconductor single crystal, in which the secondary circuit is a The current transformer through which the load current flows is a parallel connection of a voltage divider path and a resistive current path that includes an inductive component Has; and in which the tap of the voltage divider with the ignition electrode one like a Stromtor controllable valve, in particular a four-layer semiconductor valve, is connected, which is connected in parallel to the voltage divider, and its working circuit contains a trigger element for a main power switch, according to patent application S 73097 VIIIb / 21d3, characterized in that the resistance path is a non-linear Contains resistance.

2. Device according to claim 1,. Characterized in that the non-linear resistance from a series connection of threshold value rectifiers or Zener diodes.