Elektrische überstronischutzeinrichtung für empfindliche Wechselstromverbraucher
Zusatz zum Patent: 1153 115
Gegenstand des Hauptpatentes 1153 115
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 Spannungstellers mit der Zündelektrode eines wie ein Stromtor steuerbaren Ventils,
insbesondere einer Vierschichten-Halbleitertriode, verbunden ist, welches dem Spannungsteiler
parallel geschaltet ist, und dessen Arbeitsstromkreis ein Auslöseglied für einen
Hauptstromschalter enthält. Die Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte weitere
Ausgestaltung einer derartigen Einrichtung und besteht darin, daß der Stromwandler
im Gleichstromlastkreis angeordnet ist.Electrical overcurrent protection device for sensitive alternating current consumers Addition to the patent: 1153 115 The subject of the main patent 1 153 115 is an electrical overcurrent protection device for sensitive alternating current consumers, in particular for converters with semiconductor valves on the basis of a semiconductor single crystal, in which the secondary circuit of a current transformer through which the load current flows is a parallel connection of a voltage divider path and contains a resistive current path, which has an inductive component, and in which the tap of the voltage regulator is connected to the ignition electrode of a valve controllable like a current gate, in particular a four-layer semiconductor triode, which is connected in parallel to the voltage divider, and its working circuit Includes trip element for a main power switch. The invention relates to a particularly advantageous further embodiment of such a device and consists in that the current transformer is arranged in the direct current load circuit.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß nur ein Wandler erforderlich
ist und daß die Feldverhältnisse einwandfrei zu beherrschen sind. Als Stromwandler
kann beispielsweise ein Hochstromjoch mit einem Hallgenerator oder ein Meßwandler
mit zwei Ringkemen mit rechteckiger Magnetisierungsschleife, die von einem Hilfswechselstrom
relativ zu ihrer Gleichstrommagnetisierung gegensinnig erregt sind und deren Magnetisierungsstrom
ein Maß für den Gleichstrom ist, verwendet werden.This arrangement has the advantage that only one converter is required
and that the field conditions can be controlled properly. As a current transformer
can, for example, be a high-current yoke with a Hall generator or a transducer
with two toroidal cores with a rectangular magnetizing loop powered by an auxiliary alternating current
are excited in opposite directions relative to their direct current magnetization and their magnetizing current
is a measure of the direct current can be used.
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.
Ein Stromrichter 2 in Drehstrombrückenschaltung enthält in jedem Brückenzweig
eine Reihenschaltung eines Halbleiterventils 3, beispielsweise einer Siliziumzelle,
und einer Sicherung 4. An Stelle der Ventile 3
können beispielsweise auch
steuerbare Halbleiterventile beispielsweise Vierschicht-Halbleiterventile, vorgesehen
sein. Im Gleichstromkreis ist ein Verbraucher, der beispielsweise aus einer Reihenschaltung
eines ohmschen Widerstandes 5 mit einer Induktivität 6 bestehen soll,
und ein Gleichstromwandler 7
angeordnet. Der Gleichstromwandler besteht aus
zwei Ringkernen 8 und 9, die je mit einer Wechselstromwicklung
10 bzw. 11 versehen sind. Die Ringkeine 8 und 9 können
vorteilhaft als Schnittbandkeine ausgeführt sein und eine mindestens annähernd rechteckige
Magnetisierungsschleife haben. Der Stromrichter ist über einen Transformator mit
der Sekundärwicklung 14 und der Primärwicklung 15
und einen Leistungsschalter
16 an ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S und T angeschlossen.
Auf der Sekundärseite des Transformators ist eine Kurzschließvorrichtung 12 mit
einer Fernauslösevorrichtung 13 vorgesehen. Für große Kurzschlußströme können
auch mehrere Kurzschließvorrichtungen parallel geschaltet sein. Die Wicklungen
10 und 11
der Wandlerkerne 8 bzw. 9 sind so mit einem
Pol einer Wechselspannungsquelle 20 und einem Hilfsgleichrichter 21 verbunden, daß
beide Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind (Krämerschaltung).
In den Wandlerkernen 8 und 9 wird der Fluß des Wechselstromes I, dem
Fluß des Gleichstromes Il überlagert. In jeder Halbperiode der Wechselspan nung
sind Wechselfluß und Gleichfluß in einem der Keine einander entgegengerichtet und
im anderen Kein gleichgerichtet, so daß in dem einen Kein die Gleichstrommagnetisierung
des Primärstromes 1, durch eine gleich große Wechselstrommagnetisierung kompensiert
wird und in dem zweiten sich die Flüsse summieren. Die Summierung bleibt jedoch-
ohne besondere Wirkung, weil eine Induktionserhöhung wegen der Sättigung des Wandlerkerneisens
nicht mehr möglich ist. Es bildet somit jeder Ring nur eine Flußhalbwelle aus, und
der aufgenommene Magnetisierungsstrom, dessen Höchstwert gleichzeitig auch sein
Effektivwert ist, entspricht, mit der Windungszahl der Wechselstromwicklung multipliziert,
der Gleichstrommagnetisierung und ist deshalb ein Maß für den Primärstrom Il. Der
Wechselstrom der Spannungsquelle 20 wird im Hilfsgleichrichter 21 in Brückenschaltung,
der in jedem Brückenzweig ein Ventil 22, beispielsweise eine Siliziumgleichrichterzelle,
enthält, gleichgerichtet und
einem veränderbaren Spannungsteiler
zugeführt, der aus der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes25 und einer
Induktivität24 bestehen kann. Der Abgriff des Spannungsteilers ist über einen spannungsabhängigen
Widerstand28, der vorteilhaft eine Zenerdiode sein kann, mit der Zündelektrode eines
wie ein Stromtor steuerbaren Halbleiterventils 29, beispielsweise einer Vierschichtentriode,
welche dem Spannungsteiler parallel geschaltet ist, verbunden. Der spannungsabhängige
Widerstand28 hat lediglich den Zündstrom der Vierschichtentriode29 zu führen und
braucht deshalb nur für eine verhältnismäßig geringe Stromstärke ausgelegt zu werden.
In Reihe mit dem Halbleiterventil 29 ist ein Auslösungsglied 30 eines
Hauptstromschalters angeordnet, das zur Betätigung der Fernauslösevorrichtung
13 des Kurzschließers 12 vorgesehen ist. Das Auslöseglied 30 kann
aber auch zur Betätigung eines anderen Hauptstromschalters, beispielsweise des Drehstromschalters
16, vorgesehen sein. Die Auslösung eines Phasenkurzschließers hat jedoch
den Vorteil der geringeren Auslösezeit, weil der Schaltverzug eines Kurzschließers
erheblich geringer ist als beispielsweise diejenige eines Leistungsschalters entsprechender
Größe.A power converter 2 in three-phase bridge circuit comprises in each branch of the bridge, a series circuit of a semiconductor valve 3, for example of a silicon cell, and a fuse 4. In place of the valves 3 may for example also controllable semiconductor valves, for example, four-layer semiconductor valves may be provided. In the direct current circuit, a consumer, which is to consist, for example, of a series connection of an ohmic resistor 5 with an inductance 6 , and a direct current converter 7 are arranged. The direct current converter consists of two toroidal cores 8 and 9, which are each provided with an alternating current winding 10 and 11 , respectively. The ring lines 8 and 9 can advantageously be designed as cut band lines and have an at least approximately rectangular magnetization loop. The converter is connected to a three-phase network with the phases R, S and T via a transformer with the secondary winding 14 and the primary winding 15 and a circuit breaker 16. A short-circuiting device 12 with a remote release device 13 is provided on the secondary side of the transformer. For large short-circuit currents, several short-circuit devices can also be connected in parallel. The windings 10 and 11 of the converter cores 8 and 9 are connected to one pole of an alternating voltage source 20 and an auxiliary rectifier 21 that both windings are connected in series with opposite winding directions (Krämer circuit). In the converter cores 8 and 9 , the flow of the alternating current I is superimposed on the flow of the direct current II. In each half cycle of the alternating voltage, alternating flux and direct flux are oppositely directed in one of the none and rectified in the other none, so that in one none the direct current magnetization of the primary current 1 is compensated by an equally large alternating current magnetization and in the second the fluxes add up. The summation, however, has no particular effect because an increase in induction is no longer possible due to the saturation of the transformer core iron. Each ring thus forms only one flux half-wave, and the recorded magnetization current, the maximum value of which is also its effective value, corresponds, multiplied by the number of turns of the alternating current winding, to the direct current magnetization and is therefore a measure of the primary current II. The alternating current of the voltage source 20 is rectified in the auxiliary rectifier 21 in a bridge circuit, which contains a valve 22, for example a silicon rectifier cell, in each bridge branch and fed to a variable voltage divider, which can consist of the parallel connection of an ohmic resistor25 and an inductor24. The tap of the voltage divider is connected via a voltage-dependent resistor 28, which can advantageously be a Zener diode, to the ignition electrode of a semiconductor valve 29 that can be controlled like a current gate, for example a four-layer triode, which is connected in parallel to the voltage divider. The voltage-dependent resistor28 only has to carry the ignition current of the four-layer triode29 and therefore only needs to be designed for a relatively low current intensity. In series with the semiconductor valve 29 , a release element 30 of a main current switch is arranged, which is provided for actuating the remote release device 13 of the short-circuiter 12. The trigger element 30 can, however, also be provided for actuating another main current switch, for example the three-phase switch 16 . The tripping of a phase short-circuiter, however, has the advantage of a shorter tripping time, because the switching delay of a short-circuiter is considerably less than, for example, that of a circuit breaker of a corresponding size.
An Stelle der beschriebenen Wandleranordnung in Krämerschaltung kann
auch ein die Gleichstromleitung umfassendes Hochstrornjoch mit einem in dessen Luftspalt
angeordneten Hallgenerator verwendet werden, was beispielsweise zur laufenden Stromanzeige
mittels eines Meßinstrumentes verwendbar ist, das im Ausgangskreis des Hallgenerators
mit der Auslösespule in Reihe geschaltet sein kann.Instead of the described converter arrangement in a Kramer circuit
also a Hochstrornjoch encompassing the direct current line with an air gap in its air gap
arranged Hall generator can be used, for example for the current current display
can be used by means of a measuring instrument in the output circuit of the Hall generator
can be connected in series with the trip coil.