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Anordnung zum Betrieb von Stromrichterschaltungen mit
Halbleiterventilen
Im Stammpatent Nr. 197493 sind Strolmichterschaltungen aus Halbleiterventilen bzw. Flächengleichrichtern mit p-n-Übergang beschrieben, in welchen zur Beherrschung der nachteiligen Erscheinungen, die sich in einer solchen Anlage bei der Kommutierung zweier Ventile zufolge des Trägerstaueffektes an den einzelnen Halbleiterventilen in Form von unerwünschten Spannungsspitzen oder von unerwünschten thermischen Belastungen ergeben können, den Ventilanordnungen besondere Hilfsschaltungsglieder parallelgeschaltet sind.
Diese Parallelschaltung von Hilfsschaltungsgliedern kann dabei nach den Vorschlägen dieses Patentes an dem einzelnen Gleichrichterelement oder bei einer Reihenschaltung, einer Parallelschaltung oder einer Reihenparallelschaltung an der gesamten Ventilanordnung erfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Erkenntnis zu Grunde, dass es in einer Weiterbildung des Gegenstandes des Stammpatentes technisch vorteilhaft sein kann, bei einer Reihenschaltung oder einer Reihenparallelschaltung solcher Halbleiterelemente sowohl dem einzelnen Halbleiterventil einer Reihenschaltung als auch in Reihe liegenden Gruppen von Ventilen derselben oder bzw. und der Ventilfolge der gesamten Reihenschaltung der Ventilanordnung solche Schaltungsglieder parallelzuschalten, welche zur Beherrschung der nachteiligen Folgeerscheinungen des Trägerstaueffektes dienen, auf die ihrem Wesen nach oben hingewiesen worden ist.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Ausführungsbeispiele nach den Figuren der Zeichnung Bezug genommen. In Fig. l ist zunächst nochmals eine Schaltung in Form einer Sternpunktschaltung gezeigt, welche von einem dreiphasigen Netz gespeist wird und wobei die Ventilanordnung in jeder Phase des Systems aus mehreren in Reihe geschalteten Ventilen besteht, um auf diese Weise eine höhere Sperrspannung beherrschen zu können, als sie ein Ventil allein zu übernehmen in der Lage wäre.
In dieser Figur bezeichnet 1 einen Transformator. Dieser ist primärseitig mit seinen Wicklungen 2,3 und 4 an die Phasen RST des Wechselstromnctzes angeschlossen.
Von den Sekundärwicklungen 5,6 und 7 des Transformators 1 wird über die Einrichtungen 8, 9 und 10, welche zunächst einfach als durchgehende Leitungen angenommen werden mögen, sowie die Reihenschaltungen von Halbleiterventilen 11, 12 und 13 die Last 15 gespeist, mit welcher in Reihe noch die Drossel 14 liegt.
Jede der Ventilanordnungen 11, 12 und 13 besteht aus einer Reihenschaltung dreier Ventile a, b und c. Um die bei einer Kommutierung zweier Ventilanordnungen auftretenden Erscheinungen des Trägerstau- effektes und die in Verbindung mit diesen auftretenden Spannungsspitzen sowie eventuell unerwünschten thermischen Belastungen der Ventilanordnungen zu beherrschen, ist in dieser Schaltung jeder der Ventilanordnungen 11-13 eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 16 und einem Widerstand 17 parallelge-
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Diese Parallelschaltungden Ventilanordnungen 11 und 12 der Einfachheit halber nur durch die gesrrichelteEintragung von Stücken der Verbindungsleitungen zu den parallel geschalteten Hilfsschaltungsgliedern angedeutet ist.
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dern 16 und 17 in Fig. 1 jeweils der gesamten Ventilanordnung, wie z. B. 13, parallel geschaltet veran- schaulicht ist, kann nach dem Vorschlag des Stammpatentes auch eine solche treten, wonach dem einzelnen Halbleiterventil, also jedem der Elemente a, b und c je eine solche entsprechende Reihenschaltung
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parallel geschaltet ist. Wohlbemerkt kommt es dabei nicht auf eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand an. Es kann für die Zwecke der Parallelschaltung zu den Ventilen jeweils eine solche der verschiedenen Schaltungen benutzt werden, wie sie bereits im Stammpatent angegeben worden sind.
Nach dem Wesen der vorliegenden Erfindung wird nun, wie es die weiteren nur ausschnittweisen beispielsweisen Darstellungen nach den Fig. 2-5 veranschaulichen, nicht nur eine Parallelschaltung zu dem einzelnen Ventil, sondern auch zu der gesamten Reihenschaltung der aus mehreren Einzelventilen bestehenden Ventilanordnung oder zu Gruppen der in Reihe liegenden Ventile vorgenommen. Jede dieser Fig. 2-5 ist, wie angedeutet. gewissermassen ein Ausschnitt einer Gesamtschaltung, z. B. nach Fig. l in Form der Ventilanordnung 13 mit den entsprechenden parallelgeschalteten Hilfselementen.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist jedem der Ventile a, b und c je ein Kondensator 18, 19 bzw.
20 parallel geschaltet. Der gesamten Reihenschaltung der Ventile a - c ist die Reihenschaltung aus dem Kondensator 16 und dem Widerstand 17 parallel geschaltet.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist jedem einzelnen der Halbleiterventile a - c statt eines Kondensators eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand parallel geschaltet. Der Kondensator kann sowohl in Fig. 3 als auch in Fig. 2 in Reihe mit einem ohmschen Widerstand als Zweig der Parallelschaltung benutzt werden. Soweit in Fig. 3 wieder die gleichen Schaltungselemente vorhanden sind wie in Fig. 2, sind für diese Schaltungselemente der Einfachheit halber unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden.
Diese Schaltungsanordnung ist also ergänzt worden durch die Widerstände 21 - 23. Durch eine solche Schaltung wird, wie es bereits im Stammpatent des näheren erläutert worden ist, erreicht, dass der einzelne je einem Halbleiterelement parallel geschaltete Kondensator sich in der Sperrphase des Halbleiterelementes über den ihm parallel liegenden Widerstand wieder entladen kann, u. zw. bis auf denjenigen anteiligen Spannungswert, der als Spannungsabfall an dem einzelnen der in Reihe geschalteten Widerstände 21 - 23, bezogen auf die gesamte an der Reihenschaltung der Ventile liegenden Sperrspannung, entsteht.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, nach welcher in der Ventilaordnung jeder Phase statt einer Reihenschaltung aus drei Halbleiterventilen eine solche aus sechs Halblei-
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Betriebsspannung gewählt worden ist.
Für die Reihenschaltung der Ventile a - c und die ihnen parallel geschalteten Hilfselemente, welche bereits in der Schaltung nach Fig. 3 vorhanden waren, sind der Einfachheit halber in Fig. 4 wieder unmittelbar die gleichen Bezugszeichen an den einzelnen Teilen wie in Fig. 3 beibehalten worden. Den Ventilen d - f ist je eine der Parallelschaltungen aus je einem Kondensator und je einem ohmschen Widerstand
24 und 25 bzw. 26 und 27 bzw. 28 und 29 parallel geschaltet. Insoweit die Schaltung bisher besprochen worden ist, liegt also ein gleichartiger Aufbau wie nach Fig. 3 vor. In der Fig. 3 war nun der gesamten Ventilanordnung eine Reihenschaltung aus dem Kondensator 16 und dem Widerstand 17 parallel geschaltet.
Eine solche Anordnung kann aber bei einer Reihenschaltung einer grösseren Anzahl von Ventilen zu aufwendigen Kondensatoren führen, wenn diese in Form einer einzigen Einheit für die Gesamtspannung bereitgestellt werden sollen. Es ergibt sich daher eine einfachere Lösung, wenn für eine Parallelschaltung von Hilfselementen zu der gesamten Reihe der Halbleiterventile statt eines einzigen Kondensators eine Reihenschaltung mehrerer, z. B. zweier Kondensatoren, benutzt wird. Soll diese Parallelschaltung zweier in Reihe geschalteter Kondensatoren den gleichen Kapazitätswert wie der frühere einzige Kondensator ergeben, so ist sinngemäss jede der beiden in Reihe geschalteten Kapazitäten mit dem doppelten Kapazitätswert jenes einzigen Kondensators zu bemessen.
In der Darstellung nach Fig. 4 ist in diesem Sinne die Kapazität 16 nach Fig. 3 durch die in Reihe liegenden beiden Kapazitäten 30 und 31 ersetzt worden. In Reihe mit dem Kondensator 31 ist dabei der Widerstand 17 beibehalten worden, der, wie es bereits in dem Stammpatent erläutert worden ist, die Funktion einer Dämpfung von auftretenden Schwingungen erfüllen kann. Damit die beiden Kondensatoren 30 und 31 sich jeweils in der Sperrphase der Ventilanordnung wieder auf einen gleichen anteiligen Wert an der gesamten Betriebsspannung bzw. Sperrspannung der Ventilanordnung entladen können, istnoch die Parallelschaltung aus den Widerständen 32 und 33 vorgesehen-Zwischen die verbindungsleitung der Kondensatoren 30 und 31 sowie die Verbindungsleitung der Widerstände 32, 33istnoch eine Querverbindung 34 eingeschaltet.
Auf diese weise liegt der Widerstand 32 parallel zu der Reihenschaltung aus dem Kondensator 30 und dem Widerstand 17. Der Widerstand 33 liegt parallel zum Kondensator 31.
In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind wieder sechs Ventilelemente a-f vorhanden.
Jedem dieser Elemente ist jeweils in Übereinstimmung mit der Schaltung nach Fig. 4 je eine Parallelschaltung aus je einem der Kondensatoren 18 - 20, 24,26 und 28 und je einem der ohmschen Wider-
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stände 21 - 23, 25,27 und 29 parallel geschaltet, wenn für diesen Teil der Schaltung, der mit der Fig. 4 übereinstimmt, der Einfachheit halber wieder an den einzelnen Schaltungselementen unmittelbar die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 beibehalten werden. Eine neue Ausgestaltung hat in dieser Schaltung an denjenigen Elementen stattgefunden, welche der gesamten Ventilanordnung aus der Reihenschaltung der Ventile a-f parallel geschaltet ist.
Wie aus einem Vergleich beider Schaltungen nach den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, ist der gesamten Ventilanordnung nach Fig. 5 nunmehr eine Reihenschaltung aus dem Widerstand 35, dem Kondensator 36, dem Widerstand 37 und dem Kondensator 38 parallel geschaltet. Die Verbindungsleitung zwischen den Kondensatoren 36 und dem ohmschen Widerstand 37 sowLe die verbindungsleitung zwischen den Widerständen 23 und 25 sind durch eine Querverbindung 39 miteinander verbunden. Wie aus dieser Schaltung abgelesen werden kann, liegt der Reihenschaltung aus dem Kondensator 36 und dem Widerstand 35 die Reihenschaltung aus den Widerständen 21 - 23 und der Reihenschaltung aus dem Kondensator 38 und dem Widerstand 37 die Reihenschaltung aus den Widerständen 25,27 und 29 parallel.
Die Funktion, welche die Widerstände 32 und 33 in ihrer Zuordnung zu den Kondensatoren 30 und 31 nach Fig. 4 innehatten, wird nunmehr für die Kondensatoren 36 und 38 bei der Schaltung nach Fig. 5 unmittelbar von den Reihenschaltungen aus den Widerständen 21 -23 bzw. den Reihenschaltungen aus den Widerständen 25, 27 und 29 übernommen. Gleichzeitig ist diese Schaltung ein Beispiel dafür, dass sowohl einzelnen Halbleiterelementen als auch Gruppen oder in Reihe liegenden Halbleiterelementen Hilfsschaltungselemente parallel geschaltet sind.
Die in Fig. l angedeuteten Einrichtungen 8,9 und 10 zwischen den Sekundärwicklungen des Transformators 1 und den Reihenschaltungen aus Halbleiterventilen 11, 12 und 13 können je nach dem verschiedenen Aufbau der elektrischen Anlage entweder, wie zunächst bereits angegeben wurde, einfache durchgehende Leitungen sein oder synchron mit der Frequenz des Wechselstromnetzes gesteuerte Schalter bzw. Regeldrosseln sein, durch welche eine Teilaussteuerung bzw. Phasenanschnitt-Steuerung an der Stromrichteranlage stattfinden kann, so dass also die einzelnen Halbleiterventilanordnungen im Falle dieser Teilaussteuerung erst zu einem späteren Zeitpunkt die Stromführung für die Speisung der Last übernehmen bzw. kommutieren, als es durch die natürliche gegenseitige Ablösung im Schnittpunkt der Kurven der Phasenspannungen des Netzes sonst vorgegeben wäre.
Liegt eine Stromrichteranordnung vor, bei welcher für eine Teilaussteuerung der Stromrichteranordnung an den Stellen der mit 8, 9 und 10 bezeichneten Einrichtungen je ein Schalter benutzt ist, der synchron zur Wechselspannung gesteuert wird, so kann es sich als zweckmässig erweisen, parallel zu der Reihenschaltung aus dem Kondensator 16 und dem Widerstand 17 noch einen ohmschen Widerstand 17a zu schalten, wie er in den Fig. l und 2 gestrichelt eingetragen ist. Dieser erfüllt dann im Zeitraum der Sperrphase der Ventilanordnung die bereits im Hauptpatent angedeutete Funktion eines Entladeweges für den aufgeladenen Kondensator 16.
Die Erfindung kann grundsätzlich bei jeder beliebig aufgebauten Stromrichterschaltung Anwendung finden, also sowohl einer solchen ein-oder mehrphasigen Charakters als auch bei Stromrichterbrückenschaltungen sowie bei Doppelsternschaltungen mit Saugdrossel.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Betrieb von Stromrichterschaltungen mit Halbleiterventilen nach Patent Nr. 197499 bei welcher den Halbleiterelementen oder der einzelnen Ventilanordnung Hilfsschaltungselemente zur Beherrschung von Folgeerscheinungen des an den Ventilen auftretenden Trägerstaueffektes parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen einer Reihenschaltung aus einzelnen Halbleiterventilen sowohl dem einzelnen Halbleiterventil als auch Gruppen von Halbleiterventilen oder allen Ventilen der gesamten Reihenschaltung solche Hilfsschaltungselemente parallel geschaltet sind.