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Thyristorwechselrichter mit Rückarbeitsdioden
Die Erfindung betrifft mit Thyristoren od. ähnl. wirkenden Ventilen arbeitende Wechselrichter mit natürlicher Kommutierung, die mit Rückarbeitsdioden versehen sind und z. B. in Brückenschaltung oder als Parallelwechselrichter ausgeführt sein können, und beseitigt zwei Nachteile, die aus der folgenden
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Zündung wieder stromlos wird. Der umschwingende Strom fliesst nun durch die Rückarbeitsdioden-D und D-. In Reihe mit den Thyristoren sind Dioden --D und D -- geschaltet, die eine Überwachung der Thyristoren ermöglichen. Während einer Halbperiode finden folgende Vorgänge statt :
Nach dem Zünden des Thyristors --T-- übernimmt dieser den Laststrom. Der Laststrom muss innerhalb einer Halbperiode durch Null schwingen.
Sowohl der Thyristor--T 1--als auch die Diode - können kurzzeitig einen Rückstrom führen, bis zunächst die Speicherladung des Thyristors abgebaut ist. Es ist Voraussetzung, dass die Speicherladung des Thyristors kleiner als die Speicherladung der Diode ist. Wenn der Thyristor --T1-- nach Abbau seiner Speicherladung stromlos wird, geht der Laststrom auf die Rückarbeitsdiode-D-über. Über die Diode-D-, die noch in Rückwärtsrichtung
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Die Diode-D-kann diese Spannung ohne weiteres sperren, der Thyristor-T - erhält jedoch eine positive Anodenspannung, die er sperren muss. Dazu ist er nur in der Lage, wenn die vorher anliegende negative Spannung länger vorhanden war, als der Freiwerdezeit des Thyristors entspricht.
Die Spannungsänderung an der Kathode des Thyristors--T 1--zum Potential des negativen Gleichspannungspoles ist der Beweis, dass die Löschung des Thyristors richtig erfolgt ist. Durch eine logische Schaltung wird dieser Zustand überprüft und die Zündung des Thyristors--T 2--freigegeben. Durch die Überwachung wird verhindert, dass ein Thyristor gezündet wird, während der andere noch nicht einwandfrei gesperrt ist.
Die eben in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise beschriebene Schaltung hat unter anderem folgende zwei Nachteile. Einer davon ist der, dass bei der niedrigen negativen Anodenspannung des Thyristors nach seinem Stromloswerden die Freiwerdezeit relativ lang wird und daher die Bedingung, dass der Abbau der Speicherladung der Diode-D-länger dauert als die Freiwerdezeit, schwer zu erfüllen ist. Ausserdem wird die erreichbare Maximalfrequenz begrenzt. Ein weiterer Nachteil ist der, dass beim Zünden eines Thyristors der Laststrom ohne Anstiegsbegrenzung sofort übernommen wird.
Gegenstand der Erfindung, die die genannten beiden Nachteile vermeidet, ist ein mit Thyristoren
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oder andern steuerbaren, jedoch nur im stromlosen Zustand sperrbaren Ventilen arbeitender Wechselrichter mit natürlicher Stromkommutierung und mit Rückarbeitsdioden, bei welcher direkte Kommutierungen des Stromes von einer Rückarbeitsdiode zu einem steuerbaren Ventil und umgekehrt stattfinden, mit dem besonderen Merkmal, dass in Serienschaltung mit den Rückarbeitsdioden, u. zw. vorzugs- weise im gemeinsamen Strompfad zweier abwechselnd arbeitender Rückarbeitsdioden Drosseln bzw. eine Drossel liegen bzw. liegt.
Durch diese Drossel (n) wird bei Stromumkehr im Laststromkreis eine negative Anodenspannung an die Thyristoren gebracht und beim Zünden der Thyristoren der Stromanstieg (di/dt) begrenzt.
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ssen Sperrspannung ist natürlich, dass die Steilheit (di/dt) des durch die Rückarbeitsdiode fliessenden Stromes nicht zu gering ist. Dieselbe Drossel begrenzt beim Zünden des Thyristors--T 2--den Anstieg (di/dt) des Thyristorstromes. Dies erklärt sich folgendermassen :
Der Laststrom kann während der Zeit der Stromübemahme durch den Thyristor-T-als annähernd konstant angenommen werden. Er ist gleich der Summe der Ströme durch den Thyristor-Tund die Diode-D-. Da der Diodenstrom mit der Steilheit di/dt = U/L abklingt, kann also der Thyristorstrom nur mit dieser Steilheit ansteigen.
Der mögliche Kleinstwert der Induktivität ergibt sich aus der zulässigen Stromsteilheit. Um eine grössere Sperrspannung am Thyristor bei Stromumkehr zu erzielen, kann es aber notwendig sein, einen grösseren Induktivitätswert vorzusehen. Da die am zu sperrenden Thyristor auftretende Sperrspannung am zweiten Thyristor als Spannungserhöhung auftritt, darf die Induktivität auch nicht zu gross sein.
Bei obiger Schaltung ist vorausgesetzt, dass entweder die Spannungsquelle geteilt und die Last gegen den Mittelpunkt der Spannungsquelle geschaltet ist, oder dass die Last mit Serienkondensator gegen einen Gleichspannungspol geschaltet wird. Zwei der angegebenen Schaltungen können zu einer Brückenschaltung vereinigt werden, wobei die Last zwischen den beiden Wechselspannungsausgängen liegt. Die Lastspannung ist dann doppelt so gross.
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die aber für einen grösseren Effektivstrom ausgelegt werden muss, u. zw. für einen lu-mal so grossen.
Die Schaltung nach Fig. 3 mit nur einer Drosselspule ergibt nicht nur eine Verringerung des Aufwandes, sondern ausserdem den Vorteil, dass der zufolge des Trägerspeichereffektes in der einen Rückarbeitsdiode auftretende Rückstrom, der durch die gemeinsame Drosselspule fliesst, nach Abbau der Speicherladung dieser Diode von der in Serie geschalteten andern Rückarbeitsdiode übernommen wird, wodurch Überspannungen vermieden werden.
Die sinngemässe Anwendung der Begrenzungsdrosseln für einen Parallelwechselrichter zeigen die Fig. 4 bzw. 5, deren Bezugszeichen dieselbe Bedeutung haben, wie bei den vorhergehenden Figuren.
Die erzeugte Wechselspannung wird von der nicht gezeichneten Sekundärwicklung des Wechselrichter- transformators-Tr-- abgenommen. Auch hier können die beiden Induktivitäten --L und L -- {Fig. 4) durch eine Induktivität-L- (Fig. 5) ersetzt werden, die für einen 2fach grösseren Effektivstrom be- messen werden muss. Der Stromanstieg ergibt sich hiebei zu di/dt = 2U/L, weil die die Kommutierung bewirkende Spannung das Doppelte der der Mittelanzapfung des Transformators --Tr-- zugeführten Spannung-U-ist. Die über die Überwachungswiderstände W,-zugeführte Spannung beträgt sbenfalls 2 U, weil nur dann beim Zünden eines Thyristors am gesperrten Thyristor kein Spannungssprung entsteht.
Die Streuinduktivität des Transformators --Tr-- wirkt ebenso wie die Induktivität der Drosseln --LA L2 bzw. L-- im Sinne einer Verminderung des Stromanstieges di/dt, so dass die Drosselspulen hier kleiner gewählt werden können.