CH413992A - Schaltungsanordnung mit mindestens einem elektrischen Ventilzweig - Google Patents

Description

  Schaltungsanordnung mit     mindestens        einem    elektrischen     Ventilzweig       Es ist bekannt, dass bei     Halbleiter-Gleichrichtern,     insbesondere für höhere Leistungen, infolge des so  genannten     Ladungs-Speicherungs-Effektes    bei der  Sperrung des Stromes bei dem     Richtungswechsel    der       Halbwellen    Überspannungen auftreten. Zur Beherr  schung dieser Schwierigkeit sind den     Gleichrichterzel-          len    beispielsweise Kapazitäten     parallel#geschaltet     worden.  



  Wenn mehrere Halbleiterzellen beispielsweise mit  Rücksicht auf die zu beherrschenden Spannungen  miteinander in Reihe geschaltet werden, so zeigt sich  unter Umständen auch, dass die Spannungsverteilung  auf die einzelnen Zellen weitgehend ungleichmässig  ist. Um die Spannungsverteilung gleichmässiger zu  gestalten, hat man ebenfalls zu den einzelnen Zellen  Kondensatoren parallelgeschaltet, die ihrerseits nun  ebenso wie die     Gleichrichterzellen    in Reihe Ziegen.  Derartige Kondensatoren dienen hierbei also den bei  den erwähnten Aufgaben.  



  Eine Schaltungsanordnung, welche mindestens  einen elektrischen Ventilzweig aufweist, der mehrere  Halbleiterbauelemente in Reihe geschaltet enthält und  diesem Zweig eine     Reihenschaltung    von Kondensato  ren parallel geschaltet ist, deren Anzahl derjenigen  der Halbleiterbauelemente gleich ist, mit Querver  bindungen zwischen den Verbindungsleitungen je  zweier aufeinanderfolgender Elemente der Halbleiter  bauelementekette und den entsprechenden Verbin  dungsleitungen je zweier aufeinanderfolgender Ele  mente der     Kondensatorenkette    kann gemäss der Er  findung dadurch verbessert werden, indem die Quer  verbindungen ebenfalls Kondensatoren enthalten.

      Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anord  nung ist in     Fig.    1 der Zeichnung     dargestellt.    Der Ein  fachheit halber ist     hierbei    eine einphasige Anlage zu  Grunde gelegt.  



  Mit 1 ist hierbei eine Wechselstromleitung bezeich  net, die über eine Gruppe 2 von Halbleiterventilen  eine Gleichstromschiene 4 speist. Die Gruppe 2 ist  hierbei für Halbwellen der einen Polarität bestimmt,  stellt also etwa einen Zweig einer     Graetz-Brücke    dar.  In jeder Gruppe können hierbei mehrere parallele,  hier nicht gezeichnete Pfade vorgesehen sein, von  denen jeder aus zwei in Reihe liegenden Ventilzellen  6 und 7 sowie mit diesen in Reihe liegenden Siche  rungen 8 und 9 besteht. Mit 10 ist hierbei ein der  Ventilzelle 6 und mit 11 ein der Ventilzelle zugeord  neter Parallelkondensator bezeichnet. 12 stellt einen  zusätzlichen Kondensator dar, der den Verbindungs  punkt zwischen den     beiden    Zellen mit dem Verbin  dungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren 10  und 11 überbrückt.  



  Wenn bei einer derartigen Anlage eines der Halb  leiterventile     beschädigt        wird,    so     wird    es in der Regel  in beiden Stromrichtungen gut leiten, so dass die  ganze Sperrspannung von dem zweiten, mit diesem  in Reihe liegenden Ventil aufgenommen werden muss.

    Infolge der     Anordnung    des zusätzlichen     Kondensa-          tors    - vorzugsweise gleicher Kapazität - ist jedoch  hierbei erreicht, dass die Spannung, die an den ein  zelnen     Parallelkondensatoren    liegt, nicht die volle  Sperrspannung ist, sondern nur eine Teilspannung,  die sich infolge der     Hintereinanderschaltung    des der  gesund gebliebenen Zelle parallelgeschalteten     Konden-          sators    mit dem     Verbindungskondensator        einstellt.         Es ist dadurch auch die     Möglichkeit    gegeben, die  Kondensatoren viel kleiner zu dimensionieren,

   als  dies notwendig sein würde, falls die gesamte Sperr  spannung nur von einem Kondensator beherrscht  werden müsste. Dadurch wird eine erhebliche Erspar  nis     im    Aufwand für die     Kondensatoren    erreicht, zu  mal diese in einem solchen Betrieb auch bei knapper  Bemessung eine besonders hohe     Lebensdauer    auf  weisen.  



  Die Anlage erhält auf diese Weise auch erhöhte       Betriebssicherheit.    Die     Halbleiter-Gleichrichter,    ins  besondere solche auf     Siliziumbasis,    streuen nämlich  sehr oft ganz erheblich in dem Sinn, dass eine grosse       Zahl    der Zellen eine erheblich grössere Spannung aus  hält als die, für die sie berechnet und in der Anläge       bestimmt    sind.

   Aus diesem Grunde kann sehr oft,  wenn von zwei miteinander in Reihe liegenden Zellen  eine     ausfällt,    der Betrieb durch die zweite mit dieser  in Reihe liegenden Zelle weiter aufrechterhalten wer  den.     In    solchen     Fällen    ist dann durch die Verbesse  rung nach der vorliegenden Erfindung die Weiter  führung des Betriebes ermöglicht, auch wenn die  einzelnen Kondensatoren in der Regel nicht eine den  Ventilzellen     ähnliche        Überlastbarkeit    aufweisen.  



  Für manche Fälle kann es     zweckmässig    sein, bei  Anlagen mit je zwei in Reihe liegenden Ventilzellen  diese so     auszuwählen,    dass eine einzelne Zelle zur  Beherrschung der vollen Spannung gerade noch aus  reicht.  



  Die neue Verbesserung kann auch bei Anlagen  mit mehreren     Ventilzellen    in Reihe und einem     Par-          allelipfad    aus einer entsprechenden Zahl von Kon  densatoren angewendet werden.  



  Es wird in der angegebenen Weise ermöglicht,  eine grosse     Anzahl    von Betriebsunterbrechungen, auch  wenn mit stark     schwankenden    Spannungsbeanspru  chungen zu rechnen ist, zu vermeiden, was insbeson  dere in Anlagen, beispielsweise für     eloktrochemische     Zwecke, wo jede Unterbrechung erhebliche Verluste  hinsichtlich des Ausstosses mit sich bringt, von     gros-          ser    wirtschaftlicher Bedeutung ist.  



  Eine zusätzliche Verbesserung kann weiter     noch     dadurch erreicht     werden,    dass     parallel    zu dem Quer  kondensator noch ein Anzeigegerät mit sehr geringem  Stromverbrauch gelegt wird. Hierzu kann beispiels  weise eine Glimmlampe oder auch eine elektronische       Schaltung    mit     hochohmigem    Eingang Vorteile bringen.  



  Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Weiter  bildung ist in     Fig.    2 gezeigt. Hierbei liegt parallel  zu dem Kondensator 12 eine     Glimmlampe    14.  



  Soweit bei einer derartigen Anordnung die Ver  teilung der Spannung, insbesondere auch der Sperr  spannung, auf die in Reihe liegenden Zellen dank der  Wirkung des Spannungsteilers 10, 11 gut ist, liegt an  dem Kondensator 12 praktisch keine     Spannung.    Wenn  jedoch die Anlage gestört ist, sei es, dass eine der  Zellen oder eines der     Beschaltungselemente    10 oder  11     beschädigt    ist, so     wird    eine Spannung an dem  Kondensator 12 wirksam, wodurch die     Glimmlampe     anspricht und so den Fehler anzeigt.

   Auf diese Weise    wird man auf die Störung aufmerksam gemacht, so  dass vom Bedienungsmann entschieden werden kann,  ob der Betrieb mit den restlichen intakt gebliebenen  Elementen in Anbetracht der gerade geforderten Lei  stung noch bis zur nächsten ohnehin erforderlichen  Betriebsunterbrechung aufrechterhalten werden kann,  oder ob eine sofortige kurzzeitige Unterbrechung zur  Beseitigung des Fehlers     erforderlich    ist.  



  Auf diese Weise kann eine möglichst gute Aus  nutzung der Anlage einerseits und der Erhaltung einer  guten     Lebensdauer    der einzelnen Elemente anderer  seits gewährleistet werden.  



  Das Anzeigegerät kann     insbesondere    bei Anord  nungen mit Messschaltungen mit einer Fernmelde  einrichtung verbunden werden, so dass beispielsweise  in nicht mit     Bedienungsleuten    ständig besetzten An  lagen eine     Fernmeldung    der Störung erfolgt. Hierbei  kann die Meldeeinrichtung auch mit einem Zählge  rät kombiniert werden, so dass nicht bloss die Stö  rung, sondern auch die Anzahl der Störungen gemel  det wird.  



  Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, die  Anlage mit einer     Anzeigeeinrichtung    in     solcher    Form       auszurüsten,    die von der Spannung an den einzelnen,  den Zellen parallelgeschalteten     Kondensatoren    abhän  gig ist und dann anspricht, wenn an einem Konden  sator keine Spannung mehr liegt. Auf diese Weise  wird angezeigt, dass im Zweig eine der mit an  deren in Reihe liegenden Zellen ausgefallen ist.  Der Betrieb kann dann in der Regel weiterlaufen und  die Zelle in einer nachfolgenden ohnedies erforder  lichen Betriebspause ersetzt werden, so dass eine  zusätzliche Betriebsunterbrechung     vermieden    ist.  



  Für Anlagen,     bei    denen mehrere parallel arbeiten  de Zweige vorgesehen sind, von denen     jeder    aus  zwei     oder    mehreren in Reihe liegenden Ventilzellen  besteht, kann noch eine     zusätzliche        Verbesserung    da  durch erreicht werden, dass diesen parallelen Zwei  gen ein gemeinsamer Zweig aus einer entsprechenden  Anzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren par  allelgeschaltet wird, wobei jedoch     jeder    aus den Ven  tilzellen     gebildete    Zweig eine eigene Querverbindung  zu dem     Kondensatorzweig,    und zwar wieder je     über     einen Quer-Kondensator erhält.  



  Auf diese Weise kann der     Aufwand    für die Kon  densatoren wiederum     herabgesetzt    werden, da ein  grösserer Kondensator bestimmter Leistung sowohl  weniger Platz     einnimmt    als auch billiger ist, als meh  rere kleinere Kondensatoren mit derselben Gesamt  Kapazität.  



  Bei     Anordnungen    dieser Art kann es zweckmäs  sig sein, in den     Kondensator-Parallelzweig    noch Ohm  sche Widerstände in Reihe oder parallel einzuschal  ten, um etwa durch die Kondensatoren und die bei  spielsweise     im    Netz enthaltenen     Induktivitäten    her  vorgerufene Resonanzerscheinungen bzw. Schwingun  gen zu vermeiden. Dies ist besonders bei Anordnun  gen, die mit Teilaussteuerung arbeiten, wo also die  Spannung oft mit erhöhter Steilheit einsetzt, von Vor  teil.      Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anord  nung ist in     Fig.    3 dargestellt.

   Es sind hierbei vier       parallele        Teilzweige    21 bis 24 vorgesehen, wobei       jeder    dieser Teilzweige zwei     Gleichrichterelemente     61, 71 bzw. 62, 72, 63, 73 und 64, 74 in Reihen  schaltung enthält. Mit 25 ist ein     Kondensatorzwei'g          bezeichnet,    der aus zwei in Reihe geschalteten Kon  densatoren 10 und 11 besteht.     Ausserdem    enthält       jede        Hälfte    dieses Zweiges noch einen Reihenwider  stand 53 und 54.  



       Zwischen    den einzelnen Teilzweigen und dem       Kondensatorzweig    sind Querverbindungen vorgesehen,  die je einen Kondensator 14, 24, 34 und 44 enthalten.  



  Bei einer derartigen Anlage, bei der als Halblei  terelement beispielsweise     Siliziumzellen    mit einem  Nennstrom von 200 Ampere verwendet sind, hat sich  z. B. eine Bemessung als     zweckmässig    ergeben, bei  der die Kondensatoren des parallelen Zweiges je     2#tF,     die Kondensatoren der Querverbindung je     0,5[tF,    und  die     Reihenwiderstände    je     lOQ    haben.  



  Die in den     Querverbindungen    liegenden Konden  satoren können dazu benutzt     werden,    Anzeigegeräte,  insbesondere hohen Widerstandes,     beispielsweise    in  Form von Glimmlampen,     parallelzuschalten,    die den  Defekt eines Bauelements in der Anlage anzeigen.  



  Die angegebenen Verbesserungen können nicht nur  - wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt   bei einphasigen, sondern auch bei mehrphasigen, ins  besondere dreiphasigen, Anlagen     angewendet    werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Schaltungsanordnung, welche mindestens einen elektrischen Ventilzweig aufweist, der mehrere Halb leiterbauelemente in Reihe geschaltet enthält und d'ie- se'm Zweig eine Reihenschaltung von Kondensatoren parallel geschaltet ist, deren Anzahl derjenigen der Halbleiterbauelemente gleich ist, mit Querverbindun gen zwischen den Verbindungsleitungen je zweier aufeinanderfolgender Elemente der Halbleiterbauele- mentekette und den entsprechenden Verbindungslei tungen je zweier aufeinanderfoligender Elemente der Kondensatorenkette,

   dadurch gekennzeichnet, dass die Querverbindungen ebenfalls Kondensatoren ent halten. UNTERANSPRÜCHE 1. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die in der genannten Rei- henschaltung und die in den Querverbindungen ent haltenen Kondensatoren für die gleiche zulässige Spannung bemessen sind. 2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in jedem Ventilzweig eine oder mehrere in Reihe geschaltete Sicherungen an geordnet sind. 3.

   Schaltungsanordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Anzeigeeinrichtungen zur Meldung des Ausfalls eines Ventils in einem Ventil zweig vorgesehen sind. 4. Schaltungsanordnung nach Unteranspruch 3, dadurch .gekennzeichnet, dass die Anzeige in Abhän gigkeit von dem Zusammenbruch der Spannung an einen Kondensator gegeben wird. 5. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zu dem die Querverbin dung bildenden Kondensator ein Anzeigegerät mit sehr geringem 'Stromverbrauch parallelgeschaltet ist. 6.

   Schaltungsanordnung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeigegerät eine Glimmlampe vorgesehen ist. 7. Schaltungsanordnung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeigegerät ein elektronisches Element mit hochohmigem Eingang vorgesehen ist. B. Schaltungsanordnung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigegerät eine Zähleinrichtung enthält, an der die Anzahl der Stö rungen angezeigt wird. 9. Schaltungsanordnung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigegerät mit einer entfernt stehenden Fernmeldeanlage arbeitet. 10.

   Schaltungsanordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass mehrere zueinander par allele Teilzweige mit in Reihe geschalteten Ventilen vorgesehen sind, wobei aber diesen parallelen Teil zweigen nur ein gemeinsamer Zweig aus einer ent sprechenden Anzahl von in Reihe geschalteten Kon densatoren parallelgeschaltet ist und jeder Halblei- terteilzwei'g eine eigene Querverbindung zu dem Kon- densatorzweig wieder je über einen Kondensator erhält.