CH429915A - Einrichtung zur Unterbrechung des Energieflusses in einem steuerbaren Ventil - Google Patents

Einrichtung zur Unterbrechung des Energieflusses in einem steuerbaren Ventil

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CH429915A
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Description


      Einrichtung        zur    Unterbrechung des Energieflusses in einem steuerbaren Ventil    Die insbesondere im letzten Jahrzehnt fortgeschritte  ne     Entwicklung    auf dem Gebiet der     Halbleitertechnik     hat zu     steuerbaren    Elementen geführt, die in     ihrer    Ar  beitsweise den aus der Technik bekannten     Thyratrons     gleichzusetzen sind.

   Diesen gegenüber weisen sie jedoch  den entscheidenden Vorteil auf, dass sie eine um     Grös-          senordnungen    kürzere     Entionisierungszeit    der Entla  dungsstrecke aufweisen.     Damit    werden für dieses neuar  tige Element Anwendungsgebiete insbesondere dort er  schlossen, wo hohe Schaltzahlen in der Zeiteinheit auf  treten. Eines der bekanntesten Elemente dieser Art ist  unter dem Namen     Thyristor    bekannt. Sein Einsatz dürfte  in Zukunft     vornehmlich    auf dem Gebiet der Wechsel  richter, insbesondere der     Pulswechselrichter,    liegen.  



  Gleichartig wie das     Thyratron    sind bei diesem Ele  ment jedoch besondere     Einrichtungen    dann vorzusehen,  wenn es nicht nur zu jedem     wählbaren    Zeitpunkt ge  zündet, sondern auch gelöscht werden soll. Derartige  Löscheinrichtungen sind ebenfalls bereits bekannt ge  worden und können z. B. auf der Grundlage einer     Kon-          densatorentladung        stattfinden.     



  In der     Fig.    1 der Zeichnung sei zur Erläuterung ein  steuerbares Halbleiterelement in seiner Grundschaltung  mit einem     Löschkondensator    dargestellt.  



  In diesem Zusammenhang erscheint es vorteilhaft,  zum Verständnis der Erfindungsgegenstandes noch ein  mal die Wirkungsweise dieser Schaltung kurz zu be  schreiben.  



  Aus einer     Gleichspannungsquelle    U wird     ein    Motor 3  über ein steuerbares Schaltelement 1 gespeist. Weiter sind  eine     Induktivität    2 und     eine        Freilaufdiode    4 vorgesehen.  Dem steuerbaren     Halbleiterelement    vor- und nachge  schaltet liegen die Anschlüsse eines     Löschkreises,    der  aus dem Löschkondensator 6 einer Löschtriode 5, einer  Diode 7 und einer     Umschwingdrossel    8 besteht.  



  Als positive Ladung des Kondensators wird hier und  im folgenden die     in.    der     Fig.    1 eingezeichnete Polarität  der     Kondensatorspannung    bezeichnet, welche zum Lö  schen des steuerbaren Halbleiterelementes 1 erforderlich  ist. Als     negative    Ladung wird die in     Fig.    1 in Klam-         mern    eingezeichnete Polarität vor dem Umschwingen  der     Kondensatorladung    bezeichnet.  



  Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:       Zunächst    wird die     Löschtriode    5 gezündet, dann lädt  sich der Löschkondensator 6 über die Last, bestehend  aus einer Drossel 2 und beispielsweise     einem    Motor 3  negativ auf die in Klammern eingezeichnete Polarität  auf. Zündet man dann das steuerbare Halbleiterelement  1, oft auch als Haupttriode bezeichnet, treibt die Span  nung U über 2 und 3 einen Laststrom J. Gleichzeitig  schwingt die Spannung am Kondensator 6 über die Um  schwingdrossel 8 auf die eingezeichnete Polarität um.

   Die  Diode 7, oft auch als     Umschwingdiode    bezeichnet, ver  hindert ein     Zurückschwingen    der     Kondensatorladung.     Nachdem die     Kondensatorspannung    umgeschwungen ist,  kann der Strom in dem     steuerbaren    Halbleiterelement 1  durch Zünden der     Löschtriode    5 gelöscht werden. Dabei  übernehmen der Kondensator 6 und die Löschtriode 5  den     Laststrom    solange, bis der Kondensator wieder auf  die in     Klammern    eingezeichnete negative Polarität gela  den ist. Anschliessend fliesst der Laststrom J über die       Freilaufdiode    4.  



  Bei der Anwendung der vorstehend beschriebenen  Grundschaltung ergeben sich folgende Probleme:  1. Wenn die Last 3 vor dem     Einschalten    der Puls  steuerung eine in     Fig.    1 angedeutete Gegenspannung     UL     besitzt, kann sich der Löschkondensator 6 durch Zünden  der Löschtriode 5 nur auf die Differenz     zwischen    Bat  teriespannung und Lastspannung negativ laden. Das  führt bei höheren Gegenspannungen der Last dazu, dass  nach dem Umschwingen die Energie des     Kondensators     zum Löschen nicht mehr ausreicht.

   Die Einrichtung, man  kann sie als     Gleichstrompulswandler        bezeichnen,    kann       also    bei grosser     Gegenspannung    der Last nur mit Zu  satzeinrichtungen in Betrieb genommen werden.  



  2.     Während    des Betriebes wird der Kondensator vom  Laststrom J     mit        Hilfe    der     Induktivität    2 auf die     Batte-          riespannung    negativ geladen, auch     wenn    die Last 3 Ge  genspannung erzeugt.

   Wenn     aber    der Strom J Null wird,  verringert     sich,    die negative     Kondensatorladung    auf die           Differenz        zwischen.    U und     UL        dadurch,    dass über die       Umschwingdiode    ein     Ausgleichstrom        fliesst.     



  3. Nach dem     Umschwingen,        kann    sich     der    Konden  sator 6 durch     Leckströme    der Löschtriode und über  ströme der     Umschwingdiode    7     langsam        entladen,    so     dass     auch hier die     Kondensatorenergie    zum Löschen nicht  mehr ausreicht. Dieses Problem tritt besonders     dann.    auf,       wenn,    das Halbleiterelement 1 längere Zeit gezündet  bleibt.  



  4. Es muss darauf geachtet werden,     dass    auch die  Löschtriode für eine genügend lange Zeit     (Schonzeit)    mit  Sperrspannung beansprucht wird.  



  5. Der     Löschvorgang    soll nicht     eingelegt    werden, be  vor das Umschwingen der     Kondensatorspannung    been  det ist.  



  Die     Erfindung        betrifft    eine     Einrichtung    zur Unter  brechung des     Energieflusses        in        einem    steuerbaren Ven  til durch     einen        Kondensatorstromstoss,    wobei     parallel          zum    Ventil     ein    Lösch- und     ein.        Kondensatorumschwing-          kreis        angeordnet    ist, derart,

   dass der Löschkreis aus     der     Reihenschaltung     eines    weiteren steuerbaren     Ventils    und  des     Löschkondensators    und der zum Kondensator par  allele     Umschwingkreis    aus der     Reihenschaltung        einer          Umschwingdrossel    und eines dritten steuerbaren     Ventils     aufgebaut ist. Eine     Erfindung    wird darin gesehen, dass  im     Löschkreis    und/oder im     Umschwingkreis        eine    Diode  angeordnet ist.  



  Die vorstehend     beschriebene        Einrichtung    wird da  durch     vorteilhaft        weitergebildet,    dass bei einer Einrich  tung,     bei    der im     Löschkreis    eine Diode vorgesehen ist,  die Diode in     Reihe    mit dem     steuerbaren    Ventil     diesem          nachgeschaltet        angeordnet    ist.

   Ist eine     zusätzliche    Diode  im     Umschwingkreis    angeordnet, so ist sie auch dort     in     Reihe mit dem steuerbaren     Ventil        diesem    nachgeschal  tet vorgesehen.  



       Weiterhin.        wird    bei der vorstehend     beschriebenen     Einrichtung, bei der im     Löschkreis    eine Diode vorgese  hen ist, die     Verbindungsleitung        zwischen    dem steuerba  ren Ventil und der Diode über einen     hochohmigen    Wi  derstand mit der     Klemme,    der die Einrichtung speisen  den     Energiequelle    verbunden, die jener gegenüberliegt,  die über das zu löschende Ventil zum Verbraucher führt.

    Ist die Diode     im        Umschwingkreis    angeordnet, wird der  Strompfad mit dem     hochohmigen        Widerstand        ebenfalls     in die     Verbindungsleitung        zwischen    dem steuerbaren Ven  til und der Diode     angeschlossen.    Sind sowohl im Um  schwingkreis als auch     im        Löschkreis    je eine Diode vor  gesehen, so wird auch ein     hochohmiger        Widerstand    vor  gesehen und entsprechend der vorstehenden Ausführun  gen     angeschlossen.     



  Auf Grund der eingangs beschriebenen     Vorteile    der  neuen steuerbaren Halbleiterelemente     werden    sie, wie       ebenfalls    bereits erwähnt, z. B. bei Wechselrichtern     ein-          gesetzt.    Sind diese     mehrphasig,    so lässt sich die vorstehend  umrissene Erfindung     auch,    dort vorteilhaft     anwenden.     Dies geschieht z. B. derart, dass     man        hinsichtlich    gewis  ser schaltungstechnischer     Massnahmen    mehrere Ein- bzw.  Ausgänge von Phasen     vereinigt.    Handelt es sich z.

   B. um  einen     P-phasigen    Wechselrichter, so werden P/2 Lösch  kreise über je eine Diode und einen     einzigen        gemein-          samen        Widerstand    mit der     Klemme        verbunden,    die     jener          gegenüberliegt,    die über das zu löschende Ventil zum       Verbraucher        führt.    Der     Anschluss        eines    derartigen  Zweigweges erfolgt wie in den vorher beschriebenen  Fällen elektrisch     direkt    hinter dem steuerbaren Ventil.  



  Als     Kontrollmassnahme    für     den        Ladungszustand    des  Löschkondensators wird     der    Spannungsabfall an dem    Widerstand gemessen. Ist er Null, so ist dies ein Krite  rium dafür, bei geeigneter Bemessung     des        Kondensators,     dass in diesem ausreichende Löschenergie zur Löschung  der Ventile gespeichert ist. Die Energie ist     insbesondere     unter dem     Gesichtspunkt    ausreichend, der     berücksichtigt,     dass     niemals    die Ventile     aller    Phasen gleichzeitig, son  dern nacheinander gelöscht werden.  



  An Hand weiterer Figuren 2, 3, 4 und 5     sei    ein     sche-          matisches        Ausführungsbeispiel    der Erfindung     erläutert.     Die Darstellung dieser Figuren knüpft an die Darstellung  der     Fig.    1 an. Demzufolge sind gleichartige Elemente  mit gleichen     Bezugszeichen    versehen.  



  Die     Fig.    2 zeigt     ein        Ausführungsbeispiel,    bei dem so  wohl im Löschkreis, er ist durch gestrichelte Linien     ge-          kennzeichnet,    als auch     im        Umschwingkreis,    die Kenn  zeichnung des letzteren ist eine     strichpunktierte        Linien-          Führung,    Dioden 5b und 7b     vorgesehen    sind.

   Durch die  se     zusätzlichen    Dioden wird eine negative Ladung des  Kondensators über den     Widerstand    10 und das Halten  der     positiven    Ladung über den Widerstand 9     ermög-          licht.    An den Elementen 1, 5, 5b, 7a, 7b tritt     maximal     eine Spannung von der Grösse der     Batteriespannung    auf.  



  Mit der durch die Zeichnung     dargestellten    Einrich  tung ist es     möglich,    die unter 1 bis 5     genannten    Proble  me im     Gegensatz    zu anderen bekannten Schaltungen     zu-          friedenstellend    zu lösen.  



       Abhängig    von der     jeweiligen    Aufgabenstellung zei  gen :die Figuren 3 und 4 hinsichtlich des     Aufwandes        ver-          einfachte    Lösungen, bei denen jeweils     nur        im    Um  schwing- oder     Löschkreis        eine        zusätzliche    Diode vorge  sehen ist. In der     Fig.    3 ist der     hochohmige    Widerstand  mit 9 und     in    der     Fig.    4 mit 10     bezeichnet.     



  Die     Fig.    5 zeigt einen dreiphasigen     Pulswechselrich-          ter.    Sein     hochohmiger    Widerstand 10, auch Ladewider  stand genannt, ist über zusätzliche Dioden 12a, 12b,     12c,     geringer     Leistungsfähigkeit    an jeweils eine Löscheinrich  tung, für die steuerbaren     Starkstromventile    1, 13, 14 an  geschlossen.

   Da von diesen Elementen höchstens eines  gezündet ist, genügt diese Schaltung, um     während    des  Betriebes alle Kondensatoren auf     negative    Spannung  zu     laden.    Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung be  steht darin, dass durch Messen der Spannung     zwischen     den Punkten a und b oder auch an a und c festgestellt  werden kann, ob alle drei     Löschkondensatoren    6, 6a,  6b genügend negative Spannung besitzen. Die Steuerung       kann    so     augebildet    werden, dass nur dann eines der  steuerbaren Halbleiterelemente 1, 13 oder 14 gezündet  werden darf.

   Entsprechendes     gilt    für den Widerstand 18,  der über die Dioden 19a, 19b, 19c an die     Löscheinrich-          tung    für die steuerbaren Halbleiterelemente 15, 16, 17  geschaltet ist. Durch diese Art der Schaltung     werden    nur       zwei    anstelle von sechs     Überwachungseinrichtungen    für  die     Kondensatorspannung    benötigt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH I Einrichtung zur Unterbrechung des Energieflusses in einem steuerbaren Ventil durch einen Kondensator- stromstoss, wobei parallel zum Ventil ein Lösch- und ein Kondensatorumschwingkreis angeordnet ist, derart,
    dass der Löschkreis aus der Reihenschaltung eines wei teren steuerbaren Ventil und des Löschkondensators und der zum Kondensator parallele Umschwingkreis aus der Reihenschaltung einer Umschwingdrossel und eines drit ten steuerbaren Ventils aufgebaut ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Löschkreis und/oder im Umschwing- kreis eine Diode angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Einrichtung nach Patentanspruch I, bei der im Löschkreis eine Diode vorgesehen ist, dadurch gekenn zeichnet, dass die Diode in Reihe mit dem setuerbaren Ventil diesem nachgeschaltet angeordnet ist. 2. Einrichtung nach Patentanspruch I, bei der im Umschwingkreis eine Diode angeordnet ist, dadurch ge kennzeichnet, dass die Diode in Reihe mit dem steuer baren Ventil diesem nachgeschaltet angeordnet ist. 3.
    Einrichtung nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, bei der im Löschkreis eine Diode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslei tung zwischen dem steuerbaren Ventil und der Diode über einen hochohmigen Widerstand mit der Klemme der die Einrichtung speisenden Energiequelle verbunden ist, die jener gegenüberliegt, die über das zu löschende Ventil zum Verbraucher führt. 4.
    Einrichtung nach Patentanspruch I und dem Un teranspruch 1, bei der im Umschwingkreis eine Diode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- bindungsleitung zwischen dem steuerbaren Ventil und der Diode über einen hochohmigen Widerstand mit der Klemme, der die Einrichtung speisenden Energiequelle verbunden ist, dien jener gegenüberliegt, die über das zu löschende Ventil zum Verbraucher führt. 5.
    Einrichtung nach, Patentanspruch I, bei der so wohl im Löschkreis als auch im Umschwingkreis eine Diode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungszug in jedem der Kreise elektrisch hinter dem steuerbaren Ventil über einen hochohmigen Widerstand mit der Kleme verbunden ist, die jener gegenüberliegt, die über das zu löschende Ventil zum Verbraucher führt.
    PATENTANSPRUCH 1I Verwendung der Einrichtung nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 2, in einem P-phasigen Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, dass P/2 Lösch- kreise über je eine Diode und einen einzigen gemeinsa men Widerstand mit der Klemme verbunden ist, die jener gegenüberliegt, die über das zu löschende Ventil zum Verbraucher führt. UNTERANSPRÜCHE 6.
    Verwendung nach Patentanspruch 1I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Leitung des Löschkreises elek trisch hinter dem steuerbaren Ventil für den Zweigweg über die Diode und den Widerstand angezapft ist. 7.
    Verwendung nach Patentanspruch II und Unter anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, dass der Spannungs- abfall am Widerstand gemessen und sein Nullwerden als Kriterium einer zur Löschung des steuerbaren Ventils im Leitungszweig ausreichenden Kondensatorladung ver wendet wird.
CH865965A 1964-07-03 1965-06-21 Einrichtung zur Unterbrechung des Energieflusses in einem steuerbaren Ventil CH429915A (de)

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