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.
Device for interrupting the flow of energy in a controllable valve The development in the field of semiconductor technology, which has progressed particularly in the last decade, has led to controllable elements that are equivalent to the thyratrons known from the art in their work.
Compared to these, however, they have the decisive advantage that they have an order of magnitude shorter deionization time of the discharge path. This means that areas of application for this new element are closed in particular where there are high switching numbers in the unit of time. One of the most famous elements of this type is known as the thyristor. In the future, it will primarily be used in the field of inverters, particularly pulse-controlled inverters.
Similar to the thyratron, however, special facilities must be provided for this element if it is not only to be ignited at any selectable time, but also to be extinguished. Such extinguishing devices are also already known ge and can, for. B. take place on the basis of a capacitor discharge.
In Fig. 1 of the drawing a controllable semiconductor element is shown in its basic circuit with a quenching capacitor for explanation.
In this context, it appears advantageous to briefly describe the mode of operation of this circuit once again in order to understand the subject matter of the invention.
A motor 3 is fed from a direct voltage source U via a controllable switching element 1. An inductance 2 and a freewheeling diode 4 are also provided. The controllable semiconductor element upstream and downstream are the connections of a quenching circuit, which consists of the quenching capacitor 6, a quenching triode 5, a diode 7 and a reversing choke 8.
The polarity of the capacitor voltage, which is shown in FIG. 1 and which is required to delete the controllable semiconductor element 1, is referred to here and below as the positive charge of the capacitor. The polarity shown in brackets in FIG. 1 before the capacitor charge oscillates is referred to as negative charge.
This arrangement works as follows: First, the quenching triode 5 is ignited, then the quenching capacitor 6 is charged negatively to the polarity shown in brackets via the load, consisting of a choke 2 and, for example, a motor 3. If the controllable semiconductor element 1, often referred to as the main triode, is then ignited, the voltage U drives a load current J via 2 and 3. At the same time, the voltage on the capacitor 6 swings through the oscillating throttle 8 to the polarity shown.
The diode 7, often referred to as a reversing diode, prevents the capacitor charge from swinging back. After the capacitor voltage has swung, the current in the controllable semiconductor element 1 can be extinguished by igniting the extinguishing triode 5. The capacitor 6 and the quenching triode 5 take over the load current until the capacitor is loaded again to the negative polarity shown in brackets. The load current J then flows via the freewheeling diode 4.
When using the basic circuit described above, the following problems arise: 1. If the load 3 has a counter voltage UL indicated in Fig. 1 before switching on the pulse control, the quenching capacitor 6 can only be based on the difference between Bat by igniting the quenching triode 5 Charge the supply voltage and load voltage negatively. In the case of higher counter-voltages in the load, this means that the energy of the capacitor is no longer sufficient for extinguishing after the reversal.
The device, which can be referred to as a DC pulse converter, can only be put into operation with additional devices in the event of a large counter-voltage of the load.
2. During operation, the capacitor is negatively charged by the load current J with the help of the inductance 2 to the battery voltage, even if the load 3 generates counter voltage.
But when the current J becomes zero, the negative capacitor charge is reduced to the difference between. U and UL in that a compensating current flows through the reversing diode.
3. After the swing around, the capacitor 6 can slowly discharge through leakage currents of the erasing triode and over currents of the swinging diode 7, so that here too the capacitor energy is no longer sufficient to delete. Then this problem occurs especially. when the semiconductor element 1 remains ignited for a long time.
4. It must be ensured that the quenching triode is stressed with reverse voltage for a sufficiently long time (closed period).
5. The quenching process should not be initiated before the capacitor voltage has reached the end of its swing.
The invention relates to a device for interrupting the flow of energy in a controllable Ven valve by a capacitor surge, with a delete and a parallel to the valve. Capacitor circuit is arranged in such a way
that the quenching circuit is built up from the series connection of a further controllable valve and the quenching capacitor and the resonance circuit parallel to the capacitor is built up from the series connection of a reversing throttle and a third controllable valve. One invention is seen in the fact that a diode is arranged in the quenching circuit and / or in the oscillating circuit.
The device described above is thereby advantageously developed in that, in a device in which a diode is provided in the quenching circuit, the diode is arranged in series with the controllable valve downstream of the latter.
If an additional diode is arranged in the oscillating circuit, it is also provided there in series with the controllable valve downstream of this.
Farther. is in the device described above, in which a diode is vorgese hen in the quenching circuit, the connection line between the steuerba Ren valve and the diode via a high-resistance resistor with the terminal that feeds the device connected to the energy source that is opposite to the one over the valve to be deleted leads to the consumer.
If the diode is arranged in the oscillating circuit, the current path with the high-resistance resistor is also connected to the connection line between the controllable valve and the diode. If both the resonant circuit and the quenching circuit are each seen a diode, a high-resistance resistor is also seen and connected in accordance with the above-mentioned conditions.
Due to the advantages of the new controllable semiconductor elements described above, they are, as also already mentioned, z. B. used in inverters. If these are multiphase, the invention outlined above can also advantageously be used there. This happens e.g. B. in such a way that several inputs and outputs of phases are combined with regard to certain circuitry measures. Is it z.
If, for example, a P-phase inverter is used, P / 2 extinguishing circuits are connected via a diode and a single common resistor to the terminal opposite the one that leads to the consumer via the valve to be extinguished. Such a branch path is connected electrically, as in the previously described cases, directly behind the controllable valve.
The voltage drop across the resistor is measured as a control measure for the state of charge of the quenching capacitor. If it is zero, then this is a criterion for, with a suitable dimensioning of the capacitor, that sufficient extinguishing energy is stored in it to extinguish the valves. The energy is sufficient especially from the point of view that takes into account that the valves of all phases are never extinguished at the same time, but one after the other.
A schematic exemplary embodiment of the invention will be explained with reference to further FIGS. 2, 3, 4 and 5. The representation of these figures is based on the representation of FIG. Accordingly, similar elements are provided with the same reference numerals.
Fig. 2 shows an embodiment in which both in the quenching circle, it is identified by dashed lines, and in the swing circle, the identification of the latter is a dash-dotted line, diodes 5b and 7b are provided.
These additional diodes make it possible to charge the capacitor negatively via resistor 10 and to hold the positive charge via resistor 9. At the elements 1, 5, 5b, 7a, 7b, a maximum voltage of the same size as the battery voltage occurs.
With the device shown in the drawing, it is possible to solve the problems mentioned under 1 to 5 in a satisfactory manner, in contrast to other known circuits.
Depending on the task at hand, FIGS. 3 and 4 show simplified solutions in terms of complexity, in which an additional diode is only provided in the oscillating or extinguishing circuit. In FIG. 3, the high-resistance resistor is designated by 9 and in FIG. 4 by 10.
5 shows a three-phase pulse inverter. His high-resistance resistor 10, also called charging resistor, is connected via additional diodes 12a, 12b, 12c, low performance to a respective extinguishing device for the controllable high-voltage valves 1, 13, 14.
Since at most one of these elements is ignited, this circuit is sufficient to charge all capacitors to negative voltage during operation. A particular advantage of this arrangement is that by measuring the voltage between points a and b or also at a and c it can be determined whether all three quenching capacitors 6, 6a, 6b have sufficient negative voltage. The control can be designed so that only one of the controllable semiconductor elements 1, 13 or 14 may be ignited.
The same applies to the resistor 18, which is connected to the extinguishing device for the controllable semiconductor elements 15, 16, 17 via the diodes 19a, 19b, 19c. This type of circuit means that only two instead of six monitoring devices are required for the capacitor voltage.