CN1065373C - 换流器电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种换流器电路装置,其中,可关断晶闸管受到控制。晶闸管电路的特征在于,只具有少量元器件。

Description

换流器电路装置
本发明涉及大功率电子领域。
譬如在W.MC Murray在电气与电子工程师协会大功率电子会刊,第二卷、第三期(1987年7月)发表的题为“用于电压源可关断晶闸管(GTO)换流器的有效缓冲器”的论文中描述了这种电路装置。所描述的是具有至少两个串联的可关断晶闸管(GTO)的换流器电路装置,其中,这些可关断晶闸管(GTO)与一个直流电源相接并以串联的一个公共节点形成一个负载接口。此外,设有与这些可关断晶闸管(GTO)并联的所谓反并联二极管,这些反并联二极管在换向后接收导通电流。为了在转换时面对过陡的电流和电压斜率保护可关断晶闸管(GTO),必须设置一个电路或英文中所称“缓冲器”。按照现有技术,该电路如在提及的论文中所描述的那样,包括一个比较昂贵的、由电感、电容器、电阻和二极管构成的线路。A.Ferraro在电气与电子工程师协会会刊1982年,第466至467页上刊登的题为“用于晶体管换流器的低损耗缓冲器技术综述”的论文公开了其它的电路派生形式。
在同一发明人的欧洲专利申请EP-A1-0489945和WO-93/09600中描述了对可关断晶闸管(GTO)的所谓“控制”并提供了用于相应控制单元的电路装置。涉及上述两个欧洲专利申请,人们把“控制”这一概念理解为用一个控制极电流控制可关断晶闸管(GTO),该控制极电流的形状在于,断路放大率IA/IG峰值明显的小于3并且产生一个至少为1kv/μs的阳极电压上升速度。该控制在本发明的范畴内具有意义,并因此应把上述欧洲专利申请的内容明确地纳入此处。
本发明的目的在于提供一种具有可关断晶闸管(GTO)的换流器电路装置,该电路装置只需由极少的电路元器件构成并因此只要求极少的占用面积并可费用合理地完成制作。
在本发明书开头所述类型的电路装置中,解决以上任务的技术方案在于以下特征:
具有至少一个分路的换流器电路装置,该分路具有偶数个串联的可关断晶闸管并具有与晶闸管反并联的反并联二极管,所述分路或每个分路与一直流电源相连接并且该分路或每个分路的一个中间节点形成一个负载端,并且还具有限制电流和电压上升速度的装置,这些装置可防止过高的电流和电压上升速度从而保护可关断晶闸管,其中可关断晶闸管受到控制,并且在每个分路中,限制电压上升速度的装置最少只包括一个电容器,该电容器是与相应的晶闸管的反并联二极管之一并联设置的。
发明的核心是:可关断晶闸管(GTO)受到控制,并且限制电压上升速度的装置只包括一个电容器,该电容器与反并联二极管之一并联。其中,电容器与哪个反并联二极管并联或者是否为每个反并联二极管设置一个电容器是不重要的。
这种控制方式连同发明的限制电压上升速度的装置可使譬如用于公开的Mc Marry电路和undeland电路的限制电流上升速度的装置得以简化。特别是可取消所有的电阻和二极管。并且大大缩小了留下的电容器和电感的参数值。
下面借助实施例结合附图详细说明本发明。附图所示为:
图1为发明的第一实施例的电路图;
图2为发明的第二实施例的电路图;
图3为发明的另一实施例的电路图;
图4为发明的一个只由电极少电路元器件构成的实施例的电路图。
图中所用的标号及其意义汇总列于标号一览表中,图中的相同的构件原则上用相同的标号表示。
图1示出了发明的第一个实施例的等效电路图。按照发明,电路装置的可关断晶闸管(GTO)受到控制。做为新的负荷极限,出现动态的、在断路过程中出现的雪崩效应。半导体芯片提供的硅接触面可得到均匀的利用。通过控制可加速接通过程,使可关断晶闸管的破坏极限可由目前的500A/μs提高到3000A/μs以上。在图1中示出了一个具有一个第一可关断晶闸管GTO1和一个第二可关断晶闸管GTO2以及与此反并联的二极管D1和D2的分路。该分路与一个通过中间电路电容器Czk表示的直流电源的正极和负极相接。按照公知的方式(见曾被提及的现有技术文件),可关断晶闸管(GTO)交替地被一个图中未示出的控制单元控制,使负载接口上产生一个交流电压。当然可设置多个相同结构的、可用以建立一个多相的交流电压系统的分路。但为清晰起见,在图中只示出了一个分路。
按照图1所示的实施例,限制电压上升速度的装置为每个分路只包括一个电容器C1或C2,该电容器与一个与相应的可关断晶闸管(GTO)反并联设置的反并联二极管D1或D2并联。电容器C1或C2或者配属于一个晶闸管(GTO1),或者配属于另一个晶闸管(GTO2)。但也可为每个晶闸管设置一个与每个反并联二极管并联的电容器。
与公开的Mc Marry电路相比,取消了处于反并联二极管和电容器之间的、所谓的缓冲二极管和无载运行电阻。据此,限制电流上升速度的装置现在只包括一个处于一个分路的两个可关断晶闸管(GTO)之间的电感L和一个与该电感L并联的二极管D3。分路的负载接口或者可通过电感L的线圈的中间抽头形成,或者可通过两个独立的、串联的线圈的公共节点形成。
发明的范畴包括:或者每个分路只设一个电容器,或者为每个晶闸管分别设置一个电容器。在只设一个电容器的情况下,该电容器的电容量等于各个电容器电容量的总和。
通过本发明,机械结构也被简化,因为每个电路由需要10个散热体减为只需要7至8个散热体。留下的电路元器件的参数值也可缩小。在中间回路电压为3kv时,在电容器C1和C2只存在一个电容器的情况下,所需的电容量值由3μF缩小到只为0.5或1μF,所需的电感值由10μH减至2μH。规格设计的准则可在于,作为电路装置设计依据的最大断路电流与一个或多个电容器电容量的总和之比应大于或等于2kv/μs。计算一个或多个电感量的准则在于,中间回路电压与电感量的总和之比应大于或等于1KA/μs。
在图2中示出了图1所示电路的一个派生形式。其中,限制电流上升速度的装置的电感L1或L2设在反并联二极管D1、D2和相应的可关断晶闸管GTO1、GTO2之间。二极管D3设在两个可关断晶闸管之间,并且通过两个反并联二极管D1和D2的连接形成负载接口。在该电路装置中,可应用GTO其阳极-阴极间电压在反向负荷时被限制到约20至100V。据此,通过向馈电电路中分流,使正在关断的可关断晶闸管GTO上的过电压受到限制。因此,这种类型的电路可应用具有阳极短路器的常规可关断晶闸管(GTO)。
在图3中示出了发明的一个从所谓的undeland电路派生出的实施形式。又是分别有一个反并联二极管D1和D2与一个分路的可关断晶闸管GTO1和GTO2并联。限制电压上升速度的装置每个分路包括至少一个电容器C1或C2,该电容器与相应的反并联二极管直接并联。在该实施形式中,也可有选择地仅设一个电容器,或为每个晶闸管设置一个电容器。与图1和2所示的实施形式不同之处在于,限制电流上升速度的装置不是设在两个可关断晶闸管(GTO)之间,而是面对直流电源的正极或负极。在图3所示的实施形式中,该限制电流上升速度的装置面对正极并包括一个电感L和一个与该电感并联的二极管D3。
图4示出了一个由最少的电路元器件构成的实施形式:可应用具有反向雪崩特性(譬如基于阳极短路器或一个集成在内的雪崩区)的可关断晶闸管(GTO)建立电路,其中,在每个分路中不仅可关断晶闸管GTO1和GTO2,而且所属的反并联二极管D1和D2均在直流电源的正极和负极之间串联。对电流上升速度的限制是通过一个在分路中处于可关断晶闸管(GTO)和二极管之间的电感L完成的。限制电压上升速度的装置包括至少一个电容器C2,该电容器可有选择地与反并联二极管D1或D2之一并联。具有一个附加的、与可关断晶闸管(GTO)之一并联的电容器C3的电路装置是特别相宜的。在该电路装置中也可只设一个电容器,或者分别设置与每个反并联二极管并联的电容器。
在所有的、上述的电路装置中,一个反并联二极管可被两个具有一半效能的串联二极管取代。在中间回路电压为3KV的情况下,每个可关断晶闸管或者需一个4.5KV的反并联二极管,或者需两个2.5KV的二极管。二极管D3最好具有高的正向电压。据此,可压缩空转时间并减少反向恢复的影响。因此,整个电路装置更能抗衡因反向恢复引起的故障,譬如通过比对传统二极管更大剂量的电子幅照可得到这样的二极管。
总之,本发明提供了用少量的电路元器件构成电路装置的必要条件。其中,分路的数量可任意选择。为了提高耐压强度。也可串联可关断晶闸管。

Claims (9)

1.具有至少一个分路的换流器电路装置,其特征在于该分路具有偶数个串联的可关断晶闸管(GTO1、GTO2)并具有与晶闸管(GTO1、GTO2)反并联的反并联二极管(D1、D2),所述分路或每个分路与一直流电源相连接并且该分路或每个分路的一个中间节点形成一个负载端,并且还具有限制电流和电压上升速度的装置(L、D3和C1、C2),这些装置可防止过高的电流和电压上升速度从而保护可关断晶闸管(GTO1、GTO2),其中可关断晶闸管(GTO1、GTO2)受到控制,并且在每个分路中,限制电压上升速度的装置最少只包括一个电容器(C1或C2),该电容器是与相应的晶闸管(GTO1或GTO2)的反并联二极管(D1或D2)之一并联设置的。
2.按照权利要求1所述的电路装置,其特征在于,限制电流上升速度的装置(L、D3)包括一个由只有一个电感(L)和只有一个限流二极管(D3)构成的并联电路,其中,该并联电路被连接在一个或每个分路的晶闸管(GTO1、GTO2)之间,并且电感(L)的中间抽头形成一个负载端。
3.按照权利要求2所述的电路装置,其特征在于,电感(L)包括两个单独的、串联的线圈(L1、L2)并且负载端位于这两个线圈的中间。
4.按照权利要求1所述的电路装置,其特征在于,限制电流上升速度的装置(L、D3)位于直流电源的正极或负极和一个或每个分路之间并且包括一个仅一个电感(L)和仅一个限流二极管(D3)构成的并联电路。
5.按照权利要求1所述的电路装置,其特征在于,限制电流的装置包括一个并联电路,该并联电路具有一个限流二极管(D3)和两个串联的电感(L1、L2),该并联电路被连接在一个或每个分路的晶闸管(GTO1、GTO2)之间,两个电感(L1、L2)的中间节点形成负载端,并与反并联二极管(D1、D2)的中间节点相连。
6.按照权利要求1所述的电路装置,其特征在于,晶闸管(GTO1、GTO2)是反向导通的,并且限制电流上升速度的装置包括一个电感(L),该电感设在一个分路的晶闸管(GTO1、GTO2)的中间节点和反并联二极管(D1、D2)的中间节点之间。
7.按照权利要求1至6之一所述的电路装置,其特征在于,为两个或两个以上的晶闸管(GTO1或GTO2),分别设置一个与相应的反并联二极管(D1、D2)并联的电容器(C1、C2)。
8.按照权利要求6所述的电路装置,其特征在于,设置了与晶闸管中的一个(GTO1或GTO2)并联的电容器(C3),连接在晶闸管(GTO1、GTO2)的中间节点和直流电压源的一个电极之间。
9.按照权利要求1所述的电路装置,其特征在于,限制电压上升速度的装置的电容器(C1或C2)的电容量或电容器(C1和C2)的电容量的总和具有一个值,使得最大断路电流与电容量或电容量的总和之比大于或等于2kv/μs,并且限制电流上升速度的装置的电感量具有一个值,使得中间回路电压与电感量之比大于或等于1KA/μs。
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