DE102020108591A1 - Thyristor-Gleichrichter mit verbessertem Stromstossverhalten und Elektromotorantrieb mit einem entsprechenden Thyristor-Gleichrichter - Google Patents

Thyristor-Gleichrichter mit verbessertem Stromstossverhalten und Elektromotorantrieb mit einem entsprechenden Thyristor-Gleichrichter Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die AC-DC-Wandlung in der Leistungselektronik. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf einen Thyristor-Gleichrichter gerichtet, der in einem Elektromotorantrieb eingesetzt werden kann. Der Gleichrichter umfass drei Thyristoren und drei Dioden, wobei die Thyristoren mit einem positiven Gleichrichterausgang und die drei Dioden mit einem negativen Gleichrichterausgang verbunden sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen elektromotorischen Antrieb mit einem entsprechenden Thyristor-Gleichrichter. Im Allgemeinen kann die vorliegende Erfindung in einem Frequenzumrichter für einen Elektromotorantrieb verwendet werden, sie kann aber auch in antriebsfremden Anwendungen eingesetzt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die AC-DC-Wandlung in der Leistungselektronik. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf einen Thyristor-Gleichrichter gerichtet, der in einem Elektromotorantrieb eingesetzt werden kann. Der Gleichrichter besteht aus drei Thyristoren und drei Dioden, wobei die Thyristoren mit einem positiven Gleichrichterausgang und die drei Dioden mit einem negativen Gleichrichterausgang verbunden sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen elektromotorischen Antrieb mit einem entsprechenden Thyristor-Gleichrichter. Im Allgemeinen kann die vorliegende Erfindung in einem Frequenzumrichter für einen Elektromotorantrieb verwendet werden, sie kann aber auch in antriebsfremden Anwendungen eingesetzt werden.
  • Thyristor-Gleichrichter oder siliziumgesteuerte Gleichrichter werden bei bestimmten Leistungspegeln in AC-DC-Wandleranwendungen eingesetzt. Thyristoren haben eine natürliche Schwäche, da ihre di/dt-Fähigkeit zu Beginn der Leitungsperiode sehr begrenzt ist. Dies hat sich bei Feldanwendungen und nicht nur bei Laborversuchen als Problem erwiesen.
  • Das Problem der gegenwärtig umgesetzten Abhilfemaßnahmen besteht darin, dass sie nicht in allen relevanten Situationen Schutz für den Gleichrichter bieten. Beispielsweise stoppen bekannte Lösungen das Auslösesignal an den Thyristor, wenn eine Überspannung erkannt wird. Dies bietet jedoch keinen vollständigen Schutz, da die Auslösung möglicherweise genau in dem Moment ausgelöst wurde, in dem die Überspannung bzw. der Stoßstrom (Surge) auftritt. In diesem Fall ist es zu spät, um das Auslösesignal zu entfernen, so dass ein Zeitfenster bleibt, in dem der Thyristor ungeschützt ist.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Thyristor-Gleichrichter zur Verfügung zu stellen, der die oben genannten Probleme überwindet. Dieses Ziel wird durch einen Thyristor-Gleichrichter nach Anspruch 1 und einen elektromotorischen Antrieb mit einem entsprechenden Thyristor-Gleichrichter nach Anspruch 6 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein Thyristor-Gleichrichter vorgesehen, der in einem elektromotorischen Antrieb eingesetzt werden kann. Der Thyristor-Gleichrichter umfasst typischerweise drei Thyristoren und drei Dioden. Die Thyristoren sind mit einem positiven Gleichrichterausgang verbunden und die drei Dioden sind mit einem negativen Gleichrichterausgang verbunden. Der Thyristor-Gleichrichter umfasst eine Impedanz und einem Kondensator, die in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei die Impedanz und der Kondensator den positiven Gleichrichterausgang mit dem negativen Gleichrichterausgang verbinden und wobei die Impedanz ein NTC-Widerstand ist.
  • Der Thyristor-Gleichrichter nach der vorliegenden Erfindung begrenzt den Strom beim Einschalten des Thyristors mittels einer Impedanz. In der vorliegenden Erfindung verursacht die Impedanz bei anderen Betriebsszenarien des Thyristor-Gleichrichters keine Probleme.
  • Die vorliegende Erfindung stellt daher eine einfache und billige Verbesserung dar, die zusätzlich zu bestehenden Abhilfemaßnahmen eingesetzt werden kann. Die Absicht der Erfindung besteht nicht darin, die gegenwärtigen Schutzmaßnahmen von Thyristor-Gleichrichtern zu ersetzen, sondern eine weitere Schutzmaßnahme zu den bereits vorhandenen hinzuzufügen und dadurch das Robustheitsniveau des Thyristor-Gleichrichters und der zugehörigen Systeme zu verbessern.
  • Durch die Verwendung eines NTC-Widerstandes wird eine Verbesserung des Überspannungsschutzes gewährleistet, während gleichzeitig der Gleichrichterschutz während eines Erdschlusszustandes an z.B. einem Motorkabel bei Verwendung der IT-Netzeinspeisung gewährleistet ist. Ein solcher Fehler kann hohe Spannungsspitzen an den Gleichrichterkomponenten erzeugen, die deren Sperrspannungsfähigkeit übersteigen. Diese Spitzen können von Spannungsbegrenzungsvorrichtungen wie Varistoren (MOV's) bewältigt werden, aber sie bieten nur einen sehr kurzfristigen Schutz, da sie sonst überhitzen. Die normale, aus dem Stand der Technik bekannte Lösung ist das Hinzufügen von Kondensatoren über den Gleichrichter. Diese Kondensatoren stellen jedoch einen Strompfad zur Verfügung, der die Thyristoren bei einem Stromstoß beschädigen kann. Durch die Verwendung eines NTC in Reihe mit dem Kondensator oder einer Vielzahl von Kondensatoren wird die Stoßfestigkeit während des normalen Betriebs verbessert und zusätzlich die Fehleranfälligkeit des Motorkabels aufrechterhalten, da die MOVs sich nur den Schutz des Gleichrichters gewährleisten müssen, bis sich der NTC erwärmt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Impedanz direkt mit dem negativen Gleichrichterausgang verbunden. Eine direkte Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass zwischen der Impedanz auf der einen Seite und dem negativen Gleichrichterausgang auf der anderen Seite keine weiteren elektrischen Komponenten vorgesehen sind, mit Ausnahme einer elektrischen Verbindung, d.h. eines Leiterabschnitts. Dieselbe Definition kann auch für andere in dieser Anmeldung erwähnten direkte Verbindungen gelten.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kondensator direkt mit dem positiven Gleichrichterausgang verbunden. Die Seite des Kondensators, die mit dem positiven Gleichrichterausgang verbunden ist, kann der Seite des Kondensators gegenüberliegen, die mit der Impedanz und/oder der Sicherung verbunden ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Schaltungsteil mit der Impedanz und dem Kondensator parallel zu einem Schaltungsteil mit mindestens einer zweiten Impedanz angeordnet, wobei die zweite Impedanz den positiven Gleichrichterausgang mit dem negativen Gleichrichterausgang verbindet. Die zweite Impedanz kann zwei oder mehr Impedanzen umfassen, die in Reihe zueinander angeordnet sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Thyristoren direkt mit einem positiven Gleichrichterausgang und die drei Dioden direkt mit einem negativen Gleichrichterausgang verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf einen elektromotorischen Antrieb mit einem Thyristor-Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden mit Bezug auf die in 1 dargestellte Ausführungsform beschrieben.
  • zeigt eine schematische Darstellung eines Thyristor-Gleichrichters 10. Der Thyristor-Gleichrichter 10 kann ein Teil eines Elektromotorantriebs bzw. eines elektromotorischen Antriebs sein. Der Thyristor-Gleichrichter 10 umfasst drei Thyristoren D1, D3, D5 und drei Dioden D2, D4, D6, wobei die Thyristoren D1, D3, D5 an einen positiven Gleichrichterausgang REC+ und die drei Dioden D2, D4, D6 an einen negativen Gleichrichterausgang REC- angeschlossen sind. Erfindungsgemäß umfasst der Thyristor-Gleichrichter 10 eine Impedanz 11 und einen Kondensator 12, die in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei der Kondensator 12 mit dem positiven Gleichrichterausgang REC+ und die Impedanz 11 mit dem negativen Gleichrichterausgang REC- verbunden ist und wobei die Impedanz 11 ein NTC-Widerstand ist.
  • Der Schaltungsteil mit der Impedanz 11 und dem Kondensator 12 ist parallel zu einem Schaltungsteil mit mindestens einer zweiten Impedanz 13 angeordnet, wobei die zweiten Impedanzen 13 den positiven Gleichrichterausgang REC+ mit dem negativen Gleichrichterausgang REC- verbinden. Darüber hinaus sind die Thyristoren D1, D3, D5 direkt mit dem positiven Gleichrichterausgang REC+ und die drei Dioden D2, D4, D6 direkt mit dem negativen Gleichrichterausgang REC- verbunden.
  • Obwohl in nicht dargestellt, kann der gegenwärtig beschriebene Thyristor-Gleichrichter Teil eines Elektromotorantriebs sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf eine der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf vielfältige Weise modifiziert werden.
  • Alle sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen ergebenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Details, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können für die Erfindung sowohl einzeln als auch in den verschiedensten Kombinationen wesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Thyristor-Gleichrichter
    11
    Impedanz
    12
    Kondensator
    13
    zweite Impedanz
    D1, D3, D5
    Thyristoren
    D2, D4, D6
    Dioden
    REC+
    positiver Gleichrichterausgang
    REC-
    negativer Gleichrichterausgang

Claims (6)

  1. Thyristor-Gleichrichter (10), insbesondere für einen elektromotorischen Antrieb, mit drei Thyristoren (D1, D3, D5) und drei Dioden (D2, D4, D6), wobei die Thyristoren (D1, D3, D5) mit einem positiven Gleichrichterausgang (REC+) und die drei Dioden (D2, D4, D6) mit einem negativen Gleichrichterausgang (REC-) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristor-Gleichrichter (10) eine Impedanz (11) und einen Kondensator (12) umfasst, die in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei der Kondensator (12) mit dem positiven Gleichrichterausgang (REC+) verbunden ist und die Impedanz (11) mit dem negativen Gleichrichterausgang (REC-) verbunden ist und wobei die Impedanz ein NTC-Widerstand ist.
  2. Thyristor-Gleichrichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (11) direkt mit dem negativen Gleichrichterausgang (REC-) verbunden ist.
  3. Thyristor-Gleichrichter (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) direkt mit dem positiven Gleichrichterausgang (REC+) verbunden ist.
  4. Thyristor-Gleichrichter (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltungsteil mit der Impedanz (11) und dem Kondensator (12) parallel zu einem Schaltungsteil mit mindestens einer zweiten Impedanz (13) angeordnet ist, wobei die zweite Impedanz (13) den positiven Gleichrichterausgang (REC+) mit dem negativen Gleichrichterausgang (REC-) verbindet.
  5. Thyristor-Gleichrichter (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thyristoren (D1, D3, D5) direkt mit einem positiven Gleichrichterausgang (REC+) und die drei Dioden (D2, D4, D6) direkt mit einem negativen Gleichrichterausgang (REC-) verbunden sind.
  6. Elektromotorischer Antrieb mit einem Thyristor-Gleichrichter (10) nach einem der Ansprüche 1-5.
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