DE1142410B

DE1142410B - Converter system with valve assemblies made of semiconductor elements

Info

Publication number: DE1142410B
Application number: DES59336A
Authority: DE
Inventors: Willi Mosch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-08-08
Filing date: 1958-08-08
Publication date: 1963-01-17
Also published as: GB901653A; CH373461A

Description

Stromrichteranlage mit Ventilanordnungen aus Halbleiterelementen Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von Stromrichteranlagen mit Ventilanordnungen aus Halbleiterelementen, wobei diesen Halbleiterelementen mit Rücksicht auf die Beherrschung des an ihnen auftretenden Trägerstaueffektes Kondensatoren oder solche Kondensatoren in Reihe mit ohmschen Widerständen parallel geschaltet sind, die entsprechend der durch die Anstiegssteilheit der Sperrspannung beim Übergang der Halbleiterelemente in die Sperrphase bestimmten Frequenz bemessen sind. Diese Frequenz liegt bekanntermaßen wesentlich höher als die Frequenz der den Stromrichter speisenden Netzwechselspannung.Converter system with valve arrangements made of semiconductor elements The invention relates to an improvement in power converter systems with valve assemblies of semiconductor elements, these semiconductor elements with regard to the Mastery of the carrier accumulation effect that occurs on them, capacitors or such Capacitors are connected in series with ohmic resistors in parallel, which accordingly that due to the steepness of the rise in the reverse voltage at the transition of the semiconductor elements are dimensioned in the blocking phase certain frequency. This frequency is known to be much higher than the frequency of the AC line voltage feeding the converter.

Eine solche Parallelschaltung von Kondensatoren bzw. von Kondensatoren in Reihe mit ohmschen Widerständen kann aber neben ihrer günstigen Wirkung gleichzeitig einen Mangel für die Stromrichteranlage entstehen lassen. Die Kondensatoren können nämlich durch ihre während der Sperrphase der zugehörigen Halbleiterelemente erfolgende elektrische Aufladung mit sehr klein werdender Belastung des Stromrichters zu einer so hohen Spannung an den Verbraucheranschlußklemmen der Anlage Anlaß geben, daß die dann noch im Verbraucherkreis liegenden Verbraucher gegebenenfalls unzulässig elektrisch beansprucht werden können.Such a parallel connection of capacitors or capacitors in series with ohmic resistors can, in addition to their favorable effect, at the same time cause a defect for the converter system. The capacitors can namely by their occurring during the blocking phase of the associated semiconductor elements electrical charging with a very small load on the converter to a so high a voltage at the consumer connection terminals of the system that the consumers then still in the consumer group may not be permitted can be electrically stressed.

Solche Verhältnisse können sich z. B. ergeben in Stromversorgungsanlagen auf Fahrzeugen, in welchen über die Stromrichteranlage außer den Fahrmotoren noch die Lichtquellen und ähnliche Verbraucher mit kleinem elektrischem Energiebedarf vorhanden sind, die auch, sobald die Fahrmotoren abgeschaltet sind, noch jeweils gespeist werden.Such relationships can, for. B. result in power supply systems on vehicles in which via the power converter system in addition to the traction motors the light sources and similar consumers with low electrical energy requirements are present, which are still in each case as soon as the traction motors are switched off be fed.

Wird ferner der Verbraucherkreis vollständig von der Stromversorgung abgeschaltet, so können durch die bis auf den Spitzenspannungswert der speisenden Wechselspannungsquelle aufgeladenen Kondensatoren an den gleichstromseitigen Klemmen der Stromrichteranlage Spannungen entstehen, die in ihrer Aufteilung auf die zwischen diesen Klemmen in Reihe liegenden Halbleiterventile der Schaltung zu einer spannungsmäßigen Überbeanspruchung dieser Ventile gegenüber ihrer Beanspruchung bei der Speisung eines Verbrauchers Anlaß geben können.Furthermore, the consumer circuit is completely from the power supply switched off, then through the up to the peak voltage value of the feeding AC voltage source charged capacitors at the DC-side terminals of the converter system, voltages arise, which in their distribution to the between These terminals in series semiconductor valves of the circuit to a voltage-wise Overstressing of these valves compared to their stress during the supply a consumer can give cause.

Dieser Mangelerscheinung kann in solchen angegebenen Anlagen mit aus Halbleitergleichrichterelementen bestehenden elektrischen Ventilen und Kondensatoren als Hilfsschaltungselemente zur Beherrschung des Trägerstaueffektes an den Gleichrichterelementen dadurch begegnet werden, daß erfindungsgemäß zusätzlich zu der vom Stromrichter gespeisten eigentlichen Nutzverbraucheranlage noch eine Hilfsverbraucheranlage vorgesehen ist, welche bei nur sehr kleiner Belastung des Stromrichters durch die Nutzverbraucheranlage einschließlich deren Abschaltung eine untere Grenzbelastung des Stromrichters sichert.This deficiency symptom can occur in such specified systems Semiconductor rectifier elements consisting of electric valves and capacitors as auxiliary circuit elements to control the carrier jam effect at the rectifier elements be countered by the fact that according to the invention in addition to that of the converter fed actual consumer system nor an auxiliary consumer system is provided is which with only a very small load on the converter by the utility system including their shutdown ensures a lower limit load of the converter.

Die Stromrichteranlage kann dabei je Ventilanordnung auch mehrere parallel geschaltete, mehrere in Reihe geschaltete oder schließlich mehrere in Reihenparallelschaltung angeordnete Halbleitergleichrichterelemente aufweisen, wobei dann jeweils ein entsprechender Kondensator oder eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand der einzelnen elektrischen Ventilanordnung parallel geschaltet ist.The converter system can also have several for each valve arrangement connected in parallel, several in series or finally several in series parallel connection have arranged semiconductor rectifier elements, then in each case a corresponding Capacitor or a series connection of a capacitor and an ohmic resistor the individual electrical valve arrangement is connected in parallel.

Das Zuschalten einer künstlichen Belastung war an sich z. B. bei Quecksilberdampfstromrichtem in Form einer bei Leerlauf sich selbst einschaltenden Belastung bekannt, jedoch in diesem Falle zu dem Zwecke, den Lichtbogen der Gleichrichter aufrechtzuerhalten.The connection of an artificial load was z. B. with mercury vapor converters known in the form of a load that switches itself on when idling, however in this case for the purpose of maintaining the arc of the rectifiers.

Ferner war bekannt, ein Verbrauchergerät durch Zuschalten eines Reihenwiderstandes gegen eine Stromüberlastung zu schützen.It was also known to use a consumer device by connecting a series resistor to protect against current overload.

Weiterhin war es bei Netzanschlußgeräten zur Belieferung von Radioschaltungen bekannt, dem Gleichrichter des Netzwechselstromes Siebketten aus Drosseln und Kondensatoren zur Glättung des gleichgerichteten Stromes nachzuschalten und zum Schutz dieser Kapazitäten der Glättungseinrichtung abhänging von der Größe des jeweils gelieferten Gleichstromes mittels einer selbsttätigen Schaltvorrichtung beim Unterschreiten eines bestimmten Stromwertes eine künstliche Belastung zwischen den beiden die Siebkette speisenden Leitern einzuschalten und diese Belastung wieder auszuschalten, sobald der Speisestrom der Verbraucheranlage einen bestimmten Wert überschreitet. Diese Lösung hatte zum Ziel, eine allzu große Spannungszunahme an den Kondensatoren der Siebkette zu verhindern, so daß für diese Kondensatoren elektrolytische Kondensatoren großer Kapazität benutzt werden können, die ohne eine solche Schutzvorrichtung nicht verwendet werden könnten.It was also used for power supply units for the delivery of radio circuits known, the rectifier of the mains alternating current filter chains made of chokes and capacitors downstream to smooth the rectified current and to protect it Capacities of the smoothing device depend on the size of the respectively delivered DC current by means of an automatic switching device when falling below a certain current value an artificial load between the two the sieve chain turn on the feeding ladders and these To switch off the load again, as soon as the feed current of the consumer system exceeds a certain value. The aim of this solution was to reduce the voltage increase on the capacitors too much to prevent the sieve chain, so that for these capacitors electrolytic capacitors large capacity can be used without such a protection device could be used.

Ferner ist es in Stromversorgungsgeräten für indirekt beheizte Elektronenröhren bekanntgeworden, den Kondensatoren der Siebkette jeweils einen Widerstand mit nichtlinearem Stromspannungscharakter parallel zu schalten, um die Filterkondensatoren für den gleichgerichteten Wechselstrom gegen eine zu hohe Spannung während desjenigen Zeitraumes zu schützen, welcher bis zur Aufwärmung der Kathode der Elektronenröhre und ihrer Lastübernahme in Rechnung zu stellen ist.It is also used in power supply devices for indirectly heated electron tubes became known, the capacitors of the sieve chain each have a resistance with non-linear To connect voltage character in parallel to the filter capacitors for the rectified alternating current against an excessively high voltage during that period to protect, which up to the warming up of the cathode of the electron tube and its Load transfer is to be charged.

Dieser Stand der Technik beschäftigt sich also mit der Lösung der Aufgabe des Schutzes der Kondensatoren von Glättungseinrichtungen in Stromversorgungsgeräten. Die vorliegende Erfindung aber hat die Aufgabe zur Grundlage, in einer Stromrichteranlage mit aus einem oder mehreren Halbleitergleichrichterelementen bestehenden elektrischen Ventilen und diesen Ventilen für die Beherrschung des an ihnen auftretenden Trägerstaueffektes zugeordneten und bemessenen Kondensatoren nachteilige Auswirkungen dieser Kondensatoren zufolge ihrer Aufladespannungen bei niedrigen Netzbelastungen der Stromrichter vorzubeugen, und zwar ganz unabhängig von einer eventuell vorhandenen oder nicht vorhandenen Glättungseinrichtung für den von der Anlage gelieferten Gleichstrom.This prior art is thus concerned with the solution of Task of protecting the capacitors of smoothing devices in power supply devices. However, the present invention is based on the object in a power converter system with electrical one or more semiconductor rectifier elements Valves and these valves for controlling the carrier jam effect that occurs on them associated and rated capacitors adverse effects of these capacitors to prevent the converters according to their charging voltages at low network loads, and quite independently of any existing or nonexistent Smoothing device for the direct current supplied by the system.

Diese Hilfsverbraucheranlage kann entweder dauernd an den Stromrichter angeschlossen sein oder sie kann in bekannter Weise mit dem Absinken des Strombedarfes der Nutzverbraucheranlage bis auf einen Wert nahe dem genannten unteren Grenzwert der Belastung des Stromrichters abhängig von der Belastung des Stromrichters selbsttätig eingeschaltet werden oder es kann dann eine Meldung für ihre notwendige bedienungsmäßige Einschaltung gegeben werden.This auxiliary consumer system can either be permanently connected to the converter be connected or it can be connected in a known manner with the decrease in power demand of the utility system down to a value close to the mentioned lower limit value the load on the converter automatically depending on the load on the converter be switched on or it can then be a message for their necessary operational Activation can be given.

Eine beispielsweise Schaltung für die Anwendung der Erfindung zeigt die Zeichnung. In dieser Schaltung wird von dem an den Klemmen RST liegenden dreiphasigen Wechselstromnetz über die Leitungen 1 bis 3 und die aus den Halbleiterventilen 4 bis 9 bestehende dreiphasige Gleichrichterbrückenschaltung 19 der Verbraucher10 gespeist. Jedem der Halbleiterventile 4 bis 9 ist zur Beherrschung des an ihm mit Beendigung seiner Durchlaßphase auftretenden Trägereffektes je einer der Kondensatoren 11 bis 16 parallel geschaltet. Parallel zur Nutzverbraucherlast 10 ist eine Hilfsbelastung 18 zwischen den Gleichstromanschlüssen der Stromrichteranlage vorgesehen, welche dauernd eingeschaltet ist. Sie kann z. B. eine untere Grenzbelastung der Stromrichteranlage von etwa 3 °'o der Normalbelastung des Stromrichters durch den Nutzverbraucher 10 gewährleisten.An example circuit for the application of the invention is shown in the drawing. In this circuit, the three-phase alternating current network connected to the terminals RST is fed via the lines 1 to 3 and the three-phase rectifier bridge circuit 19 consisting of the semiconductor valves 4 to 9 of the consumer 10. One of the capacitors 11 to 16 is connected in parallel to each of the semiconductor valves 4 to 9 in order to control the carrier effect occurring on it at the end of its conduction phase. In parallel with the useful consumer load 10 , an auxiliary load 18 is provided between the direct current connections of the converter system, which is continuously switched on. You can z. B. ensure a lower limit load of the converter system of about 3 ° o of the normal load of the converter by the user 10 .

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Converter system with valve arrangements made of semiconductor elements and this with regard to the control of the carrier jam effect that occurs on them connected in parallel and corresponding to the rise in the reverse voltage at the transition to the blocking phase, capacitors or a specific frequency parallel series connection of capacitors and resistors, thereby characterized in that in addition to the actual consumer system fed by the converter still an auxiliary consumer system is provided, which is only very small of the converter by the consumer system including its shutdown ensures a lower limit load on the converter.

2. Converter system according to Claim 1, characterized in that the auxiliary consumer system is permanently connected to the Converter is connected.

3. converter system according to claim 1, characterized in that that the auxiliary consumer system with the decrease in the load on the converter is switched to the converter at a certain lower limit value.

4th Converter system according to Claim 1 or one of the following. characterized, that the auxiliary consumer anlacre a lower limit load of the converter of about 30% of the normal load on the converter by the utility system guaranteed. Publications considered: German Patent No. 553 192: U.S. Patent No.? 097 882.