DE1184004B

DE1184004B - Arrangement for the safe operation of controllable cells in series

Info

Publication number: DE1184004B
Application number: DEL46128A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Juergen Hengsberger; Helmut Niehage
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-10-21
Filing date: 1963-10-21
Publication date: 1964-12-23
Also published as: CH429927A

Description

Anordnung zum sicheren Betrieb von steuerbaren Zellen in Reihenschaltung Steuerbare Zellen haben nach dem jetzigen Stand der Technik ausnutzbare Sperrspannungen von etwa 50 bis 400 Volt. Da in vielen Anwendungsfällen wesentlich höhere Sperrspannungen auftreten,- ist die Reihenschaltung von Zellen oder ganzen Stromrichtern erforderlich. Die Reihenschaltung von Stromrichtern bedingt einen höheren starkstromtechnischen Aufwand. Die unmittelbare Reihenschaltung von Zellen ist also anzustreben. Hierbei treten jedoch Schwierigkeiten auf. Sie rühren daher, daß man eine größere Anzahl von reihengeschalteten Zellen praktisch nicht gleichzeitig zünden kann, selbst dann nicht, wenn die Zündimpulse unendlich steile Flanken haben und die Impulse absolut gleichzeitig kommen. Der Grund liegt in der individuellen Streuung der Zündeigenschaften der Zellen, in diesem Fall in der Streuung der Einschaltverzugszeiten.Arrangement for the safe operation of controllable cells in series connection According to the current state of the art, controllable cells have usable reverse voltages from about 50 to 400 volts. Because in many applications there are significantly higher blocking voltages - it is necessary to connect cells or entire converters in series. The series connection of converters requires a higher high current technical Expenditure. The direct series connection of cells is therefore desirable. Here however, difficulties arise. They stem from the fact that you have a larger number of cells connected in series can practically not ignite at the same time, even then not if the ignition pulses have infinitely steep edges and the pulses are absolute come at the same time. The reason lies in the individual dispersion of the ignition properties of the cells, in this case in the spread of the switch-on delay times.

Bei den üblicherweise angewendeten Impulshöhen muß man mit Einschaltverzugszeiten von 1 bis 10 [,s rechnen. Die Zündzeitpunkte mehrerer reihengeschalteter Zellen können demnach um etwa 9 ws differieren. Haben nun beispielsweise vier von fünf reihengeschalteten Zellen bereits durchgeschaltet und die fünfte noch nicht, so muß diese Zelle bis zu ihrer Zündung die volle Sperrspannung oder zumindest einen erheblichen Teil der gesamten Sperrspannung übernehmen. Dies führt normalerweise zur Zerstörung der betroffenen Zelle. Die Verlagerung der Sperrspannung auf die zuletzt zündende Zelle geschieht sehr schnell und ist in der Geschwindigkeit nur begrenzt durch die im Hauptstromkreis vorhandenen Streuinduktivitäten und das Beschaltungs-RC-Glied der Zelle. Die Induktivitäten werden aber in vielen Fällen durch die Pufferwirkung paralleler kapazitiver Speicher unwirksam gemacht. Man erhält daher unschwer Spannungsanstiegssteilheiten von 1 kV/#ts an den noch nicht gezündeten Zelle.With the pulse heights that are usually used, one must use switch-on delay times calculate from 1 to 10 [, s. The ignition times of several cells connected in series can therefore differ by about 9 ws. Now have, for example, four out of five cells connected in series already switched through and the fifth not yet, so this cell must have the full reverse voltage or at least one until it is ignited take over a considerable part of the total reverse voltage. This usually results to destroy the affected cell. The shift of the reverse voltage to the last cell igniting happens very quickly and is only in speed limited by the leakage inductance in the main circuit and the wiring RC element the cell. In many cases, however, the inductances are reduced by the buffer effect parallel capacitive storage made ineffective. There is therefore no difficulty in obtaining voltage rise steepnesses of 1 kV / # ts on the not yet ignited cell.

Die Beseitigung dieser steil ansteigenden überspannungen ist Gegenstand der Erfindung.The elimination of these steeply rising overvoltages is the object the invention.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb einer Mehrzahl von steuerbaren Zellen in Reihe, für die es kennzeichnend ist, daß zur Vermeidung von Spannungserhöhungen an den Zellen im Zündaugenblick eine sättigbare Vordrossel vorgesehen ist, die in Verbindung mit RC-Gliedern, die parallel zu den Zellen angeordnet sind, wirksam wird. Durch diese Anordnung kann erreicht werden, daß die einzelnen Zellen ohne nennenswerten Spannungsanstieg während der Zündphase gezündet werden können.The invention relates to an arrangement for operating a plurality of controllable cells in series, for which it is characteristic that to avoid Voltage increases on the cells at the moment of ignition a saturable choke is provided is, which in connection with RC elements, which are arranged parallel to the cells, takes effect. By this arrangement it can be achieved that the individual cells can be ignited during the ignition phase without any appreciable increase in voltage.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: An Hand der Figuren sei der Erfindungsgegenstand näher erläutert.The mode of operation of the arrangement is as follows: Using the figures the subject of the invention is explained in more detail.

In F i g. 1 ist ein einfacher Kreis dargestellt. Der Transformator 12 speist über den gesteuerten Einweggleichrichter, bestehend aus den Ventilen 1, 2 und 3, den Verbraucher 11. In den Kreis eingefügt ist die Sättigungsdrossel 10.eemäß der Erfindung.In Fig. 1 a simple circle is shown. The transformer 12 feeds the consumer 11 via the controlled half-wave rectifier, consisting of the valves 1, 2 and 3. The saturation reactor 10 according to the invention is inserted into the circuit.

Die Ventile 1, 2 und 3 (F i g. 1) werden nun zum Zeitpunkt to (F i g: 2) mit ein&-m Zündimpuls i_, beaufschlagt. Nach der Zeit ti:,sehaltet das erste Ventil durch, und der nun fehlende Gegenspannungsanteil muß von den anderen Ventilen und der Drossel aufgebracht werden. Damit die Ventile die Spannung übernehmen können, müssen zunächst jedoch die zu den Ventilen parallelen RSC-Glieder 5/S und 6/9 nachgeladen werden. Die Sättigungsdrossel, die im Kreis liegt, verhindert aber,nun eine schnelle Nachladung, da sie nur einen kleinen Magnetisierungsstrom durchläßt. Die Spannung an den Ventilen 2 und 3 steigt daher nur langsam an, und die Drossel 10 übernimmt praktisch die gesamte frei gewordene Spannung. Nicht anders verlaufen die Vorgänge, wenn jetzt zum Zeitpunkt t2 und t3 die Ventile 2 und 3 durchschalten. Unter .der Voraussetzung, daß die Drossel 10 richtig bemessen ist, übernimmt sie stufenweise die volle Spannung, um dann zum Zeitpunkt t4 in Sättigung zu gehen. Zu diesem Zeitpunkt haben alle drei Ventile bereits durchgeschaltet und sind daher nicht mehr spannungsgefährdet.The valves 1, 2 and 3 (F i g. 1) are now at time to (F i g: 2) with a & -m ignition pulse i_, applied. After the time ti: see that first valve through, and the now missing counter-voltage component must be from the others Valves and the throttle are applied. So that the valves take over the voltage can, however, the RSC elements 5 / S and 6/9 can be reloaded. The saturation choke, which is in a circle, prevents, well fast recharging, as it only lets through a small magnetizing current. The voltage at valves 2 and 3 therefore increases only slowly, and so does the throttle 10 takes over practically all the tension that has become free. Not different the processes when valves 2 and 3 switch through at time t2 and t3. Under .the condition that the throttle 10 is correctly sized, it takes over gradually the full voltage to then go into saturation at time t4. At this point, all three valves have already switched through and are therefore no longer endangered by voltage.

Wie aus der Erklärung hervorgeht, ist die Wirksamkeit der Drossel begrenzt durch die Höhe ihres Magnetisierungsstromes. Die nachgeschalteten RC-Glieder müssen an die Drossel so angepaßt werden, daß die Spannung an den RC-Gliedern infolge Nachladung mit dem Magnetisierungsstrom einen zugelassenen Höchstwert nicht überschreitet. Die Spannung U, an dem RC-Glied des zuletzt schaltenden Ventils 3 ist gegeben durch den Ausdruck Hierzu bedeuten: uc(ra= Spannung am Kondensator 6 zum Zeitpunkt to.As can be seen from the explanation, the effectiveness of the choke is limited by the magnitude of its magnetizing current. The downstream RC elements must be adapted to the choke in such a way that the voltage on the RC elements as a result of recharging with the magnetizing current does not exceed a permitted maximum value. The voltage U, at the RC element of the last switching valve 3 is given by the expression For this purpose: uc (ra = voltage on capacitor 6 at time to.

i, = Nachladestrom, der den Kondensator 6 durchfließt. Praktisch identisch mit dem Magnetisierungsstrom der Vordrossel 10. R = Widerstand 9.i, = recharging current flowing through capacitor 6. Practically identical with the magnetizing current of the choke 10. R = resistance 9.

C = Kondensator 6.C = capacitor 6.

Wie man sieht, geht in u. sowohl der Momentanwert des Magnetisierungsstromes zum Zeitpunkt t3 als auch der Integralwert von to bis t3 ein.As you can see, both the instantaneous value of the magnetizing current go into u at time t3 as well as the integral value from to to t3.

Da die Sättigungsdrossel vom Starkstromkreis immer einseitig durchmagnetisiert wird, muß eine Rückmagnetisierung vorgesehen werden oder weichmagnetisches Material verwendet werden, das eine niedrige Remanenzinduktion aufweist. Im letzten Fall kann dann nur die Differenz zwischen der Remanenzinduktion und der Sättigungsinduktion ausgenutzt werden. Bei Anwendung der Rückmagnetisierung hat man zwar eine bessere Ausnutzung des Materials erreicht, muß jedoch für den Rückmagnetisierungskreis hinsichtlich Isolation und Verdrosselung einigen Aufwand treiben.Since the saturation choke is always magnetized on one side by the power circuit a reverse magnetization or soft magnetic material must be provided can be used, which has a low remanent induction. In the latter case can then only be the difference between the remanence induction and the saturation induction be exploited. If you use reverse magnetization you have a better one Utilization of the material achieved, however, must be considered for the reverse magnetization circuit Isolation and throttling drive some effort.

Vom Magnetmaterial sind darüber hinaus äußerst geringe Verluste (Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverluste) zu fordern. Die Höhe der Verluste ist maßgebend für die Größe des dynamischen Magnetisierungsstromes und damit für die Wirksamkeit der Drossel.The magnet material also has extremely low losses (eddy current and magnetic reversal losses). The amount of the losses is decisive for the size of the dynamic magnetizing current and thus for the effectiveness of the Throttle.

Ist die erfindungsgemäße Drossel 10 nicht vorhanden und wird die Wechselspannungsquelle durch einen Kondensator 13, der z: B. zu Bedämpfuregszwecken vorgesehen sein kann, gepuffert, tritt. am Ventil 3 unmittelbar vor dem Durchschalten die Summensperrspannung auf, in diesem Fall also der dreifache Wert. Die zugehörigen Spannungsverläufe sind in F i g. 2 bei uz und u. durch gestrichelten Linienzug angedeutet.If the choke 10 according to the invention is not present and the alternating voltage source is buffered by a capacitor 13 which, for example, can be provided for damping purposes. the total blocking voltage on valve 3 immediately before switching through, in this case three times the value. The associated voltage curves are shown in FIG. 2 at uz and u. Indicated by dashed lines.

Claims

Claims: 1. Arrangement for operating a plurality of controllable Cells in series, characterized in that to avoid voltage increases a saturable choke is provided on the cells at the instant of ignition, which in Connection with RC elements, which are arranged parallel to the cells, effective will.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a throttle with Reverse magnetization is provided.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that that ferrite chokes are used.

4. An arrangement according to claim 1, characterized indicates overall that saturable reactors are used according to claims 2 and 3. FIG.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the combination of throttle = sel and RC elements is designed so that the RC, Cueder simultaneously can also be used for damping the commutation voltage peaks.