DE1196786B

DE1196786B - Schutzschaltung fuer Stromrichteranlagen mit aus Halbleiterelementen bestehenden elektrischen Ventilanordnungen

Info

Publication number: DE1196786B
Application number: DES65227A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinrich Herschmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-09-30
Filing date: 1959-09-30
Publication date: 1965-07-15
Also published as: CH386555A

Description

Schutzschaltung für Stromrichteranlagen mit aus Halbleiterelementen bestehenden elektrischen Ventilanordnungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von Schutzschaltungen für Stromrichteranlagen mit aus Halbleiterelementen bestehenden elektrischen Ventilanordnungen, wenn die Halbleiterelemente auf der Basis eines Halbleiterkörpers aus Germanium oder Silizium hergestellt sind und diese Halbleiterelemente gegen die Wirkung von Spannungserhöhungen geschützt werden sollen, welche durch den beim Übergang eines Halbleiterelementes aus einer Stromführungsphase in die Sperrphase zufolge des an diesem Halbleiterelement auftretenden Trägerstaueffektes im Zusammenwirken mit Induktivitäten des Stromkreises als überspannungen hervorgerufen werden können.
Hierfür ist es zum Schutz der Halbleiterelemente bzw. Ventile einer solchen Stromrichterschaltung bekanntgeworden, zwischen den Wechselstromzuleitungen von diese Bauelemente in ihren Zweigen enthaltenden Gleichrichterbrückenschaltungen Kondensatoren einzuschalten oder den Halbleiterelementen in den Brückenzweigen je einen Kondensator parallelzuschalten, wobei mit dem jeweiligen Kondensator ein Widerstand in Reihe oder parallel zu diesem geschaltet werden kann.
Diese Schaltungselemente sollen Nebenpfade bilden, welche bei der Netzfrequenz des gleichzurichtenden Wechselstromes, mit welchem die Halbleiterelemente gespeist werden, eine hohe Impedanz, bei der hohen Frequenz der zufolge des Trägerstaueffektes hervorgerufenen Überspannungen jedoch nur eine geringe Impedanz bilden.
Es ist in diesem Zusammenhang auch bekannt, wenn Spannungsamplituden als Kennzeichen benutzt werden sollen, um den Nebenpfad zwischen der eingespeisten Wechselstromleistung von Netzfrequenz und den überspannungserscheinungen unterscheiden zu lassen, an Stelle der Kapazitäten an den gleichen Stellen wie diese solche nichtlineare Widerstände einzuschalten, welche in gleicher Weise gegenüber der gleichzurichtenden Wechselspannung eine hohe Impedanz, jedoch bei den höheren Spannungen, welche die Stromübergangsimpulse sonst verursachen, eine niedrige Impedanz besitzen.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich speziell mit der Verbesserung" von Stromrichterschaltungen mit hohen Speisewechselspannungen, weshalb je elektrischem Ventil mehrere Halbleiterelemente mit einem Halbleiterkörper aus Germanium oder Silizium zur Bildung der einzelnen elektrischen Ventilanordnung in Reihe geschaltet sind.
Bei einer solchen Schaltung muß im allgemeinsten Falle in Rechnung gestellt werden, daß eines der in Reihe geschalteten Halbleiterelemente zuerst in Sperrung geht. Ist einem solchen Halbleiterelement ein Kondensator als Hilfsschaltungselement zur Beherrschung des Trägerstaueffektes parallel geschaltet, so wird, sobald das erste Halbleiterelement in Sperrung geht, sein Kondensator auf den momentan vorhandenen Betrag der Sperrspannung aufgeladen sein. Sobald die nachfolgenden Halbleiterelemente in Sprerung gehen, wird dieser zuerst aufgeladene Kondensator weiter aufgeladen, und das Endergebnis ist, daß die in Reihe liegenden Kondensatoren verschiedene Ladungen besitzen; an ihnen daher verschiedene Spannungen bestehen und somit eine ungleichmäßige anteilige Aufteilung der gesamten Sperrspannung auf die in dem elektrischen Ventil in Reihe liegenden Halbleiterelemente stattgefunden hat. Die Halbleiterelemente werden daher entsprechend ungleichmäßig spannungsmäßig beansprucht.
Dieser Mangelerscheinung läßt sich erfindungsgemäß dadurch vorbeugen, daß den einzelnen in Reihe geschalteten Halbleiterelementen oder Gruppen von Halbleiterelementen der Reihenschaltung zur Beherrschung der Auswirkungen des Trägerstaueffektes nichtlineare Widerstände aus mittels eines keramischen Bindemittels gesintertem Siliziumkarbid parallel geschaltet sind.
Geht bei einer- solchen Schaltung eines der in Reihe geschalteten Halbleiterelemente in den Sperr-; zustand über, so begrenzt dieser Widerstand als parallelgeschaltetes Glied die Spannung an dem Halbleiterelement auf einen eindeutigen oberen Wert. Gehen nämlich die nachfolgenden Halbleiterelemente der Reihenschaltung in Sperrung, so beginnt ein solcher nichtlinearer Widerstand an der zuerst sperrenden Zelle einen derart großen Strom zu ziehen, daß die anderen Halbleiterelemente mit den zu ihnen parallelliegenden, nichtlinearen Widerständen zur Übernahme anteiliger Spannung an der jeweiligen momentanen Gesamtspannung gezwungen werden. Die Spannung an dem nichtlinearen Widerstand des zuerst in Sperrung gegangenen Ventils bleibt von dem Zeitpunkt des Beginns der Sperrphase dieses Ventils bzw. dem entsprechenden Moment an, wo dieser nichtlineare Widerstand nach seiner Kennlinie praktisch einen Wert an seinen Klemmen im Sinne seiner Sättigungsspannung erreicht hat, praktisch auf ihrem etwa gleichen Wert und kann nicht mehr wesentlich ansteigen.

Claims

Patentanspruch: Schutzschaltung für Stromrichter mit Halbleiterelementen aus Germanium oder Silizium in Reihenschaltung enthaltenden Ventilen, d adurch gekennzeichnet, daß den einzelnen in Reihe geschalteten Halbleiterelementen oder Gruppen von Halbleiterelementen der Reihenschaltung zur Beherrschung der Auswirkungen des Trägerstaueffektes nichtlineare Widerstände aus mittels eines keramischen Bindemittels gesintertem Siliziumkarbid parallel geschaltet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 933 820; britische Patentschrift Nr. 820 615; Karl M a i e r »Der Trockengleichrichter«, München, 1938, S. 268; Funk-Technik, 1953, S. 418, 423.