DE1232634B - Leistungsschalter mit mindestens einer Leistungsunterbrechungsstelle, der mehrere Stromrichterventile parallel geschaltet sind - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:

,H Ol h - 33/04

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 c - 35/07

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

P 12 32 634.0-34 (A 51836)

14. März 1966

19.Januar 1967

6. Juli 1972

Auslegetag:

Ausgabetag:

Patentschrift weicht von der Auslegeschrift ab

Die Erfindung bezieht sich auf Leistungsschalter mit mindestens einer Leistungsunterbrechungsstelle, der mehrere Stromrichterventile in einer mit allen Ventilen in Reihe liegenden Trennstelle parallel geschaltet sind, mit einer Synchronschalteinrichtung, welche den Schalter dann öffnet, wenn die Richtung des Stromes in den Ventilen in Leitrichtung liegt.

Zur Erleichterung der Abschaltung von Strömen durch Leistungsschalter ist es bekanntgeworden, Gleichrichterventile parallel zu schalten (deutsche Patentschrift 638 981). Man erreicht dadurch, daß beim Öffnen des Schalters der Strom auf den Gleichrichter kommutiert, wenn er gerade in der Richtung fließt, welche der Gleichrichter durchläßt. Nach dem Nulldurchgang kann der Gleichrichter nicht mehr zünden, weil sich die Stromrichtung umkehrt. Auf diese Weise wird die Belastung des Schalters wesentlich herabgemindert. Es entsteht nur ein geringer Lichtbogen, und die Zeit zur Spannungsverfestigung der Schaltstrecke ist vergrößert. Damit solche Einrichtungen in beiden Richtungen wirken können, hat man zwei parallele Kreise mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung vorgesehen und mit den Gleichrichtern eine weitere Kontaktstelle in Reihe geschaltet.

Es ist ferner bekanntgeworden, Synchronisiereinrichtungen vorzusehen, die bewirken, daß der Kontakt, dem ein Gleichrichter bestimmter Richtung parallel liegt, nur dann geöffnet wird, wenn gerade der Strom in Durchlaßrichtung des Gleichrichters fließt (deutsche Auslegeschrift 1108 778).

Ferner hat man zu dem gleichen Zweck bei höheren Spannungen mehrere Einzelventile hintereinandergeschaltet, damit die Sperrspannung für den einzelnen Gleichrichter nach der Abschaltung nicht zu hoch ist (deutsche Auslegeschrift 1 005 594).

Bei höheren Spannungen und höheren Abschaltströmen müssen diese Dioden für den vollen Strom mindestens während einer Halbwelle bemessen sein. Dies bedingt eine teure und raumbeanspruchende Ausführung der Halbleiter. Durch die Erfindung wird nun versucht, eine einfachere und raumsparende Anordnung zu finden.

Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Strpmrichterventile aus zwei Gruppen bestehen, von denen die eine aus in Reihe liegenden Dioden, die andere aus mindestens einem gesteuerten Stromrichterventil besteht und der gesteuerte Stromrichter für die höchste am Leistungsschalter auftretende Lichtbogenspannung und die ganze Diodenstrecke für die wiederkehrende Spannung, beide Gruppen für eine Strombelastung von höchstens Leistungsschalter mit mindestens einer
Leistungsunterbrechungsstelle, der mehrere¹
Stromrjchterventile parallel geschaltet sind

Patentiert für:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.,
Baden (Schweiz)

ίο Vertreter:

Dr.-Ing. H. Kluge, Patentanwalt,
7891 Kadelburg

*5 Als Erfinder benannt:

Dipl.-El.-Ing. Werner Faust,
Wettingen (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 23. Februar 1966 (2636)

0,5 ms Dauer bemessen sind und der gesteuerte Stromrichter eine Steuereinrichtung besitzt, die ihn bei höchstens 0,5 ms vor dem Nulldurchgang des Stromes freigibt.

An sich ist eine Anordnung zum Schutz von gesteuerten Halbleiterelementen bekannt, bei der mit jedem gesteuerten Halbleiterelement ein oder mehrere ungesteuerte Halbleiterelemente in Reihe geschaltet sind, wobei die ungesteuerten Halbleiterelemente den überwiegenden Teil der Sperrspannung übernehmen (deutsche Auslegeschrift 1175359). Die angestrebte stationäre Spannungsverteilung wird hierbei mittels einer Widerstandsbeschaltung erzielt, die dynamische Spannungsverteilung mittels einer /?C-Beschaltung. Mit dieser bekannten Schaltanordnung soll vor allem die Spannungsbeanspruchung von gesteuerten Halbleiterelementen in Sperrichtung herabgesetzt und ein geringer Aufwand für die Zündung erreicht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter wird hingegen eine Entlastung der Leistungsschaltstrecke bei gleichzeitiger spannungs- und strommäßiger Entlastung der parallelgeschalteten Halbleiterelemente erzielt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Mit 1 ist der Schalter dargestellt, welcher einen Strom ausschalten soll. Parallel dazu sind in Reihe mehrere Dioden 2 geschaltet, welche die eine Gruppe

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der parallelgeschalteten Stromrichterreihe bildet. In Reihe mit dieser Diodensäule liegt ein gesteuertes Halbleiterventil 3, ein Thyristor. Mit diesem in Reihe wiederum eine weitere Kontaktstelle 4. Die Diodensäule ist für die volle wiederkehrende Spannung am Schalter auszulegen. Der Thyristor dagegen wird nur für die am Schalter 1 auftretende Lichtbogenspannung bemessen. Der Thyristor besitzt ein Steuergerät 5 und der Schalter die Auslöseeinrichtung 6. Die-Auslöseeinrichtung wird durch den Strom in der Zuleitung freigegeben. Sie ist über die Gleichrichteranordnung 8 an den Stromwandler 7 angeschlossen. Die Glcichrichteranordnung läßt nur dann Strom durch, wenn der Strom gerade die Durchlaßrichtung für die Gleichrichter 2 besitzt. Die Steuereinrichtung 5 für deh Thyristor 3 ist ebenfalls an die Gleichrichteranordnung 8 angeschlossen, wobei die Steuereinrichtung aber nur bei kleinen Strömen in der Durchgangsrichtung der Diode freigegeben wird. Bei großen Strömen wird der Thyristor gesperrt, ebenso bei entgegengesetzter Stromrichtuttg. Die Steueranordnung 6 ist also eine Synchronschalteinrichtung.

Die Wirkungsweise ist nun folgende:. Der Schalter 1 wird über die Synchronschalteinrichtung 6, 7, 8 geöffnet, wenn die Stromrichtung gerade in Durchlaßrichtung der Dioden liegt. Der Schalter wird dabei in bekannter Weise durch den Schutz oder durch eine Fernsteuerung betätigt. Er öffnet aber nur, wenn der Strom die vorgeschriebene Richtung besitzt. Zunächst entsteht ein Lichtbogen an den Kontakten dieses Schalters. Etwa 0,5 ms vor dem Stromnulldurchgang ist der Strom so weit abgesunken, daß die Steuereinrichtung 5 den Thyristor 3 freigeben kann. Dadurch wird der Lichtbogenstrom, der durch den Schalter 1 fließt, auf die Dioden und den Thyristor kommutiert. Vom Augenblick der Schalteröffnung bis zum Nulldurchgang liegt dann praktisch nur die Lichtbogenspannung an dem Thyristor. Nach der Kommutierung verschwindet der Lichtbogen am Schalter also bereits vor dem Nulldurchgang des Stromes, so daß der Schalter seine Spannungsfestigkeit schon vor Wiederkehr der Spannung zurückerhält. Dann liegt die wiederkehrende Spannung an der Diodenstrecke, bis die Kontaktstelle 4 geöffnet wird. Diese kann praktisch stromlos geöffnet werden.

Der Thyristor muß hierbei eine möglichst kurze Einschaltzeit besitzen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß er mit Querfeld-Emitter-Gate versehen ist, oder es werden steuerbare Halbleiterventile vorgesehen, die nach dem Feldeffekttransistor-Prinzip arbeiten. Die Bedingung ist, daß die Halbleiterscheibe in ihrer ganzen Breite möglichst sofort belegt wird, damit die Zündung rasch erfolgen kann. Man kann dies auch durch Thyristoren mit mehreren Steuerelektroden erreichen, welche zugleich an mehreren Stellen des Halbleiters angebracht sind.

Bei der geschilderten Anordnung wird die ganze Gleichrichtersäule nur sehr kurz belastet, allerdings während dieser Zeit mit hohen Strömen, welche bis einige tausend Ampere betragen können. Während der kurzen Zeit dieser Belastung tritt aber keine beträchtliche Erwärmung auf, daher braucht auch nicht auf eine Wärmeabfuhr Rücksicht genommen zu werden. Dies ermöglicht kleine Ausmaße der Dioden.

In der F i g. 2 ist eine weitere Maßnahme vorgesehen, welche für den Fall, daß aus irgendeinem Grund die Leitdauer der Diode zu lang werden kann, den Strom vorübergehend noch einmal auf den Kontakt des Hauptschalters zurückkommutiert. Parallel zu dem Thyristor 3 wird ein weiterer Thyristor 9 geschaltet, welcher mit einem Widerstand in Reihe liegt. Ferner ist ein Kommutierungskondensator 11 vorgesehen, der in bekannter Weise die Kommutierung von einem Thyristor auf den anderen erleichtert. Er ist zwischen den Anoden beider Thyristoren angeschlossen. Dieser Kondensator wird durch eine Ladeeinrichtung 12 auf ein bestimmtes Potential gebracht, welches durch die Zeichen plus und minus angedeutet ist.

Diese Einrichtung hat die Aufgabe, für den Fall, daß der Lichtbogen nicht rechtzeitig verlöscht, durch eine entsprechende Steuereinrichtung den Strom vom Thyristor 3 auf den Thyristor 9 zu kommutieren. Da dann der Widerstand 10 im Kreis des Thyristors liegt, wird der Spannungsabfall in diesem Kreis höher als der Lichtbogenwiderstand am Schalter 1. Dadurch kann der Strom wieder auf den Schalter zurückgebracht werden. Der Abschaltvorgang muß dann noch einmal wiederholt werden.

Zum Schutz gegen Überspannungen in Sperrrichtung kann man in bekannter Weise noch weitere Dioden 13 dem gesteuerten Thyristor parallel schalten (in der F i g. 1 gestrichelt dargestellt).

Bei Schaltern mit Mehrfachunterbrechung, bei denen also mehrere Schaltstrecken hintereinanderliegen, genügt es, die Einrichtung nach der Erfindung nur an einer Schaltstrecke vorzusehen.

Der Vorteil der Anordnung ist die sehr kurzzeitige Belastung der Dioden, so daß diese klein gehalten werden können. Ferner braucht der Thyristor nur für kleinere Spannungen ausgelegt zu sein, was wiederum die Ausführung verbilligt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Leistungsschalter mit mindestens einer Leistungsunterbrechungsstelle, der mehrere Stromrichterventile in einer mit allen Ventilen in Reihe liegenden Trennstelle parallel geschaltet sind, mit einer Synchronschalteinrichtung, welche den Schalter dann öffnet, wenn die Richtung des Stromes in den Ventilen in Leitrichtung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterventile aus zwei Gruppen bestehen, von denen die eine aus in Reihe liegenden Dioden, die andere aus mindestens einem gesteuerten Stromrichterventil besteht und der gesteuerte Stromrichter für die höchste am Leistungsschalter auftretende Lichtbogenspannung und die ganze Diodenstrecke für die wiederkehrende Spannung, beide Gruppen für eine Strombelastung von höchstens 0,5 ms Dauer bemessen sind und der gesteuerte Stromrichter eine Steuereinrichtung besitzt, die ihn bei höchstens 0,5 ms vor dem Nulldurchgang des Stromes freigibt.

2. Leistungsschalter mit mehreren Unterbrechungsstellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur einer Unterbrechungsstelle die Ventilanordnung parallel geschaltet ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet," daß der gesteuerte Stromrichter ein Halbleiter-Thyristor mit Querfeld-Emitter-Gate ist oder als Feldeffekt-Transistor ausgeführt ist.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den gesteuerten Stromrich-

tern Dioden zur Spannungsbegrenzung parallel geschaltet sind.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gesteuerte Stromrichter mit gleicher Durchlaßrichtung in parallelen Kreisen angeordnet sind, von denen der eine einen zusätzlichen Ohmschen Widerstand besitzt und zwischen Widerstand und Stromrichter in dem einen Kreis und dem Stromrichter des anderen Kreises anodenseitig ein Kommutierungskondensator vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: .
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 175 359.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen