DE1278602B - Wechselrichter mit Thyristoren in Brueckenschaltung - Google Patents

Wechselrichter mit Thyristoren in Brueckenschaltung

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DE1278602B
DE1278602B DE1962L0041410 DEL0041410A DE1278602B DE 1278602 B DE1278602 B DE 1278602B DE 1962L0041410 DE1962L0041410 DE 1962L0041410 DE L0041410 A DEL0041410 A DE L0041410A DE 1278602 B DE1278602 B DE 1278602B
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thyristor
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DE1962L0041410
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Dipl-Ing Fritz Germann
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

  • Wechselrichter mit Thyristoren in Brückenschaltung Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter mit Thyristoren in Brückenschaltung, bei dem in jeder Brückenhälfte parallel zur Primärwicklung des Wechselrichtertransformators geschaltet je ein Kommutierungskondensator und zwischen einem Kommutierungskondensator und der Primärwicklung in jedem Brückenzweig eine Kommutierungsdiode angeordnet ist und bei dem ferner für jeden Brückenzweig eine Blindstromdiode vorgesehen ist, welche in Durchlaßrichtung einen Strompfad entgegen der Durchlaßrichtung der Reihenschaltung eines Thyristors und einer Kommutierungsdiode des betreffenden Brückenzweiges zur Betriebsspannungsquelle bildet.
  • Bei derartigen Wechselrichtern ist nicht ohne weiteres sichergestellt, daß sowohl ein spannungsmäßiges Überschwingen als auch ein übertragen von Überspannungen von den Löschkondensatoren auf die Thyristoren unterbleibt.
  • Es sind Wechselrichter mit Transistoren in Brükkenschaltung, beispielsweise für Antriebe kleiner Leistung, bekannt. Wegen der stetigen und reversiblen Steuerbarkeit der Transistoren brauchen bei derartigen Wechselrichtern notwendigerweise keine Kommutierungskondensatoren vorgesehen werden. Wechselrichter mit Thyristoren haben gegenüber Transistor-Wechselrichtern den wesentlichen Vorteil, daß sie wegen der hohen Belastbarkeit der Thyristoren für entsprechend große Leistungen ausgelegt werden können. Da das elektrische Schaltverhalten von Thyristoren dem der Thyratrons entspricht, müssen bei diesen Wechselrichtern, ebenso wie bei Thyratron-Wechselrichtern, Kommutierungskondensatoren vorgesehen werden.
  • Das Problem der Betriebssicherheit wird indessen wegen der schnellen Schaltbarkeit und der großen Durchschlagsempfindlichkeit von Thyristoren wesentlich verschärft. So vermögen schon geringe Induktivitäten innerhalb der Anordnung bei schnell geschalteten Strömen hohe überspannungen zu erzeugen.
  • Ferner kann schon die Größe der Streuinduktivitäten des Wechselrichtertransformators beim Kommutieren des Laststromes ein Überschwingen der Spannung an den Kommutierungskondensatoren und an den dabei in Sperrichtung beanspruchten Thyristoren über den zweifachen Wert der Betriebsspannung hinaus ermöglichen.
  • In F i g. 1 ist ein bezüglich der Anordnung der steuerbaren und nichtsteuerbaren Ventile bekannter Wechselrichter in Brückenschaltung mit Thyristoren dargestellt, bei dem der Wechselrichtertransformator aus einer Primärwicklung 1 und einer Sekundärwicklung 1', die den Wechselrichterausgang bildet, besteht. An jedem der beiden Endpunkte der Primärwicklung 1 des Wechselrichtertransformators sind zwei Brückenzweige angeordnet, die jeweils aus einem Thyristor 2', 3 bzw. 2, 3' und einer Kommutierungsdiode 8', 9 bzw. 8, 9' bestehen. Während die Kathoden der beiden Thyristoren 2 und 3 miteinander verbunden sind und über einer Gleichstromdrossel 5 am negativen Pol der Gleichspannungsquelle 11 liegen, sind die Anoden der beiden Thyristoren 2' und 3' miteinander über eine Gleichstromdrossel 5' an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 11 geschaltet. An die Verbindung des Thyristors 2 bzw. 3 bzw. 2' bzw. 3' mit der jeweils in Reihe geschalteten Kommutierungsdiode 8 bzw. 9 bzw. 8' bzw. 9' einer jeden Brückenhälfte ist ein Kommutierungskondensator 4 bzw. 4' geschaltet. Zu der Gleichstromdrossel 5 bzw. 5' und den zu derselben und dem jeweiligen Ende der Primärwicklung des Wechselrichtertransformators in. Reihe liegenden, jeweils aus Thyristor und Kommutierungsdiode bestehenden Brükkenzweig ist jeweils eine weitere Diode als Blindstromdiode 6 bzw. 7 und 6' bzw. 7' parallel geschaltet. Außerdem ist sowohl der Gleichstromdrossel 5 als auch der Gleichstromdrossel 5' je eine Diode 10 bzw. 10' als Freilaufdiode parallel geschaltet.
  • Beim Einschalten der Betriebsspannungsquelle 11 gelangt der Betriebsstrom beispielsweise über die Gleichstromdrossel 5, den durchgeschalteten Thyristor 2' und der Kommutierungsdiode 8' an die Primärwicklung 1 des Wechselrichtertransformators, von da über die Kommutierungsdiode 8, den durchgeschalteten Thyristor 2 und die Gleichstromdrossel 5 zurück zur Betriebsspannungsquelle 11. Die an der Primärwicklung anliegende nahezu konstante Spannung läßt den magnetischen Fluß im Wechselrichtertransformator fast linear anwachsen. Der in der Primärwicklung fließende Strom steigt entsprechend der Magnetisierungskurve als Funktion des magnetischen Flusses mit der Zeit an. In der $ekundärwicklung 1' wird damit eine dem Anstieg des magnetischen Flusses und der Windungszahl proportionale annähernd konstante Spannung induziert.
  • Der Umschaltvorgang wird nun dadurch gesteuert, daß durch einen besonderen Taktgeber die Thyristoren 3 und 3' gezündet werden. Mit der Zündung des Thyristors 3 bzw. 3' ist gleichzeitig die Löschung bzw. Sperrung des sich noch im durchgeschalteten Zustand befindenden Thyristors 2 bzw. 2' notwendig, da sonst kein Wechselrichterbetrieb möglich ist. Diese Löschung wird jedoch nur dadurch erzielt, daß die in Durchlaßrichtung an dem 74#hyristor 2 bzw. 2' anliegende Spannung, wenn auch nur kurzzeitig, unter den Wert der Löschspannung fällt. Eine einwandfreie Löschung wird stets durch Anlegen einer in Sperrichtung wirkenden Spannung erreicht. Diese Sperrung ist kurzzeitig als Ladespannung des Kommutierungskondensators 4 bzw. 4' vorhanden. Die Zündung des Thyristors 3 bzw. 3' bewirkt ein gleichzeitiges Anliegen der Ladespannung des jeweiligen Kommutierungskondensators 4 bzw. 4' am Thyristor 2 bzw. 2' in Sperrichtung, so daß derselbe gesperrt wird.
  • Die Kommutierungskondensgtoren 4 und 4' laden sich beim Umschaltvorgang um. Ist, wie angenommen, die Betriebsspannung über die Brückenzweige mit den Thyristoren 2, Z' an die Primärwicklung des Wechselrichtertransformators geschaltet, so laden sich die Kondensatoren 4 und 4' auf, und zwar in der Weise, dafi der Anschlußpunkt des Xommutierungsköndensators 4' zum Th@ristör 2' 'das positive Potential der Betriebsspannungsquelle und der Verbindungspunkt des KQnlmutierüngskandensatars 4 zum Thynstor 2 das negative Potential der Betriebs-Spannungsquelle aufweist. Werden nun die @thyristoreu 3 bzw. 3' gezündet, so liegt der jeweilige Kommutierungskondensator 4 b,7v. 4' mit seiner positiven Aufladung potentialmäßig hoch und sperrt den entsprechenden Thxristor 2 bzw. 2'.
  • - Die Umschaltung wird demnscll nicht allein durch einen vorhandenen die Einsteuerung der Thyristoren bewirkenden Taktgeber hervorgerufen, sondern hängt in hohem Maße davon ab, daß die Korpmutierung nommen, die Thyristoren 2 und 2' seien mittels der Kondensatoren 4 bzw. 4'- störungsfrei vor sich geht. Ein einwandfreies Arbeiten der Kommutierungskondensatoren ist aber nur gewährleistet, wenn die Ladespannung voll und ganz zur Löschung des betreffenden Thyristors ausgenützt werden kann. Tritt 'beispielsweise transformatorseitig ein Kurzschluß von poch so kurzer Dauer auf, so wird die Ladeenergie des Kommutiernagskondensators zum Transformator abfließen und zur Umschaliung, d. h., Sperrung des entsprechenden Thyristors fehlen, wenn die Kommutierungsdioden $, 9 bzw. 8', 9' nicht in der Anordnung vorgesehen sind.
  • Thyristoren können aber auch ohne Steuerimpulse an der Steuerelektrode durchgezündet werden. Überschreitet die am Thyristor in Durchlaßrichtung anliegende Spannung den zuzulassenden Wert um einen bestimmten Betrag (beispielsweise ummehr als 20: %), so kommt es zur Durchzündung, obwohl an der Steuerelektrode keim Steuerimpuls anliegt. Ein solches Durchzünden kaum für den betroffenere Thyri-Star schädigende Wirkung zeigen.
  • Der Einfachheit halber sei beispielsweise ange-und die Anordnung befände sich im Betriebszustand. Wird zu diesem Zeitpunkt aus irgendwelchen von Fehlern oder Störungen verursachten Gründen der Thyristor 3' gezündet und damit durchgeschaltet, so wird über den Kommutierungs4ondensator 4' der Thyristor 2' gelöscht und die Betriebsspannungsquelle ist über die durchgeschalteten Thyristoren 2 und 3', die Kommutierungsdioden 8 und 9' und die Gleichstromdrosseln 5 und 5' kurzgeschlossen.
  • Da üblicherweise in technischen Anlagen als überstromschutz Schmelzsicherungen zu den Thyristoren in Reihe geschaltet sind, wird der auftretende Kurzschlußstrom eine der beiden betroffenen Schmelze Sicherungen zum Ansprechen bringen. Wird weiter angenommen, daß die zum Thyristor 2 gehörende Schmelzsicherung anspricht, so ergibt sich über den Kommutierungskondensator 4 eine Überspannung auf den nicht durchgeschalteten Thyristor 3, die den doppelten Wert der Betriebsspannung erreichen kann.
  • Da solche Überspannungen zur Durehz44dung ohne Steuerimpuls führen, stellt sieh die Erfindung die Aufgabe, bei Wechselrichtern der eingangs genannten Art diese unerwünschten Effekte zu beseitigen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Blindstrqrndioden jeweils an'- . V_ er-Bindung zwischen einem Thyristor und seiner zugehörigen Kommutierungsdiode richtungsgleich mit diesen angeschlossen sind.
  • An Hand eines Ausführpngsbeispiels ist der schaltungstechnische Aufbau der Erfindung in B 1 g. 2 dargestellt uqd die Wirkungsweise erläutert. 1q F i g. 2 sind die der F i g. T. entsprechenden Teile m_ it dem gleichen Bezugszeichen' beziffert.
  • Die beim bekannten Wechselrichter nach F i g. 1 direkt an den Anschlußpunkt zur Primäryyicklung des Weehselrichtertransformators geschalteten Blindstromejioden 6 und 7 bzw. i#' und 7' sind demgegenüber. erfindungsgemäß jeweils an die betreffende Ver-Bindung zwischen einem Thyristor und der zugehörigen Kommütierungsdiode geschaltet.
  • In der Anordnung nach F i g. 1. könnten die Blindstromdioden b und 7 bzw. (' und 7' wohl den durch die in der Primärwicklung des Wechselrichtertransfqrnjatqrs induzierte Spannung bewirkten Strom zur Betriebsspannungsquelle zurückführen, aber nicht die bei Ansprechen einer. Sicherung auftretende überhöhte Spannung ausgleichen, da zwischen dem Punkt des überhöhten Potentials und der zur Ausgleichung richtig gepolten Blindstromdiode ¢ (Z, f' bzw. T) stets eine Kommutierungsdiqde 8 (9, 8' bzw. 9') in Sperrichtung geschaltet ist.
  • Nach der Erfindung liegt jeweils, die zugehörige Blindstrqmdiode 6 (7, 6' bzw. T) an der Verbindung zwischen einem Thyristor 3' (2', 3 bzw. 2,) und der zugehörigen Kommutierungsdiode 9' ($', 9 bzw. 8). Dadurch wird die Blindstromführung nicht gehindert, weil die Kommutierpngsdioden 9, 9' bzw. 8, 8' richtungsgleich in Reihe mit den Blindstromdioden 6, 6' bzw. 7, 7 zur Primärwicklung des Wechselrichtertransforpiators geschaltet sind. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Blindstrqmdioden verhindert, daß einer der Kommutierungskondensatoren gegenüber einem Pol der Betriebsspannungsqtlelle einen grpßeren Potentiahunterschied als die Betriebsspannungsquelle selbst aufweist. Mit dieser Angrdnung wird somtit Ahne technischen Mehraufwand gegenüber dem Bekannten die Möglichkeit zur Entstehung unerwünschter überspannungen beseitigt.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Wechselrichter mit Thyristoren in Brückenschaltung, bei dem in jeder Brückenhälfte parallel zur Primärwicklung des Wechselrichtertransformators geschaltet je ein Kommutierungskondensator und zwischen einem Kommutierungskondensator und der Primärwicklung in jedem Brückenzweig eine Kommutierungsdiode angeordnet ist und bei dem ferner für jeden Brückenzweig eine Blindstromdiode vorgesehen ist, welche in Durchlaßrichtung einen Strompfad entgegen der Durchlaßrichtung der Reihenschaltung eines Thyristors und einer Kommutierungsdiode des betreffenden Brückenzweiges zur Betriebsspannungsquellebildet, dadurch gekennzeichn e t, daß die Blindstromdioden (6, 7' bzw. 7, 6') jeweils an die Verbindung zwischen einem Thyristor (3' bzw. 2 bzw. 2' bzw. 3) und seiner zugehörigen Kommutierungsdiode (9' bzw. 8 bzw. 8' bzw. 9) richtungsgleich mit diesen angeschlossen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 660 034, 661087, 682 204, 682 532; deutsche Auslegeschrift Nr. 1071233; »AEG-Mitteilungen 50« (1960), H. 112, S. 25.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE660034C (de) * 1932-02-10 1938-05-17 Aeg Anordnung zur Umformung von Gleichstrom oder Wechselstrom in Wechselstrom
DE661087C (de) * 1931-10-01 1938-06-10 Aeg Anordnung zum Kommutieren bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken
DE682204C (de) * 1931-12-25 1939-10-10 Aeg Anordnung zum Kommutieren bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken
DE682532C (de) * 1936-03-08 1939-10-16 Aeg Selbstgefuehrter, mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitender Wechselrichter in Parallelanordnung
DE1071233B (de) * 1959-12-17

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NL286723A (de) 1965-02-10

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