DE1488349B2

DE1488349B2 - Trägerstaueffekt-Schutzbeschaltung für eine Stromrichteranordnung mit Halbleiterthyristoren

Info

Publication number: DE1488349B2
Application number: DE19641488349
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing.; Leowald Karl-Friedriph Dipl.-Ing.; 8520 Erlangen Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-06-30
Filing date: 1964-06-30
Publication date: 1970-07-09
Also published as: DE1488349A1

Description

Am Ende der Stromführungszeit führen Halbleiterthyristore einen überhöhten dynamischen Sperrstrom, bis durch Verschiebung und Rekombination der Ladungsträger der mittlere pn-übergang der Stromtore so weit an Ladungsträgern verarmt ist, daß er eine Spannung in Sperrichtung aufnehmen kann. Die Amplitude dieses Rückstromes ist abhängig von der Höhe und der Abfallflanke des Ventilstromes, vom Scheitelwert der Sperrspannung sowie von der Temperatur des Thyristores. Unzulässige Überspannungen am Thyristor beim Sperren des Thyristores durch diesen Rückstrom können bekanntlich durch sogenannte Beschaltungselemente vermieden werden, die einen Parallelweg zum Thyristor für den Rückstrom bilden. Das ist im allgemeinen eine Reihenschaltung eines Beschaltungskondensators mit einem Widerstand oder einer Diode mit einem Widerstand.

Stromrichteranlagen großer Leistung erfordern für höhere Stromstärken eine Parallelschaltung und für größere Spannungen eine Reihenschaltung derThyristore. Die Ausgangsspannung der Stromrichteranlagen wird bekanntlich durch Zündeinsatzsteuerung der Thyristore stufenlos eingestellt. In einer Parallelschaltung führt ein vorzeitig zündender Thyristor kurzzeitig den gesamten Belastungsstrom aller parallelgeschalteten Thyristore, was einen unzulässig schnellen Stromanstieg zur Folge haben kann. Hinzu kommt der Entladestrom des Beschaltungskondensators, der sich nach dem Zünden des Thyristores über diesen entlädt. Die Einschaltbelastung des Thyristores kann zwar auf ungefährliche Werte begrenzt werden, wenn der Zündstrom genügend groß ist und eine ausreichende Steilheit aufweist. Jedoch sind diese Forderungen, insbesondere bei der gleichzeitigen Steuerung einer größeren Anzahl von Thyristoren, beispielsweise von Thyristorgruppen in Reihen- und/ oder Parallelschaltung, nur mit einem entsprechend großen Aufwand an Steuereinrichtungen zu erfüllen. Die Erfindung geht einen anderen Weg. Sie stellt sich die Aufgabe, die Entladung des Beschaltungskondensators über den Thyristor durch eine besondere Ausbildung der Beschaltungselemente zu verhindern.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Trägerstaueffekt-Schutzbeschaltung für eine Stromrichteranordnung mit Halbleiterthyristoren, bestehend aus einer den Halbleiterthyristoren parallelgeschalteten Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstandes und eines Kondensators. Erfindungsgemäß ist bei einer solchen Schutzbeschaltung in Reihe mit dem Kondensator eine in Sperrichtung des Thyristores gepolte Diode vorgesehen und parallel zum Beschaltungskondensator ein Entladewiderstand angeordnet. Je nach der Polung der Diode wird entweder eine Aufladung des Beschaltungskondensators durch die Spannung in Durchlaßrichtung des Thyristores verhindert oder der Entladestrom über den Thyristor wird gesperrt. Damit wird ein unzulässiger Stromanstieg durch den zusätzlichen Entladestromstoß des parallelgeschalteten Beschaltungskondensators verhindert.

Die Anordnung eines Beschaltungskondensators, dem ein Widerstand parallel geschaltet ist, in Reihe mit einer Diode ist an sich bekannt. Sie kann in einer Gleichrichteranlage einer Reihenschaltung von Dioden parallel geschaltet sein und bewirkt dann einen langsamen Anstieg der Sperrspannung nach dem Nulldurchgang der positiven Halbwelle der Wechselspannung. Zu diesem Zweck ist der Parallelwiderstand bemessen. Für eine wirksame Dämpfung hat er etwa die gleiche Größenordnung wie der kapazitive Widerstand des Kondensators, bezogen auf eine Wechselspannung von 50 Hz.

Demgegenüber entladet sich nach der Erfindung die im Beschaltungskondensator während des Ausschaltvorganges durch den Rückstrom gespeicherte Energie während der nächsten Periode der Wechselspannung über den Entladewiderstand. Der Dämpfungswiderstand vermindert das Überschwingen der Sperrspannung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll auf die Zeichnung Bezug genommen werden, in der zwei Ausführungsbeispiele einer Beschaltung nach der Erfindung veranschaulicht sind.

Nach F i g. 1 ist einem Thyristor 2, der beispielsweise ein Siliziumthyristor sein kann, eine Reihenschaltung eines Beschaltungskondensators 4, dem ein Entladewiderstand 5 parallel geschaltet ist, mit einer in Sperrichtung des Thyristores 2 gepolten Diode 6 parallel geschaltet. Eine Aufladung des Beschaltungskondensators 4 durch die positive Sperrspannung des Thyristores 2 wird durch die Diode 6 verhindert. Der Beschaltungskondensator 4 kann somit den Thyristor 2 nach dessen Zündung nicht durch seinen Entladestrom zusätzlich belasten. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn eine Parallelschaltung der Thyristore 2 vorgesehen ist, von denen beispielsweise eines vorzeitig zünden kann. Nach dem Erlöschen des Thyristores 2 am Ende seiner Stromführung in Durchlaßrichtung kann der Rückstrom auf den Beschaltungskondensator 4 und die Diode 6 übergehen. Damit wird eine Überspannung in Sperrichtung des Thyristores 2 durch diesen Rückstrom verhindert. Anschließend entladet sich der Beschaltungskondensator 4 über den Widerstands. Der Entladewiderstand5 kann vorteilhaft so bemessen werden, daß die Entladezeitkonstante etwa 1 bis 10 msek., vorzugsweise etwa 2 bis 4 msek., beträgt. Zur Dämpfung des Rückstromes kann mit dem Beschaltungskondensator 4 zweckmäßig noch ein Dämpfungswiderstand 7 in Reihe geschaltet sein, der lediglich nach dem Trägerstaueffekt zu bemessen ist und beispielsweise etwa 1 bis 100 Ohm, vorzugsweise etwa 3 bis 30 Ohm, betragen kann. Der Beschaltungskondensator 4 wirkt bei Reihenschaltung von Thyristoren in negativer Spannungsrichtung spannungsstabilisierend.

Nach Fig. 2 ist dem Thyristor2 eine Brückenschaltung aus Dioden 9 bis 12 parallel geschaltet, in deren Diagonale die Parallelschaltung des Beschaltungskondensators 4 mit dem Entladewiderstand 5 angeordnet ist. Eine Entladung des Beschaltungskondensators 4 über den Thyristor 2 wird durch die Diode 11 verhindert. Zur Dämpfung des Rückstromes kann der Dämpfungswiderstand zweckmäßig aufgeteilt sein in zwei Widerstände 13 und 14, von denen je einer in Reihe mit den Dioden 9 bzw. 10 angeordnet ist. Falls der Thyristor 2 in einer Reihenschaltung weiterer Thyristore angeordnet ist, so bilden die Diode 11, der Kondensator 4 und die Diode 12 im Falle einer Rückverzögerung des Thyristores 2 einen nahezu widerstandslosen Parallelweg für den Laststrom. Beschaltungskondensator 4 und Entladewiderstand 5 wirken in einer Reihenschaltung der Thyristore 2 zugleich als gemischt ohmisch-kapazitiver Spannungsteiler für beide Spannungsrichtungen am Thyristor 2. Für die positive Spannungsrichtung kann

zusätzlich in bekannter Weise ein Stabilisierungswiderstand 15 vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Trägerstaueffekt-Schutzbeschaltung für eine Stromrichteranordnung mit Halbleiterthyristoren, bestehend aus einer den Halbleiterthyristoren parallelgeschalteten Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstandes und eines Beschaltungskondensators, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Beschaltungskondensator (4) eine in Sperrichtung des Thyristores (2) gepolte Diode (6) vorgesehen und parallel zum Beschaltungskondensator (4) ein Entladewiderstand (5) angeordnet ist.

2. Trägerstaueffekt-Schutzbeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung von Beschaltungskondensator

(4) und Entladewiderstand (5) in der Diagonale einer Anordnung von Dioden (9 bis 12) in Brückenschaltung angeordnet ist.

3. Trägerstaueffekt-Schutzbeschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladezeitkonstante des Beschaltungskondensators (4) und des Entladewiderstandes (5) etwa 1 bis lOmsek., vorzugsweise etwa 2 bis 4 msek., beträgt.

4. Trägerstaueffekt-Schutzbeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Größenverhältnis von Dämpfungswiderstand (7) zum Entladewiderstand (5) mindestens etwa 1:10, vorzugsweise 1:100, beträgt.

5. Trägerstaueffekt-Schutzbeschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den in Sperrichtung des Thyristores (2) gepolten Dioden (9, 10) je ein Dämpfungswiderstand (13,14) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen