DE1538154B2 - Schutzbeschaltung für eine Stromrichteranordnung mit Thyristoren - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei Halbleiterventilen mit einkristallinem Halbleiterkörper die Wirkung der Ladungsträgerlebensdauer, den sogenannten Trägerstaueffekt, durch Beschaltungselemente zu vermindern. Das sind im allgemeinen ein Kondensator oder eine Reihenschaltung eines Kondensators mit eimern Beschaltungswiderstand. '&"'"'.

Es wurde nun erkannt, daß Thyristoren empfindlich sind, sowohl gegen einen steilen Anstieg der Sperrspannung beim Einschalten der Stromrichteranlage und beim Löschen der Thyristoren, beispielsweise bei einem Stromrichter mit Zwangskommutierung, als auch gegen einen steilen Anstieg des Laststromes. Ein steiler- Anstieg des Laststromes macht sich beispielsweise bei einer Zündverzögerung der Thyristoren gegenüber einer anliegenden Wechselspannung oder bei einem vorzeitig Zündenden Thyristor in einer Parallelschaltung mehrerer Thyristoren nachteilig bemerkbar. Bei der bekannten jRC-Beschaltung mit einer Reihenschaltung eines Widerstandes mit einer Kapazität parallel zum Thyristor wird der Spannungsanstieg am Thyristor durch den Spannungsabfall begrenzt, den der Ladestrom des Kondensators an den Streuinduktivitäten und den Leitungsinduktivitäten verursacht. Eine ausreichende Größe dieses Ladestromes erfordert einen entsprechend kleinen Beschaltungswiderstand. Der Beschaltungswiderstand darf aber andererseits einen vorbestimmten Mindestwert nicht unterschreiten, damit beim Zünden des Thyristors der über diesen fließende Entladestrom des Kondensators, welcher den Anstieg des Stromes im Thyristor zusätzlich erhöht, auf einen zulässigen Wert begrenzt wird. Es ergibt sich daher die Aufgabe, die Thyristor-Schutzbeschaltung so zu gestalten, daß der Ladestrom des Beschaltungskondensators keine unzulässig hohe Spannung am Thyristor verursacht und zugleich der Entladestrom auf einen zulässigen Wert begrenzt wird.

Diese Aufgabe wurde nach einem früheren Vorschlag (deutsche Offenlegungsschrift 1 488 349) zum Teil bereits dadurch gelöst, daß eine Parallelschaltung eines Beschaltungskondensators mit einem Entladewiderstand vorgesehen ist, die über einen DoppeHveggleichrichter dem Thyristor parallel geschaltet ist. Fs wurde nun gefunden, daß in einer derartigen Anordnung für einen Thyristor großer Leistung, insbesondere im einer Reihenschaltung solcher Thyristoren, ein verhältnismäßig großer Kondensator erforderlich sein kann, wenn die Spannung am Thyristor wenigstens annähernd konstant bleiben soll. Dieser Kondensator muß aber bis zum Ende der Brenndauer des Thyristors, die beispielsweise bei einem netzgeführten Stromrichter mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Stromführungszeit der Thyristoren.von 120° el. 6,7 msek. betragen kann, entladen sein. Infolgedessen muß die Zeitkonstante aus der Kapazität des Kondensators und dem Entladewiderstand kleiner als 2 msek. sein. Bei einer für größere Thyristoren erforderlichen Kapazität von wenigstens etwa 4 μΡ des Kondensators ergibt sich daraus ein Entladewiderstand von weniger als 500 Ohm. Die Verlustleistung in diesem Widerstand beträgt dann bei einer Einsatzspannung der Anlage von 400 Volt etwa 300 Watt. Bei den in neuerer Zeit verwendeten hochsperrenden Thyristoren mit einer Sperrspannung von 1500 V und mehr ergibt sich ein mehrfacher Betrag dieser Verlustleistung. Die Verlustleistung kann zwar durch Vergrößern des Entladewiderstandes vermindert werden, dann wird aber der Kondensator während der Stromführung des Thyristors nicht mehr vollständig entladen. Beim Übergang des Rückstromes des Thyristors auf die Beschaltung kann dann ein sehr steiler Spannungssprung der negativen Sperrspannung auftreten. Dieser Spannungssprung kann bei Stromrichtern in Brückenschaltung an anderen Ventilen der Anlage in positiver Spannungsrichtung auftreten und dadurch diese Thyristoren zünden. Durch dieses sogenannte Kippen können die

ίο Thyristoren zerstört werden. Nach der vorliegenden Erfindung kann die Steilheit der genannten Spannungssprünge der negativen Sperrspannung auf ungefährliche Werte begrenzt werden.
Die Erfindung betrifft somit eine Schutzbeschaltung für eine Stromrichteranordnung mit Thyristoren, denen jeweils eine Reihenschaltung einer in Durchlaßrichtung des Thyristors gepolten Diode mit einem Kondensator parallel geschaltet ist, welchem Kondensator ein Entladewiderstand parallel geschaltet ist.

Erfindungsgemäß ist mit der Reihenschaltung ein Widerstand in Reihe geschaltet, und parallel zu der Reihenschaltung und dem Widerstand liegt ein zusätzlicher Kondensator mit einem Entladewiderstand, wobei diese Gesamtschaltung über einen Doppelweg-^ gleichrichter mit den Hauptanschlüssen des Thyristors verbunden ist. Der zusätzliche Kondensator nimmt den Rückstrom beim Übergang des Thyristors in den Sperrzustand auf und verhindert damit eine unzulässige Steilheit des Anstieges der negativen Sperrspannung am Thyristor und somit auch entsprechende positive Spannungssprünge an weiteren Thyristoren der Anlage. Ein Ausführungsbeispiel einer Beschaltungsanordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Einem Thyristor 2 für einen Nennstrom von beispielsweise 200 Ampere, der beispielsweise in einer Reihenschaltung oder einer Parallelschaltung mehrerer Thyristoren einer Stromrichteranlage angeordnet sein kann, ist über eine Gleichrichteranordnung 3 mit ungesteuerten Ventilen 4 in Brückenschaltung eine Reihenschaltung einer Kapazität 5 von beispielsweise etwa 10 μΡ, der ein Entladungswiderstand 6 zugeordnet ist und eines sehr kleinen Dämpfungswiderstandes 7 von beispielsweise etwa 5 Ohm sowie einer Sperrdiode 8 parallel geschaltet. Der. Entladewiderstand 6 kann in der Anordnung nach der Erfindung vorzugsweise so bemessen sein, daß er lediglich die durch den Rückstrom zugeführte Ladung während der Sperrzeit des Thyristors 2 wieder entlädt. Diesen Zweck erfüllt bereits ein Entladewiderstand 6 von etwa 15 Kiloohm. Der Dampfungswiderstand 7 dämpft den Einschwingungsvorgang beim Einschalten des Stromrichters. Die Sperrdiode 8 verhindert eine Entladung des Beschaltungskondensators 5 über den Entladewiderstand 11.

Dem Ausgang der Gleichrichteranordnung 3 ist nach der Erfindung ein zusätzlicher Kondensator 10 mit einem Entladewiderstand 11 parallel geschaltet. Die Entladezeitkonstante dieses zusätzlichen i?C-Gliedes kann nach der Erfindung vorzugsweise nicht wesentlieh größer als 6 msek., insbesondere etwa 1 bis 2 msek., betragen. Die Kapazität des Kondensators 10 kann deshalb zweckmäßig etwa 0,1 μ¥ und der Entladewiderstand 11 etwa 10 Kiloohm betragen. Die Kapazitäten der beiden Kondensatoren in der An-Ordnung nach der Erfindung sind somit bis zu zwei Größenordnungen voneinander verschieden. Mit dem großen Entladewiderstand 11 werden die Verluste in diesem Widerstand in engen Grenzen gehalten. Da

mit dem zusätzlichen Kondensator 10 kein Widerstand in Reihe liegt, kann er den Rückstrom beim Übergang des Thyristors 2 in den Sperrzustand ungehindert aufnehmen und dadurch den Spannungsanstieg begrenzen.

Claims (2)

5 Patentansprüche: .-v^

1. Schutzbeschaltung für eine Stromrichteranordnung mit Thyristoren, denen jeweils eine Reihenschaltung einer in Durchlaßrichtung des Thyristors gepolten Diode mit einem Kondensator parallel geschaltet ist, welchem Kondensator ein Entladungswiderstand parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Reihenschaltung (5, 6, 8) ein Widerstand (7) in Reihe geschaltet ist, daß parallel zu der Reihenschaltung (5, 6, 8) und dem Widerstand (7) ein zusätzlicher Kondensator (10) mit einem Entladewiderstand (11) liegt und daß diese Gesamtschaltung (5, 6, 7, 8, 10, 11) über einen Doppelweggleichrichter (3) mit den Hauptanschlüssen des Thyristors verbunden ist.

2. Schutzbeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladezeitkonstante des zusätzlichen Kondensators (10) mit dem Entladewiderstand (11) etwa 1 bis 2 msek. beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen