DE1809438C - Schutzschaltung zur Begrenzung von Überspannungen für Halbleiter schaltungen - Google Patents

Description

geschlossenen Halbleiterdioden (</) zusammen eine Allerdings führt die bekannte Anordnung von

Sternschaltung bilden. /IC-Gliedern beim Betrieb der Anlage, auch wenn

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch keine Schwingungen mit Überspannungen auftreten, gekennzeichnet, daß Einkristalldioden mit Zener- ständig Ausgleichsströme, so daß Leistungsverluste Charakteristik als spannungsbegrenzende Halb- 40 entstehen.

leiterdioden {d) verwendet sind. Bekannt ist ferner, an Stelle einer ÄC-Beschaltung

eine Reihen-Gegenschaltung von zwei Selen-Dioden (Handelsbezeichnung z. B. »Thyrector«) zu verwenden.

Infolge der bipolaren Zener-Charaktsristik ermöglicht

45 dieses Beschaltungselement wirksamen Schutz gegen Überspannungen in beiden Polaritäten. Für einen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung alle drei obengenannten Arten umfassenden Beschalzur Begrenzung von Überspannungen für Halbleiter- tungsschutz eines Halbleiter-Stromrichters oder schaltungen mittels spannungsbegrenzender Halb- -Stromstellers ist jedoch der Aufwand an solchen leiterdioden mit Zener-Charakteristik, welche einer- so Selen-Diodensätzen und an einzelnen Selen-Platten seits am Eingang einer Halbleiterschaltung ange- beträchtlich. Schon bei einem einfachen Thyristor schlossen und angeordnet sind. Eine solche Schutz- Wechselrichter in Mittelpunktschaltung werden vier schaltung ist z. B. aus dem SCR-Manual der GEC, Thyrector-Beschaltungen mit insgesamt acht Dioden 2. Ausgabe von 1961, S. 78, F i g. 6.1c, bekannt. benötigt, denn für jede Beschaltungsschutzart sowie

Unter Schutzschaltungen zur Begrenzung von 55 jedes Halbleiterbauelement ist wenigstens eine Reihen-Überspannungen bei Schaltungen mit Halbleitern, Gegenschaltung erforderlich,
insbesondere bei Stromrichtern und Stromstellern, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unterscheidet man hauptsächlich die Transformator- Anzahl dieser an sich benötigten spannungsbegrenzenbeschaltung, die Lastbeschaltung und die individuellen den Halbleiterdioden zu verringern, ohne die Schutz-Beschaltungen der Halbleiterbauelemente. Die Trans- ^6o Wirksamkeit zu beeinträchtigen. Es ist also eine formatorbeschaltung bildet einen Schutz für die Halb- Schutzanordnung anzugeben, bei der nicht nur die leiterbauelemente gegen Überspannungen, die an Sekundärwicklungen des Stromrichtertransformators, der Transformatorseite und im Transformator selbst sondern auch die Stromrichterventile und die Last entstehen können, während «lie Lastbeschaltung die mit je einer Spannungsbegrenzenden Halbleiterdiode Halbleiterbauelemente vor von der Last ausgehenden ⁶S beschaltet sind und bei der im Normalbetrieb der Überspannungen schützt Ferner ist auch eine in- Stromrichteranlage keine Leistungsverluste, bestehen, dividuelle Schutzschaltung für Thyristoren und Halb- Die Erfindung geht von der eingangs beschriebenen leiter-Gleichrichterdioden üblich. bekannten Anordnung aus.

g £Me Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungs- d, ein Selen-Diodensatz für Gleichrichterdiöden-

i^emäß darin, daß bei einer Halbleiterscha'lung mit . beschaltung,

ψψκ zwei Eingangsleitungen die Halbleiterdioden zu- dt ein Diödehsatz für Lastbeschaltung. *

§%unmen eine Mittelpunktschaltung, hä einer Halb- - _·;..-·.-·.■.- ,=■;.·.,-■ ·

rleJterschaltung mit mehr als zwei Eingangsleitungen ■ 5 In den Fig.8 und 9 sind weitere Bezugszeichen ene Sternschaltung bilden und daß der Mittelpunkt verwendet, die bei der Beschreibung dieser Figuren ; 4er Mittelpunktschaltung oder der Sternpünkt tier gesondert erläutert werden. ' . ■

Ϊ Sternschaltung über je eine weitere spannungsbegren- Das Prinzip der Schutzschaltung gemäß der tr-

" zende Halbleiterdiode derart mit den jeweiligen Aus- findung ist, daß jede Verwendete spannungsbegrenzengängen der Halbleiterschaltung verbunden ist, daß ίο de Selen-Diode mindestens für zwei verschiedene Bealle spannungsbegrenzenden Dioden mit gleichnamiger sdialtungsfunktionen ausgenutzt wird. In den Figuren Anschlußelektrode am Stern- oder Mittelpunkt an- ist dies dadurch zum Ausdruck gebracht, daß splche geschlossen sind. einzelne oder gruppenweise zusammengefaßte Selen-

Bei einer derartigen Beschaltungsanordnung wird dioden mit wenigstens zwei verschiedenen Indizes verjede spannungsbegrenzende Diode mehrfach aus- 15 sehen sind (z. B. d_T, ν für Transfonnatorbeschaltung genutzt, d.h., es wird ein umfassender Oberspan- und gleichzeitig auch Thyristorbeschaltung). Bungsschutz mit einer Mindestanzahl spannungs- Aus den F i g. 1 bis 6 geht hervor, daß erfindungs-

begrenzender Dioden gewährleistet Zum Beispiel gemäß die spannungsbegrenzenden Dioden d bei werden bei einem einfachen Thyristor-Wechselrichter einer Halbleiterschaltung mit zwei Eingangsleitungen jn Mittelpunktschaltung, wie oben erwähnt, nur noch ao zusammen eine Mittelpunktschaltung und bei einer zwei Reihen-Gegenschaltungen mit insgesamt vier Halbleiterschaltung mit drei Eingangsleitungen eine Selendioden benötigt Sternschaltung bilden und daß bei einer Mittelpunkt-

Erreicht wird dies dadurch ,daß jeweils eine span- schaltung der Mittelpunkt bei einer Sternschaltung nungsbegrenzende Diode zusammen mit mindestens der Sternpunkt über je eine weitere spannungsbegrenzwci weiteren solchen Dioden je zwei Reihen-Gegen- 35 zende Diode mit den Ausgangsleit'^gen der Halbschaltungen bildet und daher auch für mindestens leiterschaltung verbunden ist. Diese Dioden sind wie zwei verschiedene Beschaltungsarten verwendet werden die an den Eicgangsleitungen angeschlossenen Dioden fci, n. stets alle mit gleichnamigen Anschlußpolen am Sterninsbesondere können Dioden aus Selenplatten oder oder Mittelpunkt angeschlossen, so daß sie zusammen En.kristalldioden mit Zener-Charakteristik als span- 30 bei einer Halbleiterschaltung mit zwei Ausgangsnungsbegrenzende Halbleiterdioden verwendet werden. leitungen eine Mittelpunktschaltung und bei einer Ausführungsbeispiele der Erfindung mit aus einer Schaltung mit drei Ausgangsleitungen eine bternorier mehreren Selentabletten oder -platten beste- schaltung bilden. Die Anzahl der Selenplatten einer henden spannungsbegrenzenden Dioden bei ver- Diode ist nach der Anschluß'pannung zu bemessen, scmedenen Halbhiterschaltungen sind in den F i g. 1 35 Bei einem Drehstromsteller nach F 1 g. 1 sind am bis 9 dargestellt und werden im folgenden näher be- Eingang und am Ausgang je drei spannungsbegrenschrieben. Es zeigt zende Dioden zu einer Sternschaltung zusammen-

F i g. 1 einen Thyristor-Drehstromsteller für einen gefaßt. Je zwei solche Dioden einer Sternschaltung Drehstrommotor, bilden am Eingang die Transformatorbeschaltung d_T

Fig. 2 den bereits erwähnten Thyristor-Wechsel- 40 und am Ausgang die Lastbeschaltungdu wahrend richter in Mittelpunktschaltung mit transformato- gleichzeitig je eine Diode der Sternschaltung am risch angeschlossener Last, Eingang mit je einer Diode der Sternschaltung am

Fig. 3 einen vollgesteuerten Gleichrichter mit Ausgang die Beschaltung für zwei antiparallelrhyristoren in DB-Schaltung, geschaltete Thyristoren/» bilden (</_P). Es sind hier

F i g. 4 einen ungesteuerten Gleichrichter in Stern- 45 insgesamt nur sechs anstatt zwölf Dioden gemaU dem schaltung, Stand der Technik erforderlich.

F i g. 5 einen gesteuerten Gleichrichter mit Thy- Bei einem Thyristor-Wechselrichter in Mittelpunkt-

ristoren in Sternschaltung, schaltung nach F i g. 2 liegt am Eingang eine Mittel-

Fig. 6 einen halbgesteuerten Gleichrichter mit punktschaltung aus zwei spannungsbegrenzenden ui- Thyristoren und Gleichrichterdioden in Brücken- 50 öden, deren Mittelpunkt über je eine weitere solche

schaltung und Diode mit beiden Ausgangsleitungen des Wechsel-

F i g. 7 ein Sonderbeispiel bei einem vollgesteuerten richters verbunden ist. Diese weiteren Dioden bilden Gleichrichter mit Thyristoren in DB-Schaltung für gleichfalls eine Mittelpunktschaltung und als solche

einen Nebenschlußmotor mit Feldwicklung; die Beschaltung d_T, _c für den LasttransTormator /

F i g. 8 und 9 zeigen Thyristor-Löschschalrungen, 55 sowie den Kommutierungskondensator C. Je ein

bei welchen eine weitere Ausbildung der Erfindung Diodensatz davon wirkt außerdem zusammen mit

zur Anwendung kommt. einem Diodensatz der Mittelpunktschaltung am Lin-

In den F i g. 1 bis 7 sind gleiche Elemente mit den gang des Wechselrichters als Thyristorbeschaltung </p.

gleichen Bezugszeichen versehen. Es bedeutet: Sei einem vollgesteuerten Gleichrichter in UB-

60 Schaltung nach F i g. 3 liegt am dreiphasigen Eingang

ρ ein Thyristor · eine Sternschaltung aus spannungsbegrenzenden Di-

g eine Gleichrichterdiode, öden, die über eine Mittelpunktschaltung aus span-

Γ der Transformator, nungsbegrenzenden Dioden mit dem Gleichstrom-

I die Last ausgang verbunden ist. Die Schutzfunktion der Dioden M der Motor ⁶5 ist die gleiche wie bei einer Schaltung nach F i g.

d_T ein Selen-Diodensatz für Transformatorbeschal- Es werden hierbei insgesamt nur fünf statt siebzehn

_tung) Diodensätze gemäß einer denkbaren Ausgestaltung

i/„ ein Selen-Diodensatz für Thyristorbeschaltung, des Standes der Technik benötigt.

Bei einem gesteuerten Gleichrichter mit Thyristoren Feldwicklung F eines Nebenschlußmotors M bilden, in Sternschaltung nach F i g. 5 bildet je eine spannungs- Jede Sternschaltung für sich bildet eine Transformatorbegrenzende Diode der eingangsseitigen Sternschal- beschallung </_r. In Fortbildung der Lehre gemäß der tung mit einer an der mit (+) gekennzeichneten Aus- Erfindung sind jedoch die Sternpunkte dieser Sterngangsleitung angeschlossenen spannungsbegrenzenden 5 schaltungen jeweils mit nur einer Ausgangsleitung Diode eine Thyristorbeschaltung und mit einer an der über eine weitere solche Diode verbunden. Diese mit (—) gekennzeichneten Ausgangsleitung ange- Diode bildet zusammen mit je einer Diode der beschlossenen spannungsbegrenzenden Diode eine Trans- treffenden Sternschaltung die Beschallung für jeweils formatorbeschaltung </_T, p, während zwei an den Aus- einen der sechs Thyristoren d_p. Die Dioden der gangsleitungen angeschlossene spannungsbegrenzende to beiden Sternschaltungen haben gleichzeitig die Funk-Dioden, die zusammen eine Mittelpunktschaltung tion eines Gleichrichters für die Feldwicklung F, bilden, als Lastbeschaltung wirken und zugleich an einer Thyristorbeschaltung und einer Transformatorder Thyristorbeschaltung und der Transformator- beschallung (dp, _P, τ).

beschallung beteiligt sind (du ρ und du τ)· Bei einem Bei Schaltungen für Einzellöschung von Thyristoren,

gesteuerten Gleichrichter nach F i g. 5 sind insgesamt 15 wie z. B. gemäß den F i g. 8 und 9, kann eine weitere nur fünf statt elf solche Dioden gemäß einer denkbaren Ausbildung der Erfindung zur Anwendung gebracht Ausgestaltung des Standes der Technik notwendig. werden. Diese besteht darin, daß eine Sternschaltung

Im Unterschied zur Schaltung nach F i g. 5 ist bei aus spannungsbegrenzenden Dioden über dem Löscheinem nichtgesteuerten Gleichrichter mit Gleich- Stromkreis der Schaltung vorgesehen ist. Die einzelnen richterdioden in Sternschaltung gemäß F i g. 4 die- ao Dioden dieser Sternschaltung gehen von den Verjenige spannungsbegrenzende Diode du j>> welche zur bindungen der Stromkreiselemente des Löschstrom-Beschaltung der Last L und der Thyristoren „ dient, kreises aus. Im Stromkreis nach F i g. *8 sind das die entbehrlich, da die Gleichrichterdiodeng nur in der Verbindungen zwischen dem Hauptthyristor/» und Rückwärtsrichtung vor Oberspannung geschützt wer- dem Löschkondensator C, zwischen dem Lösenden müssen. Bei einem halbgesteuerten Gleichrichter as kondensator C und dem Löschthyristor pu zwischen in Graetz-Brückenschaltung nach Fig. 6 liegt am dem Löschthyristor/»& und dem Hauptthyristor p. Eingang und am Ausgang je eine Mittelpunktschaltung Eine weitere vierte Diode geht von der Verbindung aus spannungsbegrenzenden Dioden. Jede Mittel- zwischen der Last L und der Gleichstromeinspeisung punktschaltung für sich wirkt als Transformator- aus. Für den Überspannungsschutz der Umschwingbeschaltung dr bzw. Lastbeschaltung du Gleichzeitig 30 diode du ist der Sternpunkt mit der Verbindung bildet je eine Diode der Eingangs-Mittelpunktschal- zwischen der Umschwingdiode dv und der Umtung mit einer Diode der Ausgangs-Mittelpunkt- schwingdrossel Lv mittels einer spannungsbegrenschaltung die Beschallung für die Thyristoren und die zenden Diode dp, uv verbunden.
Gleichrichterdioden dp, „, _r; für die letzteren natürlich Im Stromkreis für Gegentaktlöschung nach F i g. 9

nur in der Rückwärtsrichtung. Von der Mittelpunkt- 35 ist an den Verbindungen P-P₁, p_a; p-p„ p_t; ρ_Λ, p_t-C und schaltung am Ausgang ist die obere spannungs- />„ P₁-C je eine spannungsbegrenzende Diode d anbegrenzende Diode für die Beschattung der Gleich- geschlossen, und es sind alle diese Dioden wieder zu richterdioden an sich entbehrlich, während die untere einer Sternschaltung zusammengefaßt. Von diesen spannungsbegrenzende Diode an der Thyristorbe- Dioden wirken z. B. zwei in Reihen-Gegenschaltung schaltung beteiligt ist (du p)· Bei einer Gleichrichter- 40 zum Hauptthyristor/» parallelgeschaltete Dioden als Brückenschaltung nach F i g. 6 werden insgesamt nur Beschallung für den Thyristor />. Davon ist die obere vier anstatt zehn solcher Dioden gemäß einer denk- Diode an der Beschallung für den Thyristor p₃ und baren Ausgestaltung des Standes der Technik benö- den Thyristor/>, und die untere Diode an der Betigt, schaltung des Thyristors/»« und des Thyristorsp_t be-

Das Beispiel des voägesteuenen Gleichrichters mii 45 iciiigi. Thyristoren in DB-Schaltung nach F i g. 7 stellt An Stelle von Diodensätzen mit Selendioden sind

insofern einen Sonderfall dar, als bei diesem an den z. B. auch einzelne Einkristalldioden mit Zener-Eingangsleitungen zwei Sternschaltungen aus span- Charakteristik verwendbar, die jeweils paarweise in nungsbegrenzenden Dioden angeschlossen sind, die Reihen-Gegenschaltung eine bipolare spannungsbezusammen eine DB-CjlcichrichterschaHung für die 50 grenzende Beschattung bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. ;:i, Es ist eine Anprdn^ung^²^ ©impfung *on Schwin-

   Patentansprüche: gungen beim BeirieJ*%n Sttomncitejanjagen Mt

   dreiphasigen im Stern geschalteten Teilstromrichtern

   L Schutzschaltung zur Begrenzung von Über- bekannt (deutsche Patentschrift 108598), liie au? spannungen für Halbleiterschaltungen mittels span- 5 örei für jede Phase vorgesehenen, parallfilzu den Senungsbegrenzender , Halbleiterdioden mit, Zener- kundärwicklungen des StromriciiterrransfonnatoES geCharakteristik, welche einerseits am Eingang der schalteten Rdhen-if&Gliedem besteht, welche zu Halbleiterschaltung angeschlossen und angeordnet einem künstlichen Sternpunkt zusammengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sind. Bei dieser AnordnungsänddifrRahen-iie-Glieder bei einer Halbleiterschaltung mit nur zwei Ein- w bei kleiner Kommutieningszeit des Stfomdchters gangsleitucgea die Halbleiterdioden zusammen - praktisch .unwirksam, weil die Kondensatoren der eine Mittelpunktschalturig; bei einer Halbleiter- ÄC-Glieder bei der Zündung der Stromrichterventile schaltung mit mehr als zwei Eingangsleitungen mit einer bestimmten Zeitkonstanten jeweils auf die eine Sternschaltung bilden und daß der Mittelpunkt Kommutierungsspanöung umgeladen werden. Die der Mittelpunktschaltung oder der Sterapunkt der 15 Kondensatoren haben dann bei der Löschung des Sternschaltung über.je eine weitere spannungs- iUjeweSs abkommuticrenden Stromrichterventils noch begrenzende Halbleiterdiode (d) derart mit äöi nicht das Potential der Kommütierungsspannung jeweiligen Ausgängen der Halbleiterschaltung ver- erreicht, und die Spannung verläuft nicht aperiodisch, bunden ist, daß alle Spannungsbegrenzenden Um die Schwierigkeiten bei kleiner Kommutierungs-

   Dioden mit gleichnamiger Anschlußelektrode am ao. zeit zu beseitigen und die Steilheit der Sprungspannung Stern- oder Mittelpunkt angeschlossen sind. bei kleinen Kommutierungszeiten zu verringern, wird
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, gekenn- gemäß der deutschen Patentschrift 1098 598 zwischen zeichnet dadurch, daß als spannungsbegrenzende dem künstlichen Sterapunkt und dem Sternpunkt der Halbleiterdioden (</) Dioden aus Selenplatten mit Stromrichterventile ein Reihen-ÄC-Glied geschaltet Zener-Charakteristik verwendet sind. as Entsprechend wird bei einer Stromrichteranlage in
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, angewandt Brückenschalrung zwischen dem künstlichen Sternbei Schaltungen zur Zwangslöschung von Thy- punkt und dem positiven sowie dem negativen Pol ristoren mittels eines über wenigstens einen ge- der Anlage je ein Reihen-ÄC-Glied geschaltet Bei zündeten Hilfsthyristor sich entladenden Konden- dieser Anordnung besteht außer der Beschattung der sators, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ver- 30 Sekundärwicklungen des Stromrichtertransformators bindungen zwischen den Stromkreiselementen der mit je einem ÄC-Glied nur bei im Stern geschalteten Zwangslöschschaltung sowie an der beschaltungs- Teilstromrichtern zugleich auch eine Beschattung der freien Ausgangsleitung des Arbeitsthyristorstrom- Last Ansonsten sind aber die Stromrichterventile und kreises je eine spannungsbegrenzende Halbleiter- die Last mit je zwei in Reihe geschalteten ÄC-Gliedern diode (if) angeschlossen ist und daß alle an- 35 beschaltet