DE1903531A1

DE1903531A1 - Thyristor-Serienkette mit Beschaltung

Info

Publication number: DE1903531A1
Application number: DE19691903531
Authority: DE
Inventors: Bossi Dipl-Ing Hans Juerg
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1968-02-16
Filing date: 1969-01-24
Publication date: 1970-02-19
Also published as: GB1255843A; SE365079B; CH472139A; DE1903531B2; US3551739A

Description

3/6 δ Me/ub

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

Thyrlst'or-Serlenkette mit Beschaltung

Die Erfindung betrifft eine Thyristorkette aus einer Anzahl in Serie geschalteter Thyristor-Gruppen, deren jede ^ine Reihenschaltung von mehreren Thyristoren und einer Beschaltungs-Induktivität sowie eine zur gesamten Gruppe parallele Beschaltungskapazität enthält, und zur Erzielung einer verbesserten statischen Spannungsverteilung und Spannungsspitzen^Begrenzung Diodenpaare mit entgegengesetzt in Reihe geschalteten Avalancte-Dloden (Antiseriendioden) vorgesehen sind, deren jedes zu einem Thyristor parailelliegt,

Solche an sich bekannten Thyristorketten weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die nachstehend anhand der Figur 1 kurz betrachtet werden sollen. Hier ist im linken Teil der Figur (a) eine Einzelgruppe der Kette mit den der Schaltung innewohnenden (alsonicht "materialisierten") EigenkapazitS en (J₃) und Erdkapazitäten (C-) der Thyristoren (Th) dargestellt,

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, _ _ - 2 - 3/68

während der rechte Teil (b) im Blockschema die Zusammenschaltung der einzelnen Gruppen zur gesamten Thyristorkette zeigt. .

Die Beschaltungselemente einer derartigen Kette haben folgende Aufgaben zu übernehmen:

1. Erzwingen etier symmetrischen statischen Sperrspannungsverteilung oder Begrenzung der statischen Sperrspannung Über den einzelnen Elementen. Dieser Aufgabe dienen der (eventuell unsymmetrisch über die Kette geschaltete) Beschaltungskondensator C₁ sowie die Antiserien-Avalanchedioden ASD. ;

2. Begrenzen des positiven Spannungsanstiegs (-jr—) über den einzelnen Elementen; dies wird durch den Beschaltungskondensator Cl verwirklicht ,* der für eine symmetrie che-|r,-" Verteilung über der Gruppe sorgt.

3· Verhindern oder Dämpfen der Löschschwingungen; dazu dient die Beschaltungsinduktivltät (Drossel) L (keine Rückstromspitzen!) .

4. Begrenzen der dynamischen Spannungsspitzen beim Zünden - (unterschiedliche Verzögerungszeiten) und Löschen (unterschiedliche Trägerspeicherladung); diese Spannungsspitzen werden durch die Drossel L übernommen.

5· Begrenzen der Einschaltverlustleistung der Thyristoren. Diese Aufgabe Übernimmt ebenfalls die Drossel" "(Beschäl-'"· tungsindüktivität) L, die den schnellen Anstieg des Cl -

Entladestroms beim Zünden verzögert und die Erdkapazitäten 009808/10 52

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£Ξ£ C- der 3

einzelnen Thyristorgruppen gemäss Fig. la entkoppelt.

Die oben erwähnten Nachteile dieser Lösung sind nun vorallem dadurch gegeben, dass eine unzulässig hohe positive -rr— ·» Beanspruchung sich nur durch eine starke spannungsmässige ueberdimensionierung der Drosseln - oder, was auf dasselbe hinausläuft,/durchdie Notwendigkeit der Zuteilung einer Beschaltungsinduktivität zu einer Gruppe von nur wenigen Thyristoren vermelden lässt. , . , ,

Dies sei anhand der nächstehenden Betrachtungen etwas näher erläutert. Wird der Einfachheit halber angenommen, dass die Induktivität der Drossel L als ideale Entkopplung bei schnellen Spannungsänderungen wirkt, so ist sofort klar, dass der Ladestrom für C- und Cj bei schnellen-Spannungsänderungen nur über Punkt b (Fig. 1) flies-sen kann. Ferner ist es auch selbstverständlich, dass die Zahl der Thyristoren pro Gruppe möglichst gröss gewählt werden muss, um die Zahl der Drosseln und Kondensatoren C, klein zu halten. Vom Punkt b her ge;-* sehen hat man also eine leerlaufende Kondensatorkette mit Längskapazitäten C« und Querkapazitäten G>,. rDas Ueberträgüngsmass dieser "Leitung?¹ ist reell, und hat, den Betrag

Das Verhältnis der drosselseitigen Spannung U und der Eingangsspannung U. der Kette wird damit:

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.*■*■■$. ^* Jf^

-■ι».- 3/68

υ.

ο _

^üb

cosh

wobei η die Anzahl der Kettenglieder darstellt. Unter dem Symbol "cosh" ist der in der deutschsprachigen Schreibweise meistens mit "(MJ^-J¹ " bezeichnete Hyperbelcosinus zu verstehen. Wie schnell die zulässigen Grenzen erreicht werden, zeigt ein Beispiel:

Kette mit 10 Gruppen

C₃ = 5 pP .
C₀ = 200 pP

VSr-

Die Spannung über Gruppe (U_Q - ü_b) vor dem Spannungssprung sei Null.

Der Spannungssprung betrage 50% der Kettennennspannung. . , ■

Die maximal zulässige Spitzensperrspannung der Gruppen betrage 20% der Kettenspannung <Paktor 21)

Damit wird cosh ■?-—— = 1,66

6,3

und η s 7

Nicht berücksichtigt wurde dabei die nichtlineare Verteilung über der Kette, die zu einer weiteren Reduktion von η führt.

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BAD ORiQINAl.

- 5 - . 3/68 ι

Wünschenswert ist ein η um ca. 20. Mit den angenommenen

Kapazitätswerten ergibt sich für ο ein Verhältnis vonlO

Eine Beanspruchung über die zulässige Spannung hinaus ist zwar nicht weiter nachteilig, da dies nur das Ansprechen der AS-Dioden bedeutet, es muss jedoch berücksichtigt werden, dass auch die du/dt -Beanspruchung entsprechend wächst und nicht begrenzt wird. Figur 2 zeigt den Potentialverlauf über einer der obersten Gruppen bei positiven und negativen Sprünge)

0 - ■

und bei positiver und negativer Vorspannung. Als weitere Variante wurde dabei die Drossel nach Punkt b verschoben.

Die Neigung (des linearisierten Potentialverlaufs) gibt Auskunft über Vorzeichen und Grosse der dynamischen Spannungsbeanspruchung.

Befindet sich die Drossel auf der a-Seite, so erhöht ein negativer Spannungssprung die positive Sperrspannung. Ein positiver Spannungssprung kann dazu führen, dass die vorher positive Vorspannung Null oder gar negativ wird. Bei negativer Vorspannung und negativem Spannungssprung erhält man . das paradoxe Resultat, dass im ersten Augenblick die Thyristor· Sperrspannung positiv werden kann.

Mit der Drossel auf der b-Seite erhält man positive" Bean-

to spruchung nurbei positiven Sprüngen.

co Die einfachste Lösung des Problems wäre das Aufteilen der -* Drosseln auf a- und b-Seite. Dies hätte aber den grossen Nacho

T₀ teil, dass die Drosseln an den oberen Gruppen für die ganze Sprungspannung ausgelegt

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- -■■.-■" ■ ■ - i ■ ■ · j

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Beschaltungsproblem eine Lösung zu finden, die jedes positive ^r- verhindert und eine normale Drosselauslegung erlaubt. Dies wird erflndungsgemäss dadurch erreicht, dass die mit den Thyristoren in Reihe liegende Beschaltungs-Induktivität aus zwei vorzugsweise gleichen Teilinduktivitäten besteht, die auf der einen bzw. auf der anderen Seite der Thyristor-Reihenschaltung in einer Gruppe angeordnet sind, und jeder - Teilinduktivität eine bezüglich der Durchlassrichtung der Thyristoren entgegengesetzt gepolte üeberbrückungsdiode parallelgeschaltet ist.

Anhand des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels sei das Erfindungsmerkmal im einzelnen erläutert. Bei positiven SpannungsSprüngen fliest der Ladestrom über lie b-seitige Üeberbrückungsdiode, und die a-seitige Drossel ist wirksam. Umgekehrt lliesst bei negativen SpannungsSprüngen der Ladefc strom über die a-seltige üeberbrückungsdiode, und nur die b-seitige Drossel gelangt zur Wirkung. Schnelle positive Spannungsänderungen ■—— gelangen nicht an die Thyristoren, und die Drossel muss nur für ca. die 3-4-fache "Gruppenspannung" ausgelegt werden (Spannung über C₁ + Spannung über η ASD-EIemente = 1 + (2 - 3) χ Gruppenspannung). Insgesamt kann die Thyristorkette somit'knapper ausgelegt werden und wird . dadurch gegenüber der bekannten Kette leistungsfähiger und billiger.

Die erflndungsgemäss vorgeschlagene Schaltungsanordnung hat • " 009808/1052

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den weiteren Vorteil, dass für den Fall eines Verzichts auf die Äntlserien-Avalanchedioden ASD - d.h. einer Uebernähme ihrer Funktion durch die Thyristoren selbst - bei positiver Avalanche-Spannung über die Thyristoren kein Ladestrom fliesst.

Die soweit beschriebene Schaltung hat den Nachteil, dass der Trägerstaurückstrom durch die Drossel nicht mehr begrenzt werden kann. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch weitgehend behoben, dass Ewecke Verkleinerung der Rückstromepitze und Dämpfung der Löschschwingung Dämpfungswiderstände R vorgesehen sind, deren jeder mit einer Ueberbrückungsdiode D in Reihe liegt und den Widerstand der letzteren in Durchlassrichtung merklich vergrössert. Bei Verwendung von sättigbaren Drosseln dienen die Widerstände R ferner auch als Rückmagnetisierungshllfe.

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Claims

- 8 - 3/68 V Patentansprüche ;

1. Thyristorkette aus einer Anzahl in Serie geschalteten Thyristor-Gruppen, deren jede eine Reihenschaltung von mehreren Thyristoren und einer Beschaltungs-Induktivität sowie eine zur gesamten Gruppe parallele Beschältungskapazität enthält, und zur Erzielung einer verbesserten statischen Spannungsverteilung und Spannungsspitzen-Begrenzung Diodenpaare mit entgegengesetzt in Reihe geschalteter Avalanche-Dioden (Antiseriendioden) vorgesehen sind, deren Jedes zu einem Thyristor parallel liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ,, ~ die mit den Thyristoren (Th) in Reihe liegende Beschaltungs-Induktivität aus zwei vorzugsweise gleichen Teilinduktivitäten (L) besteht, die auf der einen bzw. auf der anderen ^! Seite der Thyristor-Reihenschaltung in einer Gruppe angeordnet sind, und jeder Teilinduktivität (L) eine bezüglich der Durchlassrichtung der Thyristoren (Th) entgegengesetzt gepolte üeberbrückungsdiode (D) parallelgeschaltet ist.

2. Thyristorkette nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Begrenzung des Trägerstau-Rückstromes und Dämpfung der Löschschwingung sowie auch- bei Verwendung von Beschaltungs-Induktivitäten in Gestalt von sättigbaren Drosseln als Rückmagnetisierungshilfe - Dämpfungswiderstände (R) vorge-

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sehen sind, deren jeder mit einer Üeberbrückungsdiode (D) in Reihe liegt und den Widerstand der letzteren in Durchlassrichtung merklich vergrössert.

Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI & CIE.

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