DE19735577C1 - Schaltungsanordnung zum entlasteten Schalten eines selbstgeführten Hochleistungs-Pulswechselrichters - Google Patents

Schaltungsanordnung zum entlasteten Schalten eines selbstgeführten Hochleistungs-Pulswechselrichters

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist bekannt durch die US-Z.: SUH, J.-H. u. a.: "A New Snubber Circuit for High Efficiency and Overvoltage Limitation in Three-Level GTO Inverters" in: IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, Vol. 44, No. 2, April 1997, S. 145-156, insbes. Fig. 2a, S. 147.
Zur Speisung von Drehstrommaschinen, deren Moment sich in einem weiten Drehzahlbereich hochdynamisch auf gewünschte Werte einstellen läßt, werden meist Pulsstromrichter mit konstanter oder nahezu konstanter Eingangsgleichspannung eingesetzt. Bei besonders hohen dynamischen Anforderungen an die Regelung der Drehstrommaschine muß die Schaltfrequenz möglichst groß gemacht werden, was sich u. a. ungünstig auf den Wirkungsgrad und die Kosten des Stromrichters auswirkt.
Die Schaltfrequenz üblicher Hochleistungs-Pulsstromrichter mit Gate-turn-off-Thyristoren (GTO-Thyristoren) ist derzeit auf Werte unter 300 Hz begrenzt.
Bei hochsperrenden Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT's) ist in hartschaltendem Betrieb zu erwarten, daß die Schaltfrequenz nicht über 600 Hz gesteigert werden kann. Gründe dafür sind im wesentlichen die Halbleiterschalt- und die Beschaltungsverluste.
Die Beschaltungsverluste können durch Energie-Rückspeisung vermieden werden. Der dafür benötigte Schaltungsaufwand, z. B. GS-Steller mit Beschaltung, ist allerdings ziemlich hoch, wobei der Wirkungsgrad des Stromrichters nur geringfügig verbessert wird, da der Rückspeise-Stromrichter selbst Schalt- und Beschaltungsverluste verursacht.
Die Halbleiterschaltverluste können durch Reduzierung der Strom- und Spannungssteilheiten verringert werden. Dies führt wiederum zur Erhöhung der Beschaltungsverluste.
Eine Möglichkeit, die angesprochenen Nachteile zu vermei­ den, ist die Verwendung einer resonanten Stromrichter­ schaltung. Hierbei werden die GTO-Thyristoren im Strom- bzw. Spannungsnulldurchgang eines mit ihnen verbundenen, auf der Seite der Gleichspannungsquelle - bei einem Um­ richter also im Zwischenkreis - angeordneten Schwingkrei­ ses weich umgeschaltet. Dadurch läßt sich eine erhebliche Reduzierung der Schaltverluste und somit eine Erhöhung der Schaltfrequenz erreichen.
Nachteilig an resonanten Stromrichterschaltungen sind die hohen Spannungs- und Strombeanspruchungen der GTO-Thyri­ storen. Hierzu ist in der DE 43 03 147 C1 bereits eine Möglichkeit beschrieben worden, das weiche Schalten zu er­ reichen, ohne den GTO-Thyristor mit sehr hohen Spannungen und Strömen zu belasten. Die dort angegebene Schaltung weist allerdings auch Nachteile auf. So muß der für das weiche Schalten notwendige Clamp-Kondensator durch eine zusätzliche Vorladeeinrichtung auf einen Spannungswert von etwa 110% bis 140% der Gleichspannung (Zwischenkreisspan­ nung) aufgeladen werden. Weiterhin ist es mit einem einzi­ gen Schwingkreiskondensator sehr schwierig, die abschalt­ parasitären Induktivitäten für alle GTO-Thyristoren im Stromrichter zu minimieren. Diese Induktivitäten verursa­ chen beim Abschalten jedes GTO-Thyristors eine hohe Span­ nungsspitze, die einen zulässigen Grenzwert nicht über­ schreiten darf. Letztlich erweist sich die Festlegung des genauen Zeitpunktes zum Abschalten unter Nullspannung als problematisch. Grund dafür ist die lange Speicherzeit des GTO-Thyristors, die von vielen Faktoren abhängig ist, z. B. vom abzuschaltenden Strom, von der Temperatur, usw.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine zusätzliche Vorladeeinrichtung für den Clamp-Konden­ sator nicht benötigt wird und bei der die Wirkungen von parasitären Induktivitäten beim Abschalten weitestmöglich vermieden werden. Außerdem soll die Festlegung eines ge­ nauen Zeitpunktes zum Abschalten unter Nullspannung nicht erforderlich sein.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Danach wird die gespeicherte Beschal­ tungsenergie, die bei den bekannten Schaltungen in Wärme umgesetzt oder durch eine aufwendige Vorrichtung zurückge­ speist werden muß, vorteilhafterweise für den Zweck des Nullspannungsschaltens verwendet. Eine zusätzliche Vorlade­ einrichtung für den Clamp-Kondensator kann ebenso entfal­ len wie die genaue Festlegung des Abschaltzeitpunktes un­ ter Nullspannung. Weiterhin gelingt es, die parasitären Induktivitäten für alle GTO-Thyristoren im Stromrichter zu minimieren und damit unzulässige Spannungsspitzengrenzwer­ te zu vermeiden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden.
Es zei­ gen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für eine weiche Kommutie­ rung eines aus GTO-Thyristoren aufgebauten Strom­ richters,
Fig. 2 die Strom- und Spannungsverläufe bei den Bauelemen­ ten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bei einer bestimmten Betriebsart,
Fig. 3 eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, mit zusätzlicher Beschaltung gegen Überkopfzündung,
Fig. 4 eine weiter Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit einem zusätzlichen Speicherkondensator.
Fig. 1 zeigt einen selbstgeführten, dreiphasigen Strom­ richter, der aus einer Konstant-Gleichspannungsquelle Ud, die z. B. ein Gleichspannungs-Zwischenkreis in einem Um­ richter sein kann, gespeist wird und der im wesentlichen aus zwei Hauptteilen besteht, dem eigentlichen Stromrich­ ter mit unsymmetrischer Beschaltung und der erfindungsge­ mäßen Soft-Kommutierungsschaltung ZVS. Jeweils als Zweig­ paare zwischen die Klemmen der Gleichspannungsquelle ge­ schaltete GTO-Thyristoren T1 bis T6 sowie ihnen antiparal­ lelgeschaltete Rückarbeitsdioden D1 bis D6 bilden zusammen mit in Reihe hierzu geschalteten Entkopplungsdrosseln Ls1 bis Ls3 die drei Stränge des Stomrichters mit den Wechsel­ stromanschlüssen U, V, W jeweils am gemeinsamen Verbin­ dungspunkt der Zweigpaare, an die üblicherweise eine nicht näher dargestellte Last, beispielsweise eine Drehstromasyn­ chronmaschine, angeschlossen ist.
Eine Soft-Kommutierungsschaltung ZVS besteht aus einem Clamp-Schalter Tc mit einer verlustfreien Beschaltung, ge­ bildet aus den Abschaltkondensatoren Cb1, Cb2, einer Be­ schaltungsdrossel Lb sowie den Abschaltdioden Db1 bis Db3, einem Nullspannungs-Thyristors Ts sowie einer Rückspeise- Drossel Lz und einer Rückarbeitsdiode Dz.
Die Anode des Clamp-Schalters Tc ist über Entkopplungsdio­ den De1 bis De3 mit Clamp-Kondensatoren Cc1 bis Cc3 der unsymmetrischen Beschaltung jedes Stranges verbunden.
Die Entkopplungsdrosseln Ls1 bis Ls3 haben die Aufgabe, die Stränge voneinander zu entkoppeln, um die Hochfre­ quenzschwingungen zwischen den Clamp-Kondensatoren Cc1 bis Cc3, die durch die praktisch unvermeidbare parasitäre In­ duktivität verursacht würden, zu minimieren.
Die Funktion der Beschaltungselemente Ds1 bis Ds3, Dc1 bis Dc3 und Cs1 bis Cs3 wird untenstehend anhand der Beschrei­ bung der Wirkungsweise der Schaltung noch ausführlich er­ läutert.
Die Soft-Kommutierungsschaltung ZVS hat folgende Aufgaben:
  • 1. Schaffung von Nullspannungsintervallen zum verlustfrei­ en Einschalten der Leistungshalbleiterschalter im Strom­ richter und
  • 2. Rückspeisung der Beschaltungsenergie.
Der Stromrichter mit Soft-Kommutierung nach Fig. 1 kann in zwei Betriebsarten arbeiten, die nachfolgend anhand des Stromrichterzweiges (Anschluß U) näher beschrieben werden:
A: Betriebsart I (Beschaltetes Ein- und Abschalten)
Diese Betriebsart wird verwendet, wenn die Spannungsdiffe­ renz zwischen der Clamp-Spannung Uc über dem Clamp-Konden­ sator Cc1 und der Zwischenkreisspannung Ud sehr klein ist. Beim Starten des Stromrichters wird z. B. der Clamp-Konden­ sator Cc1 durch diese Betriebsart I auf die für die noch zu beschreibende andere Betriebsart II benötigte Spannung (z. B. 1,3 Ud) aufgeladen.
Nachstehend wird die Funktionsweise in dieser Betriebsart beim Ein- und Abschalten des GTO-Thyristors T1 näher be­ schrieben.
Der während des Kommutierungsvorgangs konstant angenommene Laststrom fließt zunächst in der Rückarbeitsdiode D2 über den Wechselspannungsanschluß U zur Last. Der Beschaltungs- Kondensator Cs1 ist in der eingezeichneten Polarität posi­ tiv aufgeladen. Beim Einschalten des GTO-Thyristors T1 steigt der Anodenstrom im GTO-Thyristor T1 linear an (diT1/dt = Ud/Ls bei Ls1 << Ls), der Strom in der Rückar­ beitsdiode D2 nimmt entsprechend linear ab. Sobald die Rückarbeitsdiode D2 stromlos geworden ist, fließt ein Ent­ ladestrom in dem Kreis Ud, Beschaltungsdrossel Ls, Ent­ kopplungsdrossel Ls1, GTO-Thyristor T1, Beschaltungskon­ densator Cs1, Clamp-Diode Dc1, Clamp-Kondensator Cc1, wo­ durch der Beschaltungskondensator Cs1 entladen wird. Wenn die Kondensatorspannung Ucs1 am Beschaltungskondensator Cs1 den Wert Null erreicht hat, kommutiert der Entlade­ strom in die Beschaltungsdiode Ds1. Die Energie des Be­ schaltungskondensators Cs1 : 1/2 Cs1(UCs1)2 ist damit nach dem Einschalten des GTO-Thyristors T1 zunächst zum großen Teil in der Beschaltungsdrossel Ls und der Entkopplungs­ drossel Ls1 zwischengespeichert. Danach wird sie durch den über die Beschaltungsdiode Ds1 weiterfließenden Strom von der Beschaltungsdrossel Ls und der Entkopplungsdrossel Ls1 in den Clamp-Kondensator Cc1 transferiert.
Beim Abschalten des GTO-Thyristors T1 kommutiert der Last­ strom in den Beschaltungskondensator Cs1. Die Anodenspan­ nung am GTO-Thyristor T1 steigt linear an. Wenn die Kon­ densatorspannung UCs1 den Wert Ud erreicht hat, übernimmt die Rückarbeitsdiode D2 den Laststrom. Der Strom in der Beschaltungsdrossel Ls und in der Entkopplungsdrossel Ls1 fließt über die die Beschaltungsdiode Ds1 und die Clamp- Diode Dc1 in den Clamp-Kondensator Cc1, bis die Energie in den Drosseln Ls und Ls1 vollständig abgebaut ist.
Diese Betriebsart erlaubt es, daß die für das Nullspan­ nungs-Einschalten benötigte Clamp-Spannung Uc in Höhe von etwa 1,3 Ud über den Stromrichter selbst zur Verfügung ge­ stellt wird. Diese Betriebsart wird auch bevorzugt einge­ setzt, wenn durch das Einschalten des Ausgangsschalters (z. B. GTO-Thyristor T1) keine Stromkommutierung von einer Rückarbeitsdiode (z. B. D2) auf den Schalter stattfinden soll (kein echter Einschaltvorgang).
B: Betriebsart II (Null-Spannungs-Einschalten und beschal­ tetes Abschalten)
Diese Betriebsart wird verwendet, wenn die Spannungsdiffe­ renz zwischen der Clamp-Spannung Uc und der Zwischenkreis­ spannung Ud den Spannungswert von etwa 1,3 Ud erreicht hat.
Anhand der Fig. 2 soll diese Betriebsart unter Bezug auf die Strom- und Spannungsverläufe an der Rückspeisedrossel Lz (iLz, uLz), am Nullspannungs-Thyristors Ts (iTs, uTs), am Clamp-Thyristor Tc (iTc, uTc) und am GTO-Thyristor T1 (iT1, uT1) beim Ein- und Abschalten des GTO-Thyristors T1 näher erläutert werden.
Zunächst wird angenommen, daß ein Kreisstrom iLz in Höhe von etwa 20% des Nennstromes in dem Kreis Beschaltungs­ drossel Ls, Nullspannungs-Thyristor Ts und Rückspeisedros­ sel Lz fließt. Soll nun zum Zeitpunkt t2 der Laststrom von einer Rückarbeitsdiode (z. B. D2) auf einen Ausgangsschal­ ter (z. B. GTO-Thyristor T1) umkommutiert werden (Einschalt­ vorgang), so wird zunächst der Clamp-Schalter Tc zum Zeit­ punkt t0 eingeschaltet.
Da die Clamp-Spannung Uc höher ist als die Zwischenkreis­ spannung Ud, kommutiert der Kreisstrom iLz vom Nullspan­ nungs-Thyristor Ts auf den Clamp-Schalter Tc. Die Stromän­ derungsgeschwindigkeit des Kreisstromes iLz wird von der Spannungsdifferenz (Uc - Ud) und der Induktivität der Be­ schaltungsdrossel Ls bestimmt. Zum Zeitpunkt t1 wird der Nullspannungs-Thyristor Ts gelöscht, da sein Strom iTs den Wert Null erreicht hat. Solange der Clamp-Schalter Tc ein­ geschaltet ist, nimmt der Nullspannungs-Thyristor Ts den Spannungswert Uc - Ud als Sperrspannung uTs auf.
Durch die Rückspeisedrossel Lz fließt über den Clamp- Schalter Tc und die Clamp-Kondensatoren Cc1 bis Cc3 ein linear ansteigender Strom (diLz/dt = (Uc - Ud)/Lz). Dadurch wird Energie von den Clamp-Kondensatoren Cc1 bis Cc3 ent­ zogen. Diese Energie wird teilweise in der Rückspeisedros­ sel Lz zwischengespeichert und der größere Teil wird in den Zwischenkreis zurückgespeist.
In dem Clamp-Schalter Tc fließt außerdem noch ein Umlade­ strom iTc im Kreis Abschaltkondensator Cb1, Abschaltkon­ densator Cb2, Beschaltungsdiode Db3, Beschaltungsdrossel Lb, wodurch die Abschaltkondensatoren Cb1 und Cb2 umgela­ den werden. Dabei wird der Abschaltkondensator Cb2 auf die Spannung Uc und der Abschaltkondensator Cb1 auf Null ent­ laden. Dieser Umladestrom iTc kann durch Vergrößerung der Beschaltungsdrossel Lb klein gehalten werden.
Nachdem die Clamp-Kondensatoren Cc1 bis Cc3 genügend Ener­ gie abgegeben haben, wird der Clamp-Schalter Tc abgeschal­ tet. Der Strom kommutiert während des Abschaltvorgangs je zur Hälfte in den Kreis aus der Abschaltdiode Db1 in Reihe mit dem Abschaltkondensator Cb1 und in den Kreis aus der Abschaltdiode Db2 in Reihe mit dem Abschaltkondensator Cb2, wobei die Parallelschaltung der Kapazitäten der Abschaltkondensatoren Cb1 und Cb2 ein Maß für den Span­ nungsanstieg du/dt der Spannung uTc am Clamp-Schalter Tc ist. Dabei wird der Abschaltkondensator Cb1 auf die Span­ nung Uc aufgeladen und der Abschaltkondensator Cb2 auf Null entladen.
Sobald die Kondensatorspannung Ucb2 den Wert Null erreicht hat, wird die Rückarbeitsdiode Dz leitend. Die während der Einschaltintervalle der Clamp-Schalter Tc in der Rückspei­ sedrossel Lz zwischengespeicherte Energie wird über die Rückarbeitsdiode Dz in den Zwischenkreis zurückgespeist.
Das eigentliche Nullspannungsintervall für den Ausgangs­ schalter (z. B. GTO-Thyristor T1) wird erst durch das Einschalten des Nullspannungs-Tyristors Ts eingeleitet. Der Strom iDz der Rückarbeitsdiode Dz kommutiert - be­ grenzt durch die Beschaltungsdrossel Ls - als Strom iTs in den Nullspannungs-Thyristor Ts. Während dieses Kommutie­ rungsintervalls wird der GTO-Thyristor T1 gezündet, da die Spannung UB vorher zusammengebrochen ist. Damit ist eine optimale Voraussetzung des Schaltens ohne nennenswerte Einschaltverluste für den GTO-Thyristor T1 geschaffen.
Die vom Clamp-Kreis (Clamp-Kondensatoren Cc1 bis Cc3) ent­ zogene Ladung, im wesentlichen während der Einschaltdauer des Clamp-Schalters Tc, hängt außer von der Höhe des Kreistromes iLz auch noch von der Einschaltdauer des Clamp- Schalters Tc sowie dem Induktivitätswert der Rückspeise­ drossel Lz ab.
Im Hinblick auf die Verluste in der Soft-Kommutierungs­ schaltung ZVS soll der Kreisstrom iLz so klein wie möglich und auf einen annähernd konstanten Wert gehalten werden. Der Induktivitätswert der Rückspeisedrossel Lz soll etwa 5 bis 10fach größer als derjenige der Beschaltungsdrossel Ls sein.
Als Stellgröße zur Regelung des Ladungszustandes des Clamp- Kreises (Clamp-Kondensatoren Cc1 bis Cc3) steht die Ein­ schaltdauer des Clamp-Schalters Tc zur Verfügung. Diese beeinflußt allerdings auch die Höhe des Kreisstromes iLz, da er während der Einschaltdauer des Clamp-Schalters Tc zwangsläufig ansteigt.
Zur Regelung des Kreisstromes iLz kann jedoch auch eine zweite Stellgröße dienen, der Einschaltzeitpunkt des Null­ spannungs-Thyristors Ts. Nach dem Abschalten des Clamp- Schalters Tc und dem Umschwingen der Abschaltkondensatoren Cb1, Cb2 wird die in der Rückspeisedrossel Lz zwischenge­ speicherte Energie über die Rückspeisediode Dz in den Zwi­ schenkreis Ud zurückgespeist. Während dieser Zeit fällt der Kreisstrom iLz linear schnell ab (diLz/dt = Ud/Lz).
Der Nullspannungs-Thyristor Ts muß auf jeden Fall einge­ schaltet werden, bevor die Energie in der Rückspeisedros­ sel Lz abgebaut ist, da es ansonsten kein Nullspannungsin­ tervall mehr gibt.
Im Nullspannungsintervall muß der Ausgangsschalter (z. B. GTO-Thyristor T1) eingeschaltet werden, da sonst die Span­ nung UB schlagartig von Null auf die Spannung Ud springen würde, was zu einer Überkopf-Zündung der Ausgangsschalter (z. B. GTO-Thyristor T1) führen könnte. Fig. 3 zeigt eine Schaltungsvariante, mit der durch eine Beschaltungsergän­ zung dieses Problem vermieden werden kann. Durch eine ver­ lustfreie zusätzliche Beschaltung aus den Beschaltungs­ drosseln Dr1, Dr2 und dem Beschaltungskondensator Cr kann die Spannung UB nicht mehr schlagartig springen, auch wenn der Einschaltvorgang nicht genau innerhalb des Nullspan­ nungsintervalls stattfindet.
Fig. 4 zeigt eine weitere Schaltungsvariante, in der ein zusätzlicher gemeinsamer Clamp-Kondensator Cc zwischen der Anode des Clamp-Schalters Tc und dem Verbindungspunkt der Drosseln Ls und Lz angeordnet ist.
Der Clamp-Schalter Tc (Fig. 3, Fig. 4) kann ein GTO- Thyristor sein, aber auch durch zwei in Reihe geschaltete hochsperrende IGBT's ersetzt werden, da er nur etwa 20% des Nennstroms zu schalten braucht, d. h. etwa 300 A. Die Beschaltungskomponenten Cb1, Cb2, Lb, Db1, Db2 und Db3 für den GTO-Thyristor Tc können dann entfallen. Der Einschalt­ vorgang wird ohnehin durch die Beschaltungsdrossel Ls ent­ lastet.
Bezugszeichenliste
Fig.
1, 3 und 4:
Cb1, Cb2Abschaltkondensatoren
Cczusätzl. gemeinsamer Clamp-Kondensator
Cc1 bis Cc3Clamp-Kondensatoren
Crzusätzl. Beschaltungskondensator
Cs1 bis Cs3Beschaltungskondensatoren
Db1 bis Db3Abschaltdioden
Dc1 bis Dc3Clamp-Dioden
De1 bis De3Entkopplungsdioden
Dr1, Dr2zusätzl. Beschaltungsdioden
Ds1Beschaltungsdiode
D1 bis D6Rückarbeitsdioden in den Zweigen
DzRückarbeitsdiode
LbBeschaltungsdrossel
LsBeschaltungsdrossel
Ls1 bis Ls3Entkopplungsdrosseln
LzRückspeisedrossel
T1 bis T6GTO-Thyristoren der Zweige
TcClamp-Schalter
TsNullspannungs-Thyristor
UcClamp-Spannung
U, V, WWechselspannungsanschlüsse
UcClamp-Spannung
Ucs1Spannung über Cs1
UdGleichspannungsquelle (Zwischenkreis)
ZVSSoft-Kommutierungsschaltung (zero voltage swichting)
Fig.
2:
iDzStromverlauf über Rückarbeitsdiode Dz
iLz, uLzStrom- und Spannungsverläufe an Lz
iTs, uTsStrom- und Spannungsverläufe an Ts
iTc, uTcStrom- und Spannungsverläufe an Tc
iZ1, uT1Strom- und Spannungsverläufe an T1

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zum entlasteten Schalten eines unsymmetrisch mit abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (T1-T6) und dazu jeweils antiparallelen Freilaufdioden (D1 -D6) aufgebauten und aus einer Gleichspannungsquelle (Ud) gespeisten selbstgeführten Hochleistungs-Pulswechselrichters in Brückenschaltung unter Verwendung einer Clampschaltung zur Begrenzung der Spannungsbelastung, wobei
  • a) ein Anschluß einer Beschaltungsdrossel (Ls) mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle (Ud) und der andere Anschluß mit dem gemeinsamen Anschluß von Entkopplungsdrosseln (Ls1, Ls2, Ls3) verbunden ist, deren andere Anschlüsse jeweils zu den Anoden der Halbleiterschalter (T1, T2, T3) des oberen Brückenzweiges führen,
  • b) parallel zu den abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (T1, T3, T5) jedes oberen Brückenzweiges jeweils eine Beschaltungsdiode (Ds1, Ds2, Ds3) und ein Beschaltungskondensator (Cs1, Cs2, Cs3) in Reihe hierzu angeordnet sind, wobei deren Verbindungspunkte jeweils mit den Anoden einer Clamp-Diode (Dc1, Dc2, Dc3) verbunden sind,
  • c) die Kathoden der Clamp-Dioden (Dc1, Dc2, Dc3) zum einen mit den jeweiligen Clamp- Kondensatoren (Cc1, Cc2, Cc3) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Kathoden der Clamp-Dioden (Dc1, Dc2, Dc3) zum anderen mit jeweils den Anoden von Entkopplungsdioden (De1, De2, De3) verbunden sind,
  • b) die Kathoden der Entkopplungsdioden (De1, De2, De3) gemeinsam an die Anode eines Clamp-Schalters (Tc) geführt sind, der mit seiner Kathode mit der Kathode eines Nullspannungs-Thyristors (Ts) in Verbindung steht,
  • c) der Nullspannungs-Thyristor (Ts) mit seiner Kathode zusätzlich mit einer Rückspeisedrossel (Lz) und mit seiner Anode sowohl mit der Beschaltungsdrossel (Ls) als auch mit den Entkopplungsdrosseln (Ls1, Ls2, Ls3) verbunden ist,
  • d) der andere Anschluß der Rückspeisedrossel (Lz) mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle (Ud) verbunden ist und daß
  • e) die Kathode einer Rückarbeitsdiode (Dz) an den Verbindungspunkt zwischen der Kathode des Clampschalters (Tc) mit der Kathode des Nullspannungs-Thyristors (Ts) und die Anode dieser Rückarbeitsdiode (Dz) an den Minuspol der Gleichspannungsquelle (Ud) angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Clampschalter (Tc) ein GTO-Thyristor mit folgender zusätzlicher Beschaltung eingesetzt ist:
  • a) an der Kathode des Clampschalters (Tc) liegt die Kathode einer ersten Abschaltdiode (Db1), ein Anschluß eines ersten Abschaltkondensators (Cb2) und der Verbindungspunkt der Rückspeisedrossel (Lz) mit der Rückarbeitsdiode (Dz)
  • b) an der Anode des Clampschalters (Tc) liegt ein zweiter Abschaltkondensator (Cb1), wobei die Anode der ersten Abschaltdiode (Db1) und der andere Anschluß des zweiten Abschaltkondensators (Cb1) mit einer Beschaltungsdrossel (Lb) verbunden sind, deren anderer Anschluß mit der Kathode einer zweiten Abschaltdiode (Db3) verbunden ist und deren Anode wiederum mit dem ersten Abschaltkodensator (Cb2) und der Kathode einer dritten Abschaltdiode (Db2) verbunden ist, deren Anode an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) angeschlossen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullspannungs-Thyristor (Ts) zusätzlich derart beschaltet ist, daß von seiner Anode eine Beschaltungsdiode (Dr1) und ein dazu in Reihe geschalteter Beschaltungskondensator (Cr) zu seiner Kathode führen und an den Verbindungspunkt der Beschaltungsdiode (Dr1) mit dem Beschaltungskondensator (Cr) die Anode einer weiteren Beschaltungsdiode (Dr2) angeschlossen ist, deren Kathode zur Anode der Entkopplungsdiode (De1) führt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anode des Clampschalters (Tc) und dem Verbindungspunkt der Rückspeisedrossel (Lz) mit der Beschaltungsdrossel (Ls) ein zusätzlicher Clampkondensator (Cc) liegt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochleistungs-Pulswechselrichter Teil eines Umrichters ist, wobei die Gleichspannungsquelle (Ud) durch den Gleichspannungszwischenkreis des Umrichters gebildet ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivitätswert der Rückspeisedrossel (Lz) etwa 5 bis 10fach größer als derjenige der Beschaltungsdrossel (Ls) ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellgröße zur Regelung des Kreisstromes (iLz) der Einschaltzeitpunkt des Nullspannungs-Thyristors (Ts) dient.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Clamp-Schalter (Tc) durch zwei in Reihe geschaltete hochsperrende IGBT's ausgeführt ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschaltvorgang durch die Beschaltungsdrossel (Ls) entlastet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Nullspannungs-Einschalten benötigte Clamp-Spannung (Uc) in Höhe von etwa 1,3 Ud über den Stromrichter selbst zur Verfügung gestellt wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19942258A1 (de) * 1999-09-04 2001-03-08 Abb Ind Ag Baden Schaltung und Verfahren zur Einschaltentlastung von abschaltbaren Leistungsschaltern in Dreipunkt-Stromrichtern
EP1213826A2 (de) * 2000-12-07 2002-06-12 Bombardier Transportation GmbH Schaltenlastungsnetzwerk für Leistungshalbleiterschalter
AT409569B (de) * 1999-05-17 2002-09-25 Ascom Energy Systems Ag Vorrichtung und verfahren zur netzspannungsabhängig thyristorgesteuerten vorladung der ausgangskondensatoren eines dreipunkt-pulsgleichrichtersystems
DE10152198A1 (de) * 2001-10-23 2003-05-08 Siemens Ag Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4303147C1 (de) * 1993-01-30 1994-06-16 Licentia Gmbh GTO-Stromrichter mit quasi-resonantem Gleichspannungszwischenkreis

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI70493C (fi) * 1982-08-19 1986-09-19 Stroemberg Oy Ab Vaexelriktare skyddad med avseende pao stighastigheten av stroem och spaenning
DE4233573C2 (de) * 1991-11-22 1994-04-28 Licentia Gmbh Selbstgeführter Stromrichter mit quasi-resonantem Gleichspannungs-Zwischenkreis
DE4447406C1 (de) * 1994-12-24 1996-06-27 Daimler Benz Ag GTO-Stromrichter mit weicher Kommutierung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4303147C1 (de) * 1993-01-30 1994-06-16 Licentia Gmbh GTO-Stromrichter mit quasi-resonantem Gleichspannungszwischenkreis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US-Z.: SUH, J.-H. u.a.: "A new Snubber Circuit..."in Three-Level GTO Inverters" in: IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 44, No. 2, April 1997, S. 145-156 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT409569B (de) * 1999-05-17 2002-09-25 Ascom Energy Systems Ag Vorrichtung und verfahren zur netzspannungsabhängig thyristorgesteuerten vorladung der ausgangskondensatoren eines dreipunkt-pulsgleichrichtersystems
DE19942258A1 (de) * 1999-09-04 2001-03-08 Abb Ind Ag Baden Schaltung und Verfahren zur Einschaltentlastung von abschaltbaren Leistungsschaltern in Dreipunkt-Stromrichtern
EP1213826A2 (de) * 2000-12-07 2002-06-12 Bombardier Transportation GmbH Schaltenlastungsnetzwerk für Leistungshalbleiterschalter
EP1213826A3 (de) * 2000-12-07 2004-12-29 Bombardier Transportation GmbH Schaltenlastungsnetzwerk für Leistungshalbleiterschalter
DE10152198A1 (de) * 2001-10-23 2003-05-08 Siemens Ag Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine
DE10152198B4 (de) * 2001-10-23 2004-05-06 Siemens Ag Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine
DE10164933B4 (de) * 2001-10-23 2007-03-08 Siemens Ag Elektrische Kunststoffspritzgießmaschine

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