DE19850840A1 - Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil mit einer Reihenschaltzahl Zwei und größer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil (2, 4) mit wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Ventilen (D11, D12). Erfindungsgemäß ist jedem Ventil (D11, D12) eine Reihenschaltung (10¶1¶, 10¶2¶), bestehend aus einer Diode (Ds1, Ds2) und einem Kondensator (Cs1, Cs2), elektrisch parallel geschaltet, sind die Kondensatoren (Cs1, Cs2) mittels einer Koppeldiode (Dd1) miteinander verknüpft und ist eine Entladeeinrichtung (12) vorgesehen, die einem Kondensator (Cs1, Cs2) einer Reihenschaltung (10¶1¶, 10¶2¶) elektrisch parallel geschaltet ist. Somit erhält man eine Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil (2, 4) mit einer Reihenschaltzahl Zwei und größer, wobei das Volumen und die Kosten dieser Vorrichtung sich wesentlich reduziert haben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Symme­ trierung der Spannungsaufteilung bei einem Stromrichterventil mit wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Venti­ len.

Beim Bau von Stromrichtern für höhere Spannungen muß man meh­ rere Ventile pro Stromrichterventil in Reihe schalten. Ein derartiges Stromrichterventil weist dann eine Reihenschalt­ zahl auf, deren Zahl die Anzahl der elektrisch in Reihe ge­ schalteten Ventile angibt.

Ein wesentliches Problem bei einem Stromrichterventil mit ei­ ner Reihenschaltzahl Zwei und größer liegt darin, die anlie­ gende Spannungen, beispielsweise eine Zwischenkreis-Gleich­ spannung, gleichmäßig auf die einzelnen Ventile aufzuteilen. Diese Spannungsaufteilung sollte in allen möglichen Betriebs­ zuständen einschließlich Störungsfällen weitgehend aufrecht gehalten werden. Schon im normalen Betrieb hat man zwischen mehreren Ursachen zu unterscheiden, die zu Abweichungen von der idealen Spannungsaufteilung führen können:

• 1. Streuung in den Sperrströmen
  In beiden Sperrichtungen kann sich aufgrund der Exemplar­ streuung eine sehr ungünstige Spannungsaufteilung erge­ ben.
• 2. Streuung der Zündverzugszeit
  Während des Einschaltvorganges werden die zuletzt zünden­ den Ventile spannungsmäßig wesentlich stärker belastet.
• 3. Streuung der Ausräumladung (Rückstromintegral), d. h., unterschiedliche Trägerspeicherung
  In Verbindung mit dem Trägerspeichereffekt kann es hier während des Ausschaltens zu extremen Beanspruchungen kommen.

Einen Ausgleich der durch die Exemplarstreuung bedingten unterschiedlichen Belastung schafft man in erster Linie durch jedem Ventil zugeordnete externe Beschaltung. Durch sie wird die Spannungsaufteilung wesentlich vergleichmäßigt und sie schafft überhaupt erst die Voraussetzung für die Möglichkeit, mehrere Ventile in Reihe zu schalten. Dabei muß grundsätzlich die Beschaltung um so niederohmiger, d. h. leistungsstärker sein, je größer die Exemplarsteuerung der Sperrströme, der Einschaltverzugszeiten und der Ausräumladungen der in Reihe geschalteten Ventile sind.

Vom zeitlichen Ablauf her gesehen unterscheidet man zwischen einer statischen Spannungsaufteilung, wie sie sich beim Anla­ gen einer Gleichspannung ergibt, und einer dynamischen Auf­ teilung, die bei den schnell ablaufenden Ein- und Ausschalt­ vorgängen in Erscheinung tritt. Auch während des relativ langsamen sinusförmigen Spannungsverlaufes im 50-Hz-Betrieb kann man einer quasi-statischen Spannungsaufteilung sprechen und diesen Bereich zur erstgenannten Kategorie zählen. Krite­ rien für die unterschiedlichen Betrachtungsweise sind die im Ventil selbst sich abspielenden Vorgänge und deren Zeitkon­ stanten. Bei langsam veränderlichen Belastungen werden sta­ tionäre Gleichgewichtszustände durchlaufen und die statische Betrachtungsweise ist angemessen. Diese Voraussetzung ist beim Ein- und Ausschalten im allgemeinen nicht gegeben.

Der unerwünschte Einfluß der Exemplarsteuerung in den Sperr­ strömen auf die Spannungsverteilung läßt sich durch Wider­ stände vermeiden, die etwa den 20fachen Wert des maximalen Sperrstromes des betreffenden Ventils führen und die den Ven­ tilen parallel geschaltet werden. Mittels diesen Symmetrier­ widerständen wird eine gleichmäßige statische Spannungsauf­ teilung erreicht. Eine dynamische Spannungssymmetrierung wird mittels RC-Glieder erreicht, die ebenfalls jedem Ventil eines Stromrichterventils mit der Reihenschaltzahl Zwei und größer elektrisch parallel geschaltet werden.

Die Verwendung von Symmetrierwiderständen und RC-Gliedern zur Spannungsymmetrierung weisen den Nachteil auf, daß diese dau­ ernd im Eingriff sind und daher auch die schaltenden Ventile mit ihren Umladeströmen belasten.

Im Gegensatz zum Stromrichter mit Stromrichterventilen der Reihenschaltzahl Eins sind bei einem Stromrichter mit Strom­ richterventilen der Reihenschaltzahl Zwei und größer die mög­ lichen Spannungspotentiale der einzelnen Ventile a priori nicht fest vorgegeben. Da aus diesem Grund nicht klar ist, in welchem Ventil des Stromrichterventils der Reihenschaltzahl Zwei und größer die größte Unsymmetrie und damit die höchste Überladung auftritt, muß parallel zu jedem Ventil eine Entla­ deeinrichtung mit jeweils einer maximalen Entladeleistung ge­ schaltet werden. Dies führt zu hohen Kosten für eine derarti­ ge Beschaltung, die eine große Bauelementeanzahl aufweist. Infolge der großen Bauelementeanzahl vermindert sich die Zu­ verlässigkeit. Außerdem benötigt diese Beschaltung ein nicht unerhebliches Bauvolumen, wodurch das Bauvolumen eines Strom­ richters in Abhängigkeit der Reihenschaltzahl wächst.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil mit der Reihenschaltzahl Zwei und größer anzugeben, die die zuvor genannten Nachteile nicht mehr auf­ weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß jedem Ventil des Stromrichterventils mit der Reihenschaltzahl Zwei und größer eine Reihenschaltung, be­ stehend aus einer Diode und einem Kondensator, elektrisch parallel geschaltet ist, und daß Kondensatoren potentialmäßig benachbarter Reihenschaltungen mittels Koppeldioden miteinan­ der verknüpft sind, besteht die Möglichkeit eines gerichteten Ladungsaustausches. In Abhängigkeit der Richtung dieses Ladungsaustausches ist nun der Ort innerhalb des Stromrich­ terventils bekannt, an dem eine Entladeeinrichtung angeordnet werden muß. Außerdem benötigt man durch den zielgerichteten Ladungsaustausch nur noch eine einzige Entladeeinrichtung, wodurch sich die Kosten und das Volumen der Vorrichtung zur Symmetrierung reduzieren. Mittels dieser Entladeeinrichtung wird die Spannung eines zugehörigen Kondensators einer Rei­ henschaltung auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Dieser Wert stellt sich infolge des zielgerichteten Ladungsaus­ gleiches an allen anderen Kondensatoren der Vorrichtung zur Symmetrierung ein.

Die Anzahl der benötigten Reihenschaltungen entspricht der Anzahl der elektrisch in Reihe geschalteten Ventile eines Stromrichterventils, wobei die Anzahl der Koppeldioden um Eins reduziert ist. Somit wird der Bauelementeaufwand der er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungs­ verteilung nur durch die Reihenschaltzahl des Stromrichter­ ventils bestimmt, wobei unabhängig von der Reihenschaltzahl immer nur eine Entladeeinrichtung benötigt wird.

Im Falle einer sehr hohen Reihenschaltzahl bietet es sich an, diese Anzahl von Ventilen in mehrere Untergruppen zu unter­ teilen, so daß mehrere Entladeeinrichtungen gleichmäßig ver­ teilt entlang des Stromrichterventils angebracht werden kön­ nen.

Die Richtung des Ladungsausgleiches wird bestimmt durch die Verschaltung der Dioden der Reihenschaltungen. Diese Ver­ schaltung kann derart vorgenommen werden, daß der Ladungsaus­ gleich von der niedrigsten Potentialstufe zur höchsten Poten­ tialstufe des Stromrichterventils mit der Reihenschaltzahl Zwei und größer bzw. in umgekehrter Richtung stattfindet. Am Ende des Ladungsausgleiches, d. h. auf höchster bzw. auf nied­ rigster Potentialstufe ist dann die einzige Entladeeinrich­ tung elektrisch parallel zum Kondensator der zugehörigen Rei­ henschaltung geschaltet.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Speicherkon­ densator vorgesehen, der einerseits mit einem positiven An­ schlußpotential der am Stromrichterventil anstehenden Sperr­ spannung und andererseits mittels einer weiteren Koppeldiode mit dem Kondensator auf höchster Potentialstufe dieser Vor­ richtung verbunden ist, wobei die Entladeeinrichtung ein­ gangsseitig elektrisch parallel zum Speicherkondensator ge­ schaltet ist. Durch die Verwendung dieses Speicherkondensa­ tors wird bei einem mehrphasigen Stromrichtergerät anstelle von mehreren phasenbezogenen Entladungseinrichtungen nur eine einzige zentrale Entladeeinrichtung benötigt. Das heißt, jede Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil mit der Reihenschaltzahl Zwei und größer ist mittels einer weiteren Koppeldiode mit dem einen Speicherkondensator elektrisch leitend verbunden. Dadurch sind die Ladungsausgleiche innerhalb der Phasen des mehrpha­ sigen Stromrichtergerätes auf den Speicherkondensator ge­ richtet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sind den Unteransprüchen 3 bis 9 zu entnehmen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen der Vorrich­ tung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil der Reihenschaltzahl Zwei und größer schematisch veranschaulicht sind.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Stromrichterventil der Reihenschaltzahl Zwei, wobei die Fig. 5 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 jedoch für ein Stromrichterventil der Reihenschaltzahl Drei zeigt, deren dreiphasige Ausführungsform in der Fig. 6 näher dargestellt ist, und wobei in der Fig. 7 eine Stromrich­ terphase eines Dreipunkt-Wechselrichters mit Stromrichterven­ tilen der Reihenschaltzahl Zwei veranschaulicht ist, die je­ weils mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen sind.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil 2 mit der Reihenschaltzahl Zwei. Gemäß dieser Reihenschaltzahl weist das Stromrichterventil 2 zwei Ventile D11, D12 auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Da diese Vorrichtung zur Symmetrierung allgemein bei jedem Stromrichterventil mit einer Reihenschaltzahl Zwei und größer benutzt werden kann, wird diese Vorrichtung stellver­ tretend anhand einer Chopperschaltung für eine hohe Spannung veranschaulicht. Unter "hoher" Spannung wird ein Spannungs­ wert verstanden, der nicht mehr von einem Ventil erreicht werden kann.

Diese Chopperschaltung weist zwei Stromrichterventile 2 und 4 auf, die jeweils eine Reihenschaltzahl Zwei haben. Diese bei­ de Stromrichterventile 2 und 4 sind elektrisch in Reihe ge­ schalten. Die Reihenschaltung dieser beiden Stromrichterven­ tile 2 und 4 sind elektrisch parallel zu einer Gleichspan­ nungsquelle C1 geschaltet, an der eine Gleichspannung Ud ab­ fällt. Das Stromrichterventil 4 weist zwei Ventile T11 und T12 auf, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen deren Vorrich­ tungen zur Symmetrierung der Spannungsverteilung nicht näher dargestellt sind. Ein Verbindungspunkt 6 dieser beiden in Reihe geschalteten Stromrichterventile 2 und 4 ist als Last­ anschluß 8 herausgeführt. Beim Stromrichterventil 2 sind als Ventile Dioden D11 und D12 vorgesehen, wobei beim Stromrich­ terventil 4 als Ventile zwei abschaltbare, nichteinrastende Leistungshalbleiterschalter, insbesondere zwei Insulated- Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), vorgesehen sind. Als ab­ schaltbare, nichteinrastende Leistungshalbleiterschalter können auch bipolare Leistungstransistoren (LTR) oder Metal- Oxid-Semiconducter-Field-Effect-Transistoren (MOSFET) ver­ wendet werden. In dieser Chopperschaltung wechseln sich der Zustand "Stromaufbau" und der Zustand "Freilauf" des Last­ stromes ab. Im Zustand "Stromaufbau" sind die Ventile T11 und T12 des Stromrichterventils 4 durchgeschaltet und führen den Laststrom. In diesem Zustand fällt die Gleichspannung Ud an den Ventilen D11 und D12 des Stromrichterventils 2 ab. Im Zustand "Freilauf" ist der Laststrom auf die Ventile D11 und D12 des Stromrichterventils 2 kommutiert, so daß dieser Last­ strom über diese Ventile D11 und D12 fließt. Der Zustands­ übergang vollzieht sich durch Stromabgabe, Spannungsaufnahme des jeweils gerade leitenden Stromrichterventils 2 bzw. 4.

Während die Spannung an der Summe der in Reihe geschalteten Elemente zu jedem Zeitpunkt genau definiert ist, im darge­ stellten Beispiel die Gleichspannung Ud, trifft dies für die einzelnen Ventile D11, D12 bzw. T11, T12 des Stromrichterven­ tils 2 bzw. 4 nicht zu. Deren Spannungen Udd1, Udd2 bzw. Udt1, Udt2 entwickelt sich nach Maßgabe ihrer Eigenschaften, wie z. B. gespeicherte Ladung oder Schwellenspannung.

Bedingt durch unterschiedliche Eigenschaften, beispielsweise der seriengeschalteten Ventile D11 und D12, wie z. B. gespei­ cherte Ladung, Schalteigenschaft tritt in der Regel nicht ei­ ne gleichmäßige Spannungsaufteilung an den Ventilen D11 und D12 des Stromrichterventils 2 auf.

Unter der Annahme, daß die Ventile D11 und D12 des Stromrich­ terventils 2 unterschiedliche Diodensperrverzugsladungen auf­ weisen, wird das Ventil D11 bzw. D12 früher Spannung aufneh­ men, das weniger Speicherladung aufweist. Das heißt, die Gleichspannung Ud verteilt sich über diese beiden Ventile D11 und D12 derart, daß die Sperrspannung Udd1 ungleich der Sperrspannung Udd2 ist. Diese Unsymmetrie bei der Spannungs­ verteilung bei einem Stromrichterventil 2 mit einer Reihen­ schaltzahl Zwei und größer wird nun mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einfachen Mitteln kostengünstig symmetriert.

Diese Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsaufteilung weist pro Ventil D11 bzw. D12 des Stromrichterventils 2 eine Reihenschaltung 10 ₁ bzw. 10 ₂, eine Koppeldiode Dd1 und eine Entladeeinrichtung 12 auf. Für ein Stromrichterventil 2 mit einer Reihenschaltzahl n werden n Reihenschaltungen 10 ₁, . . ., 10 _n, n-1 Koppeldioden Dd1, . . ., Ddn-1 und eine Entlade­ einrichtung 12 benötigt. Die Reihenschaltung 10 ₁ bzw. 10 ₂ weist eine Diode Ds1 bzw. Ds2 und einen Kondensator Cs1 bzw. Cs2 auf. Zur Begrenzung des Lade- bzw. Entladestroms des Kondensators Cs1 bzw. Cs2 der Reihenschaltung 10 ₁ bzw. 10 ₂ ist ein Widerstand Rs1 bzw. Rs2 vorgesehen, der elektrisch in Reihe zu der Diode Ds1 bzw. Ds2 und dem Kondensator Cs1 bzw. Cs2 geschaltet ist. Der Widerstand Rs1 bzw. Rs2 der Reihen­ schaltung 10 ₁ bzw. 10 ₂ kann unter Umständen auch entfallen. Die Koppeldiode Dd1 ist derart geschaltet, daß ein Ladungs­ austausch zwischen dem Kondensatoren Cs2 und dem Kondensator Cs1 stattfinden kann. Das heißt, mittels der Verschaltung der Koppeldiode Dd1 wird die Richtung des Ladungsaustausches festgelegt. In der dargestellten Verschaltung fließt Ladung vom Kondensator Cs2 auf einer niedrigen Potentialstufe zum Kondensator Cs1 auf einer nächst höheren Potentialstufe. Somit bildet jedes Ventil D11, D12 mit zugehöriger Reihen­ schaltung 10 ₁, 10 ₂ eine Potentialstufe.

In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Entladeein­ richtung 12 eingangsseitig elektrisch parallel zum Kondensa­ tor Cs1 der höchsten Potentialstufe geschaltet. Diese Entla­ deeinrichtung 12 weist einen Leistungshalbleiterschalter 14, einen Widerstand Rg und eine Zenerdiode Dsup auf. Mittels dieser Zenerdiode Dsup wird der Grenzwert Ugr der Spannung Udd1 des Kondensators Cs1 eingestellt. Dieser Grenzwert Ugr gilt ebenfalls für die Spannung Udd2 am Kondensator Cs2, der sich mittels des Ladungsausgleiches einstellt. Als Entlade­ einrichtung 12 ist nicht nur die gezeigte Ausführungsform zu verstehen, sondern alle Einrichtungen, die es ermöglichen, die überschüssige Ladung aus dem Kondensator Cs1 abzuführen. Es ist auch möglich, die überschüssige Ladung rückzuspeisen, wobei beispielsweise ein DC/DC-Wandler noch benötigt wird.

Im stationären Zustand verteilt sich die Gleichspannung Ud in Abhängigkeit der Reihenschaltzahl anteilig auf die Ventile D11, D12 des Stromrichterventils 2, wenn keine Unsymmetrie der Ventile D11 und D12 vorliegt. Das heißt, im dargestellten Beispiel gilt Udd1 = Udd2 = Ud/2. In dieser Konstellation fließt kein Strom über die Koppeldiode Dd1. Nun wird angenom­ men, daß infolge einer Unsymmetrie der Ventile D11 und D12 die Spannung Udd2 am Kondensator Cs2 größer ist als die Span­ nung Udd1 am Kondensator Cs1, die gleich dem n-ten Teil der Gleichspannung Ud, also Ud/2, ist. Unter dieser Bedingung fließt genau dann ein Ausgleichstrom, sobald die Sperrspan­ nung Ud an dem Stromrichterventil 2 infolge der Übernahme des Laststromes geringer wird als die Differenz der Spannungen Udd1 und Udd2. Der Strom fließt solange, bis die überschüs­ sige Ladung vom Kondensator Cs2 in den Kondensator Cs1 abge­ flossen ist. Am Kondensator Cs1 wird diese überschüssige Ladung von der Entladeeinrichtung 12 abgezogen. Ist infolge einer Unsymmetrie der Ventile D11 und D12 die Spannung Udd1 am Kondensator Cs1 größer als die Spannung Udd2 am Konden­ sator Cs2 und ist diese Spannung Udd1 größer als ein vorbe­ stimmter Entspannungsgrenzwert Ugr, so wird die Spannung Udd1 direkt von der Entladeeinrichtung 12 auf den vorbestimmten Spannungswert Ugr begrenzt.

Unabhängig von der Reihenschaltzahl benötigt die erfindungs­ gemäße Vorrichtung nur eine Entladeeinrichtung 12. Dadurch reduzieren sich die Kosten sowie das Bauvolumen der Vorrich­ tung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung deutlich ge­ genüber einer bekannten Vorrichtung.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der Aus­ führungsform gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Entladeeinrichtung 12 eingangsseitig elektrisch parallel zum Kondensator Cs2 der Reihenschaltung 10 ₂ der niedrigsten Potentialstufe angeordnet ist. Außerdem sind die Dioden Ds1 und Ds2 der Reihenschaltun­ gen 10 ₁ und 10 ₂ jeweils kathodenseitig mit der Anode des zu­ gehörigen Ventils D11 und D12 elektrisch leitend verbunden. Der Widerstand Rs1 bzw. Rs2 der Reihenschaltung 10 ₁ bzw. 10 ₂ ist wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 zwischen dem Kon­ densator Cs1 bzw. Cs2 und der Diode Ds1 bzw. Ds2 der Reihen­ schaltungen 10 ₁ bzw. 10 ₂ angeordnet. Auch bei dieser Ausfüh­ rungsform ist eine Koppeldiode Dd1 als Verbindungselement zwischen den Kondensatoren Cs1 und Cs2 benachbarter Poten­ tialstufen geschaltet, wobei diese Koppeldiode Dd1 derart geschaltet ist, daß ein Ladungsaustausch zwischen den Konden­ satoren Cs2 und Cs1 stattfinden kann. Das heißt, der zielge­ richtete Ladungsaustausch findet wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ebenfalls vom Kondensator Cs2 auf einer niedrigen Potentialstufe zum Kondensator Cs1 auf einer höheren Poten­ tialstufe statt. Damit der Ausgleichstrom begrenzt werden kann, ist bei dieser Ausführungsform ein zusätzlicher Wider­ stand Rd1 elektrisch in Reihe zur Koppeldiode Dd1 geschaltet. Auch dieser Widerstand Rd1 ist nicht immer zwingend vorge­ schrieben. Diese Funktion hat bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Widerstand Rs2 der Reihenschaltung 10 ₂ auf niedri­ ger Potentialstufe übernommen. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 hat sich nichts an der Funktionsweise der Vorrich­ tung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei dem Strom­ richterventil 2 geändert. Nur durch eine andere Anordnung der Elemente der Reihenschaltungen 10 ₁ und 10 ₂ kann auch die Ent­ ladeeinrichtung 12 der niedrigsten Potentialstufe des Strom­ richterventils 2 mit der Reihenschaltzahl Zwei zugeordnet werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 nur dadurch, daß elektrisch par­ allel zur Koppeldiode Dd1 ein abschaltbarer Halbleiterschal­ ter Td, insbesondere ein IGBT, geschaltet ist. Dieser Halb­ leiterschalter Td ist derart verschaltet, daß die Koppeldiode Dd1 invers zum Halbleiterschalter Td angeordnet ist. Anstelle einer Koppeldiode Dd1 und eines abschaltbaren Halbleiter­ schalters Td kann man auch nur einen IGBT verwenden, der eine Inversdiode aufweist. Durch diese Ausführungsform wird nicht nur die überschüssige Ladung von einer niedrigen Potential­ stufe zunächst höheren Potentialstufe verschoben, sondern es ist auch möglich, einen Ladungsaustausch über die Kondensato­ ren Cs1 und Cs2 benachbarter Reihenschaltungen 10 ₁ und 10 ₂ zu ermöglichen. Dazu muß der abschaltbare Halbleiterschalter Td angesteuert werden, damit dieser leitend wird.

In der Fig. 4 ist eine unsymmetrische Ausführungsform der Vor­ richtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil 2 mit der Reihenschaltzahl Zwei darge­ stellt. Bei dieser unsymmetrischen Ausführungsform sind ein Kondensator Cbyp elektrisch parallel zum Ventil D11 und eine Reihenschaltung 10 ₂ gemäß der Fig. 3 bzw. 4 elektrisch paral­ lel zum Ventil D12 geschaltet. Dem Kondensator Cs2 der Rei­ henschaltung 10 ₂ ist wie in der Fig. 2 eine Entladeeinrichtung 12 elektrisch parallel geschalten. Auch bei dieser unsymme­ trischen Ausführungsform der Vorrichtung zur Symmetrierung wird die Ladung so verschoben, daß nur eine einzige Entlade­ einrichtung 12 gebraucht wird.

In der Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichter­ ventil 2 mit der Reihenschaltzahl Drei dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 nur dadurch, daß das Stromrichterventil 2 anstel­ le von zwei Ventilen D11 und D12 nun drei Ventile D11, D12 und D13 aufweist. Dem Ventil D13 ist ebenfalls eine Reihenschal­ tung 10 ₃ elektrisch parallel geschaltet, die ebenfalls eine Diode Ds3, einem Widerstand Rs3 und einen Kondensator Cs3 aufweist, die elektrisch in dieser Reihenfolge in Reihe ge­ schaltet sind. Der Kondensator Cs3 ist auch mittels einer Koppeldiode Dd2 mit den Kondensator Cs2 der benachbarten Reihenschaltung 10 ₂ auf einer nächst höheren Potentialstufe. Diese Koppeldiode Dd2 ist kathodenseitig auch mit der Anode der Koppeldiode Dd1 elektrisch leitend verbunden. Somit bil­ den die Koppeldioden Dd1 und Dd2 eine Reihenschaltung. Das heißt, bei einem Stromrichterventil 2 mit der Reihenschalt­ zahl n wird eine Koppeldiodenanordnung mit der Reihenschalt­ zahl n-1 benötigt. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist hier die Entladeeinrichtung 12 ebenfalls eingangsseitig elektrisch parallel zum Kondensator Cs1 der Reihenschaltung 10 ₁ auf höchster Potentialstufe geschaltet.

In der Fig. 6 ist eine vorteilhafte dreiphasige Ausführungs­ form der Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsauftei­ lung eines Stromrichterventils 2 mit der Reihenschaltzahl Drei näher dargestellt. Jede Phase besteht aus einer Strom­ richterschaltung gemäß Fig. 5, wobei anstelle von drei Entla­ deeinrichtungen 12 nur eine Entladeeinrichtung 12 verwendet wird. Damit nur eine einzige Entladeeinrichtung 12 benötigt wird, ist ein Speicherkondensator Csp vorgesehen, der einer­ seits mit einem positiven Anschlußpotential der am Stromrich­ terventil 2 anstehenden Gleichspannung Ud und andererseits mittels einer Koppeldiode Dd0 mit dem Kondensatoren Cs1 auf höchster Potentialstufe des Stromrichterventils 2 jeder Phase verbunden ist. Elektrisch parallel zum Speicherkondensator Csp ist eingangsseitig die Entladeeinrichtung 12 geschaltet. Durch die Verwendung dieses Speicherkondensators Csp und ent­ sprechend der Anzahl der Phasen weiterer Koppeldioden Dd0 wird selbst bei einer mehrphasigen Stromrichteranordnung an­ stelle von mehreren phasenbezogenen Entladeeinrichtungen 12 nur eine einzige zentralen Entladeeinrichtung 12 benötigt.

In der Fig. 7 ist eine Phase eines mehrphasigen Dreipunkt- Wechselrichters mit Stromrichterventilen der Reihenschaltzahl Zwei näher dargestellt. Wie in der Fig. 1 ist jedem Ventil T11, T12, . . ., T41, T42, Dm11, . . ., Dm22 der Stromrichterventile 2, 4, 14, 16, 18 und 20 eine Reihenschaltung 10 ₁, . . ., 10 ₈, 10 ₉, . . ., 10 ₁₂ elektrisch parallel geschaltet. Jede Reihenschaltung 10 ₁, . . ., 10 ₁₂ weist gemäß der Fig. 1 eine Diode Ds, einen Widerstand Rs und einen Kondensator Cs auf. Die Kondensatoren Cs der einzelnen Potentialstufen sind jeweils mittels einer Koppeldiode Dd untereinander verknüpft. Die Koppeldioden Dd8 bis Dd10 der Stromrichterventile 18 und 20 sind wie die Koppeldioden Dd1 bis Dd7 der Stromrichterventile 2, 4, 14 und 16 ebenfalls elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die potentialhöchste Koppeldiode Dd8 der Stromrichterventile 18 und 20 elektrisch leitend mit der potentialhöchsten Koppeldiode Dd1 verbunden. Dadurch werden die überschüssigen Ladungen der Kondensatoren Cs der Reihenschaltungen lag bis 10₁₂ in den Kondensator Cs1 der Reihenschaltung 10 ₁ des Ventils T11 auf höchster Potentialstufe verschoben. Diesem Kondensator Cs1 auf höchster Potentialstufe ist die einzige Entladeeinrichtung 12 elektrisch parallel geschalten.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung bei einem Stromrichterventil (2) mit wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Ventilen (D11, D12) mit wenigstens zwei Reihenschaltungen (10 ₁, 10 ₂), wenigstens einer Koppeldiode (Dd1) und einer Entladeeinrichtung (12), wobei jede Reihen­ schaltung (10 ₁, 10 ₂) einem Ventil (D11, D12) elektrisch paral­ lel geschaltet ist und eine Diode (Ds1, Ds2) und einem Konden­ sator (Cs1, Cs2) aufweist, wobei die Koppeldiode (Dd1) die Kondensatoren (Cs1, Cs2) potentialmäßig benachbarter Reihen­ schaltungen (10 ₁, 10 ₂) verknüpft und wobei die Entladeeinrich­ tung (12) dem Kondensator (Cs1) einer Reihenschaltung (10 ₁) elektrisch parallel geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Speicherkondensator (Csp) vorgesehen ist, der einerseits mit einem positiven An­ schlußpotential (+) der am Stromrichterventil (2) anstehenden Sperrspannung (Ud) und andererseits mittels einer weiteren Koppeldiode (Dd0) mit dem Kondensator (Cs1) der Reihenschal­ tung (10 ₁) auf höchster Potentialstufe verbunden ist, und wobei die Entladeeinrichtung (12) elektrisch parallel zum Speicherkondensator (Csp) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Speicherkondensator (Csp) vorgesehen ist, der einerseits mit einem negativen An­ schlußpotential der am Stromrichterventil (2) anstehenden Sperrspannung (Ud) und andererseits mittels einer weiteren Koppeldiode (Dd0) mit dem Kondensator (Cs3) der Reihenschal­ tung (10 ₃) auf niedrigster Potentialstufe verbunden ist, und wobei die Entladeeinrichtung (12) elektrisch parallel zum Speicherkondensator (Csp) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Diode (Ds1, Ds2) der Reihenschaltung (10 ₁, 10 ₂) anodenseitig mit ei­ nem Leistungs-Anschluß eines Ventils (D11, D12) verknüpft ist, der gegenüber seinem zweiten Leistungs-Anschluß ein höheres Potential aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Diode (Ds1, Ds2) der Reihenschaltung (10 ₁, 10 ₂) kathodenseitig mit einem Leistungs-Anschluß eines Ventils (D11, D12) verknüpft ist, der gegenüber seinem zweiten Leistungs-Anschluß ein niedrigeres Potential aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Koppeldiode (Dd1) anodenseitig mit dem Kondensator (Cs2) ei­ ner Reihenschaltung (10 ₂) auf einer niedrigen Potentialstufe und kathodenseitig mit dem Kondensator (Cs1) einer Reihen­ schaltung (10 ₁) auf einer nächst höheren Potentialstufe ver­ bunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, wobei der Koppeldiode (Dd1) ein abschaltbarer Halbleiterschalter (Td) derart paral­ lel geschaltet ist, daß die Koppeldiode (Dd1) eine Inversdi­ ode des Halbleiterschalters (Td) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei für die Koppeldiode (Dd1) mit parallelem Halbleiterschalter (Td) ein Insulated- Gate-Bipolar-Transistor vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei als Stromrichterventil (2) eine Diode vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei als Stromrichterventil (2) ein abschaltbarer nichteinrastender Halbleiterschalter vorgesehen ist.