DE2043057C3 - Schaltung zur Veränderung der Sperrverzögerung einer schnell sperrenden Gleichrichterdiode - Google Patents

Description

45

Bei leislungsclektronischen Halblcitcrschaltungen ist eine Dioden-Ersalzschaltung bekannt, bei der die Sperrverzögerung künstlich verändert werden kann (K. Heu mann, A. C. St um pe: »Thyristoren-Eitenschaften und Anwendungen«, Teubncr-Verlag tuttgart 1969, S. 325, 326, und Zeitschrift »Messen Und Prüfen«, November 1968, S. 625 bis 627). Diese Schaltung besteht darin, daß eine schnell sperrende Gleichrichterdiodc in die Wechsclstromdiagonale einer aus vier ebenfalls schnell sperrenden Gleichrich- lerdioden bestehenden Gleichrichterbrücke geschallet ist, in der sie bei der Umpolung des fließenden Anodenstromes durch einen mittels eines ersten Thyristorseingeschalteten, in einem RCL-Stoßstromkreis über die Gleichstromdiagonale der Gleichrichterbrücke fließenden Stromes stromleitend gehalten wird. Es besteht also ein Nebenstromweg zu der Gleichrichterdiode über die Gleichrichterbrücke, der sich so verhält, als befinde sich die Gleichrichtcrdiode noch im rückwärlsleitcnden Zustand. Durch Kommutierung dieses Stromes von der Gleichrichterbriicke in einen mittels eines zweiten Thyristors zu einem wählbaren Zeitpunkt stromlcitcnd geschalteten Strom/wctg wird der rückwürtsleitende Zustand aufgehoben, cileich/eitig wird die Gletchrichterbrucke so an eine Gleichspannung gelegt, daß sie bis zur Höhe dieser Gleichspannung sperrfähig ist.

Im folgenden wird auf die Fig. 1 der Zeichnung Bezug genommen.

Fig. I zeigt die Cirundschaltung der bekannten Dioden-Ersatzschaltung. Die schnei» sperrende Gleichrichterdiode ist mit Dl bezeichnet und liegt in einem Stromkreis für den Anodenstrom 1. Mit der Schaltung kann die Sperrverzögerung der Gleichrichterdiode Dl grölier cingesU Hi werden als sie tatsächlich ist. Zu diesem Zweck ü»t die Diode Dl in der oben beschriebenen Weise mit einer Gleiehrichterbrücke, die aus schnell sperrenden Dioden DI bis DS besteht, beschaltet. Wird der Anodenstrom / der Diode Dl umgepolt, dann wircf cJüuh Zünden eines in einem gedämpften Stoßstromkreis mit den EiIemenlen Cl, Wl. Ll befindlichen Thyristors 71 ein durch die Gleichsiromdiagonale fließender Strom /',, aus dem über einen 'Transformator Tr und einen Gleichrichter Dft vorher geladenen Kondensator Cl eingeschaltet, dessen Größe durch die Spannung ain Kondensator (T und durch den Widerstand Rl bestimmt ist. Die Wechselsiromdiagonale der Brücke kann nun auch in Rückwiirlsrichtung von Dl Strom his zu dieser Größe i_h fuhren. Soll nach einer bestimmten Zeit der ruckwartsleileiide Zustand aufgehoben werden, so wird ein in einem Nebenstromzweig des Sloßslromkreises mit einer Drossel Ll und einem uner einen Gleichrichter Dl geladenen Kondensat!)' Cl in Reihe geschalteter 'Ihyristor Tl gezündet und dadurch der Strom i_h von der Brücke in den Kondensator Cl kommutieri. Die Diode Dl wird dann fur eine Spannung bis zur Größe der an die Gleichstrom diagonale gesell lltetcn Spannung des Kondensators Cl sperrfiihig.

Hei einer Variante dieser Schaltung ist nicht die Kathode, sondern die Anode des Thyristors 7Ί mit der Anode des 'thyristors Tl verbunden. Bei beiden Schaltungen wird davon ausgegangen, daß bei der IJinpoliing des Anodenstromes 1 die Gleuwirichlerdiode Dl zwar schnell sperrfahig wird, d^li aber der überhöhte Spcrrstrom aufrechterhalten wird, solange der Strom /_;, durch die Gleichrichterbrücke fließt und daß die Gleichrichterbrücke nach dem Kommutieren des Stromes i_h spontan sperrfähig ist. Dies ist nicht der Fall, sondern eist wahrend des Ausglcichsvorghiigcs in dem Stromkreis CI, Rl, Ll, Ll. Cl nach dem Kommutieren des Stromes i_h von der Gleichrichterbrücke, so daß die Schwierigkeiten mit wachsender Strombclastung ansteigen. Die Fähigkeit des schnellen Sperrens der Glcichrichtcrdiodcn Dl bis D5kann daher nicht voll ausgenutzt werden. Ferner besteht bei einer steil und früh ansteigenden Sperrspannung an der Diode Dl die Gefahr, daß der Thyristor 7Ί über du/_dl und/oder infolge Unterschreilens der Freiwerdezeit erneut gezündet wird, so daß die Sperrspannung an der Gleichrichterdiode Dl also nicht sehr steil und nicht vor Ablauf der Freiwerdezeit des Thyristors Tl auftreten darf. Somit hängt das Schaltverhalten der Anordnung weitgehend von dem Einschalt- und Ausschaltverhalten des Thyristors Tl ab und nicht allein von der Sperrfähigkeit der Glcichrichterdiodcn Dl bis DS. Das hat zur Folge, daß der Veränderungsbereich der Sperrverzögerung der Gleichrichterdiode Dl nach unten stark eingeschränkt ist.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine

Schaltung der eingangs beschriebenen Art anzugehen, hi. ι der das Schaltvcrhaltcn unabhängig ist von dem Ausschaltverhalten eines dabei verwendeten Thyristors, mit der also bei einer Gleichrichterdiode die geringste Sperrverziigerung praktisch nur durch die Dioden der Gleichrichterbrücke festgelegt wird

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, daü der in der Schallung verwendete zweite Thyristor allein in dem Stromzweig, in weichen der Strom korrtmutiert wird, und im Nebenschluß des RCL-S^oBstromkreises angeordnet ist und letzteren beim Zünden kurzschließend und dabei die Gleichrichterbrucke direkt an eiiie in einem elektrischen Energiespeicher gespeicherte Spannung schaltend, die Gleichrichtcrdiode spontan sperrt.

Beim Umpolen des Anodenstromes / wird, wie oben beschrieben, die Gleichrichterhrücke mit einem Dtirchlaüslrom /,, beaufschlagt, so daß die schnell sperrende Diode Dl überbrückt wird. Heim Kommiitieren dieses Stromes i_h von der Hrucki .vird diese sofori sperrfähig, und sie kann iniiiiitti !h;ir danach mn einer steil ansteigenden Sperrspannung bis /n der (iroße der dabei an die Drucke geschalteten Spannung beansprucht werden. Das Sehaltverhalten der Anordnung ist nun hauptsachlich durch die Sperrfahigkei; der Gleichrichlerdioden Dl bis DS bestimmt, und die dynamischen Anforderungen au die Ih>nstoren /Ί und 7'2 sind allein auf das Einschallverhalten beschrankt.

Heim Umpolen des Anodenstromes/ wird, wie oben besehrieben, die (ileichrichterbrücke mit einem Durchlaßstrom /,, beaufschlagt, so daß die schnell sperrende Diode Dl überbrückt wird. Heim Komrmi tieren dieses Stromes i_h von der Brücke wird diese sofort sperrfahig, und sie kann unmittelbar danach mit einer steil ansteigenden Sperrspannung bis /u der (iroße der dabei an die Brücke geschalteten Spannung beansprucht werden. Das Schaltvcrhaltcn der Anordnung ist nun hauptsachlich durch die Sperrfahigkeii der Glcichrichlcrdiodcn Dl bis DS bestimmt, und die dynamischen Anforderungen an die Thyristoren Π und V2 sind allein auf das Einschallverhaltcn beschränkt.

Fig. 2 /eigl die nach der Erfindung koii'ipierie Diodcn-Ersaizschaltung, bei der die Elemente, die denen der Fig. I entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. I versehen sind.

Bei der Schaltung nach der Fig. 2 enthüll der gedämpfte Stoßstromkreis außer den Elementen Ci. Ri, IA nur noch den Kondensator Cl. Vordem Einschalten des Stromes i_h durch Zünden des Thvrisl< rs Vl beim Umpolen des durch die (ileichrichtcrdiode Dl fließenden Anodcnstrnmcs /werden die Kondensatoren Cl und C2 über einen 'Transformator Tr und die üleirhriehicrdioden Dd bzw. D7 mit der angezeigten Polarität so geladen, daß die Spannung des Kondensators Cl großer ist als die des Kondensators C2. Bei eingeschaltetem Strom i_h wird die Spannung des Kondensators C2noch erhöht. Durch Zünden des Thyristors Tl wird der Stoßstromkreis kurzgeschlossen und der Strom i_h von der Gleichrichterbrücke direkt in den Kondensator Cl knmmutiert. In diesem Augenblick wird die erhöhte Kondensatorspannung [/, , als Sperrspannung an die Gleichrichterbrückc geschaltet. Diese übernimmt infolge der schnellen Sperrfahigkeit spontan Sperrspannung. Im Gegensatz hierzu wird bei den bekannten Ersatzschaltungen in

to diesem Augenblick die betreffende kondensatorspannung U_{1 z} durch Spannungsabfälle im Stoßstromkreis vermindert und sie wird während des folgenden Ausgleichsvorganges noch weiter vermindert, währenddessen erst die Spannung des Kondensators Cl

in die Sperrichtung bezuglich der Gbichrichterbrücke umschwingt. Es sind in der Schaltung nach F ig- 2 noch Widerstände flZund /?3 vorgesehen. Der Widerstand Rl wird so bemessen, daß die nach dem Einschalten ■des SiiDiiks i_n vom Kondensator Cl auf den Kunden-

2j salor ( 2 uherwechseliule überschüssige Energie bis /tir erneuten Einschaltung des Thyristors Vl abgeführt wird.

Bei einer Abwandlung der genannten Ersatzschal-'viim wird auf die Diodenbrucke in Tig. 2 verzichtet.

Der Schaltkreis wird dann direkt so an die Diode Dl uck ei dall der Snom /,, die Diode Dl durchströmt. '■ ,, iiteilii¹ ist dabei, daß der Schaltkreis dadurch an Si.liallschnelligkeit verliert, d;¹ die Diode Di nach tier vorangehenden Durchlaßbcl.istung bemessen wird.

3d Daueren können die Dioden der Diodenbrucke nach den Kommutierungsbedingungen ausgelegt werden.

Die Ersatzschaltung nach der Erfindung ist fur die

richtige EimiHliingdcr l-reiwerde/eit von Thyristoren verwendbar, bei der es wichtig ist. daß nach dem Spcrrv'cr/iigcrungsvorgani; bis /um Einsatz der ms Positive wiederkehrenden Anoc'enspannung eine ne
native Sperrspannung von wenigsten: 100 Volt am Thvrisiorpruflnig anliegt Das ist gewährleistet, wenn die Sperrvrr/ogerung einer dem Prüfling vurangeschalteten (ilcichnchlcrdiode großer is' als die des Piiiflings. Da Thyristoren iintcrschiedliche Sperrverzogerungen haben, muß eine (ileichrichterdiode mit liner jeweils größeren Spcrrvcr/ngerung ers! gefunden werden Eine solche sieht aber meistens nicht zur

Vc rf neu ng.

Des weiteren ist die Ersatzschaltung nach der Erfindung zur Verwendung als Glcichrichlcrdiodc in spe/iellen Schaltungen der I cistimgsclcktronik geeignet, deren Sperrfahigkeit den jeweiligen Einsatz.be-

jn dingungcn angepaßt werden sollen. Diese leistungselektronischen Schaltungen müssen nicht notwendig Thyristoren enthalten. Es ist mit Hilfe der Ersatzschaltung beispielsweise möglich, bei Gleichrichterdioden das Verhältnis der im Diirchlaßzustand gespeicherten Strommenge zu der wahrend der Sperrverzoger .ng ausgeräumten Strommcngc zu verändern, was bei mit höheren Frequenzen schaltenden Stromkreisen von Bedeutung sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Veränderung der Sperrverzögerung einer Gleichrichterdiode in leistungselek- S ironischen Schaltungen, insbesondere zur Ermittlung der Freiwerdezeit von Thyristoren, bei welcher Schaltung diese Gleichrichterdiode in der Wechselstromdiagonale einer aus ebenfalls schnell sperrenden Gleichrichterdioden bestehenden "> Gleichrichterbrücke geschaltet ist, in der sie bei der Li'mpolung des Anodenstromes durch einer, mittels eines ersten Thyristors eingeschalteten, in einem RCL-Stoßstromkreis über die Gleichstromdiagonafe der Brücke fließenden Stromes »5 stromleitend gehalten wird und durch Kommutierung dieses Slromes von der Gleichrichterbrücke in einen nitiels eines /weiten Thyristors in einem wählbaren Zeilpunkt stromleitend geschalteten Stromzweigan eine Sperrspannung geschaltet und gleich/eilig mit den Dioden der Brücke sperrfahig wird, d a d 11 r e h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß dieser zweite Thyristor (Tl) allein in dem Stromzweig, in welchen der Strom (i_h) kommutiert wird, und im Nebenschluß des RCL-Stoßslromkreises (Cl, ^5 Ri, Ll, TX) angeordnet ist und letzteren heim Zünden kurzschließend und dabei die Gleichrichterbrücke (Dl, D3, IH, DS) direkl an eine in einem elcKttischcn Energiespeicher (ί'2) gespeicherte Spannung schaltend, die Gleichrichterdiode (Dl) spontan sperrt.

2. Schaltung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine ohne Verwendung einer Glcichrichlerbriicke mit einem mittels des ersten Thyristors (7Ί) eingeschalteten Durchlaßslrom (i_h) strom leitend gehaltene und durch Kommutierung des Durchlaßstromes in den mittels des zweiten Thyristors (Tl) eingeschalteten Stromzweig sowie durch Schalten an eine Spannung spontan gesperrte Gleichrichterdiode (Dl).