DE2060743A1 - Loeschschaltung fuer einen Thyristor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Löschschaltung für einen Thyristor, dem eine Diode mit entgegengesetzter Polarität parallelgeschaltet ist, wobei eine Kommutierungsschaltung einen Abschaltstrom durch die Diode fließen läßt.

Bekannte Schaltungen dieser Art haben den Nachteil, daß diese einen Thyristor von hoher Qualität erfordern, der schon bei

einer kleinen/Spannung wirksam abschaltet. Gegen-

Es war ebenfalls ein Problem, Spannungsimpulse von so langer Dauer zu erhalten, daß auf jeden Fall eine wirksame Abschaltung erreicht werden konnte. Insbesondere bei hohen Strömen kann die Streu-Induktion in den Zuleitungen u.dgl. zur Gegenspannungsdiode eine Herabsetzung der Spannung verursachen, so daß die Abschaltung des Thyristors unzureichend und die Spannungsdauer zu kurz ist.

Es ist auch möglich, mit anderen Schaltungen eine viel höhere Spannung zu erreichen, als sie für die Abschaltung des Thyristors notwendig ist. Dies führt aber eine Verteuerung des Kreislaufs mit sich.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs beschri±ienen Art anzugeben, mit welcher auf einfache Weise eine höhere Spannung erreicht werden kann und bei der man in einem gewissen Umfang die Größe der Spannung selbst bestimmen kann, so daß auch Thyristoren mit verhältnismäßig schlechten Daten, insbesondere bezüglich der Größe der Gegenspannung, recht unkritisch sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit der Diode eine Primärwicklung eines Transformators mit mindestens einer primären und einer sekundären Wicklung in Reihe geschaltet ist, dessen Sekundärseite über eine zweite Diode mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, welche die zweite Diode vorspannt, und daß die Sekundärspannung des Transformators der Vorspannung der zweiten Diode entgegengerichtet ist.

Dadurch wird erreicht, daß der Abschaltstrom, der durch die parallel zum Thyristor geschaltete Diode fließt, im Transformator eine Spannung induziert, die aufgrund der Selbstinduktion des Transformators augenblicklich hoch ansteigt und die Vorspannung in der zweiten Diode aufhebt. Die dadurch im Transformator entstehende primäre Spannung kann auf eine recht hohe Spannung eingestellt werden, so daß die Größe der Spannung dem Thyristor angepaßt ist.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Gleichspannungsquelle eine konstante Spannungsversorgung ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Spannung über einen längeren Zeitraum annähernd konstant gehalten wird, und zwar bis in der parallel zum Thyristor geschalteten Diode ein Strom fließt. Diese konstante Spannung erhält man besonders einfach, wenn die Spannungsquelle einen Kondensator-Filterausgang hat.

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Eine weitere Vereinfachung einer solchen Anlage wird dadurch erreicht, daß die Gleichspannungsquelle eine auch den Thyristor versorgende Spannung ist, und daß parallel zum Ausgang der Gleichspannungsquelle ein Kondensator geschaltet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die gemeinsame Spannungsversorgung für die gesamte Schaltung verwendet werden kann, um die erforderliche Spannung zu liefern» Gleichzeitig wird die Energie oder der größte Teil der Energie, die während des Kommutierungsverlaufs gebraucht wird, wiedergewonnen.

Bei Thyristor-Wechselrichtern mit Thyristor-Phasenzweigen, die * in Reihe liegende Thyristoren aufweisen, und mit (jeweils parallel zu den Thyristoren geschalteten Freilaufdioden, kann man aus dieser Schaltung weiteren Nutzen dadurch ziehen, daß die Primärwicklungen der Transformatoren direkt in Reihe liegen und ihr gemeinsamer Verbindungspunkt einen Phasenspannungsabgriff bildet, daß die Kathode des ersten Thyristors mit dem anderen Ende der ersten Primärwicklung und die Anode des zweiten Thyristors mit dem anderen Ende der zweiten Primärwicklung verbunden ist, daß die Kathode der ersten Freilaufdiode mit der Anode des ersten Thyristors und die- Anode der ersten Freilaufdiode mit dem Punkt zwischen der zwditen Primärwicklung und der Anode des zweiten Thyristors verbunden ist, und daß die Anode der zwei- (. ten Freilaufdiode mit der Kathode des zweiten Thyristors und die Kathode der zweiten Freilaufdiode mit dem Punkt zwischen der ersten Primärwicklung und der Kathode des ersten Thyristors verbunden ist. Dabei können nämlich die Primärwicklungen der Transformatoren die bei solchen Wechselrichtern bekannte Mittelpunktsdrossel unter Beibehaltung sämtlicher Vorteile der Schaltung ersetzen.

Bei Wechselrichtern mit gemeinsamer Löschung aller Thyristor-Phasenzweige ißt es vorteilhaft, daß die Sekundärseiten der Transformatoren In den Phasenzweigen in Reihe geschaltet sind, und daft~die zweite Diode und die ßleichspannungsquelle für alle

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Thyristorzweige gemeinsam ist. Hierbei wird eine Ersparnis erzielt, indem bei z.B. dreiphasigen Wechselrichtern statt drei Dioden nur eine benötigt und gleichzeitig die Energie zur Spannungsversorgung der Anlage zurückgeführt wird.

Bei solchen Anlagen ist es außerdem vorteilhaft, daß die Sekundärwicklungen in jedem Zweig parallel verbunden sind, weil hierdurch ein besseres Übersetzungsverhältnis in den Transformatoren sowie eine Herabsetzung der gesamten erforderlichen Spannung für die Gleichspannungsquelle, welche die Diode vorspannt, erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung im Prinzip,

Fig. 2 den Stromverlauf,

Fig. 3 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Wechselrichters.

Ein Thyristor E₁ ist zwischen eine Versorgungsspannung V₁ und eine nicht dargestellt Belastung geschaltet, zu der ein Belastungsstrom I-fr fließt. Parallel zum Thyristor, jedoch entgegengesetzt gepolt, ist eine Diode Th geschaltet und in Reihe mit dieser Diode liegt eine Primärwicklung eines Transformators Tr₁. Die Sekundärwicklung des Transformators bildet eine Reihenschaltung mit einer zweiten Diode D₂. Die Reihenschaltung liegt parallel zu einem Kondensator C, der auf den Wert der Versorgungsspannung V₁ aufgeladen ist.

Von einer Kommutierungsschaltung K kann über einen Schalter S ein Strom I₁ abgegeben werden, wenn der Thyristor abschalten soll. Dieser Strom teilt sich in den BeIastungsstrom I^ und einen Gegenstrom I_v, der durch den Thyristor E₁ geht. Dieser Strom I₁ liefert auch einen Strom I₂, der durch die Diode D₁ und die Primär-

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Wicklung des Transformators Tr-] geht. Der Strom 12 ruft nun eine recht große Spannung an der Primärwicklung des Transformators hervor und zwar aufgrund der Selbstinduktion des Transformators. Diese Spannung induziert in den durch Punkte angegebenen Wicklungsrichtungen eine Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators, die der Spannung V-] entgegengerichtet ist, welche die Diode D2 vorspannt. Die Spannung steigt nun fast augenblicklich auf einen Wert, der größer ist als V^, und hierbei entsteht primärseitig am Transformator, solange der Strom I^_r fließt, eine Spannung, die annähernd konstant und abhängig vom Übersetzungsverhältnis des Transformators ist. Ein passendes Übersetzungsverhältnis liegt im hier gezeigten Fall, wo die Versor- I gungsspannung verwendet wird, in der Größenordnung von 1 bis 5 oder größer. Die Gegenspannung über dem Thyristor E-j ist nun eine Summe des Spannungsabfalls der Diode, in der Größe von 1 bis 1,5 V, und der Spannung am Transformator, in der Größe von 30 bis 40 V, abhängig vom Übersetzungsverhältnis. Im Gegensatz zu anderen Schaltungen wird hier eine bestimmte kontrollierbare Spannung als Gegenspannung am Thyristor erzielt, die zu dessen effektiver Schließung beiträgt, selbst bei Thyristoren, wo die Gegenspannung sehr kritisch ist, da deren Parameterwerte ziemlich schwanken können.

Eine ähnliche Schaltung ist im Wechselrichter verwendet, der in Fig. 3 gezeigt ist, wo eine Spannungsversorgung Sp über eine Drossel D₃ den Wechselrichter über Leitungen 5 und 6 mit Spannung versorgt. Parallel zu diesen Leitungen liegt eine Kommutierungseinheit K in Reihe mit einem Unterbrecher A, der zur gemeinsamen Kommutierung sämtlicher Phasenzweige dient. Die hier gezeigten drei Phasenzweige sind identisch, wobei jeder zwei gesteuerte, in Reihe liegende Thyristoren E₁ und E₂, Ξ3 und E4, E5 und Eg enthält. Zwischen die Thyristoren jedes Paares sind die Primärwicklungen von zwei Transformatoren eingeschaltet. Die gemeinsamen Mittelpunkte zwischen den Transformatoren Tr-] und Tr₂, Tr^ und Tr^, Τγκ und Trg bilden die Phasenspannungsabgriffe U, V, W.

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Im ersten Zweig sind somit die Primärwicklungen P₁, P₂ mit den durch die Punkte angezeigten Wicklungsrichtungen in Reihe geschaltet. Das gleiche gilt für die übrigen Zweige mit den Wicklungen P^ und P^, P^ und Pg. Parallel zu den Reihenschaltungen E₁-P₁-P₂, E3-P3-P4 und E5-P5-P5 liegen die Dioden D₁, D^, D₅ mit entgegengesetzter Durchiaufrichtung im Verhältnis zu den Thyristoren E₂, E-z, Ec, Parallel zu den Reihenschaltungen P₁-P₂-E₂, P3-P4-E4 und P^-Pg-Eg liegen die Dioden D₂, D4 und Dg. Die Dioden D₁ - Dg sind Leerlaufdioden für den Wechselrichter, Die Sekundärwicklungen in den einzelnen Phasenzweigen sind parallelgeschaltet und haben die durch den Punkt gezeigte Wicklungsrichtung, wie es z.B. in dem Phasenzweig U bei S₂ gezeigt ist. Die parallelgeschalteten Sekundärwicklungen S₁ und S₂, S-z und S4, Sk und Sg sind über die Leitungen 1,2, 3 und 4 paarweise miteinander in Reihe geschaltet. Die Leitungen 3 und 4 sind wiederum über eine Diode Dy mit einem Kondensator C₂ verbunden, der mit der durch den Pfeil gezeigten Polarität auf die Spannung V₁ aufgeladen ist. Eine Diode Dq und ein Widerstand R bilden ein Dämpfungsglied. Durch den Kommutierungskreis K und den Unterbrecher A hat der Wechselrichter eine gemeinsame Kommutierung. Wird der Unterbrecher A eingeschaltet, fließt ein Strom I durch die Leitung 6. Dieser Strom teilt sich in Teilströme I₁, I₂ und I^ in den verschiedenen Phasenzweigen. Z.B. fließt im Phasenzweig U der Strom I₁ über die Diode D₂, durch die Primärwicklungen P₁ und P₂ sowie über die Diode D₁ zurück zum Kommutierungskreis. Hierbei wird in den Primärwicklungen eine Spannung V₂ und V^ mit der gezeigten Polarität induziert, und diese Spannung steigt aufgrund der Selbstinduktion des Transformators rasch an, wenn sie unbelastet ist, und auf der Sekundärseite des Transformators entsteht eine induzierte Spannung mit der durch den Pfeil gezeigten Polarität. Die Summe dieser Spannungen ist bei den gezeigten Wicklungsrichtungen der Spannung V₁ entgegengerichtet, und wenn diese Spannung die Spannung V₁ übersteigt, fließt ein Strom durch die Diode Dy, Solange der Strom I₁ fließt,- wird im Phasenzweig U

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eine annähernd konstante Spannung über den Primärwicklungen P^ P2 bestehen. Diese Spannung kann aufgrund der möglichen Streu-Selbstinduktion des Transformators etwas abnehmen. Die während des Abschaltens in jedem Phasenzweig entstehenden Spannungen spannen die Thyristoren E-], E2, E^, E4, E^ und Eg vor, so daß eine wirksame Abschaltung der Thyristoren erreicht wird. Der dadurch entstehende Spannungsimpuls ist von langer Dauer, und zwar ca.80% der Abschaltperiode.

Dieser Impuls ist somit besser als bei den bekannten Schaltungen geeignet, wobei die Daten der verwendeten Thyristoren in bezug auf ihre Gegenspannung recht unkritisch werden. Gleichzeitig wird die Selbstinduktion der Zuleitungen sowie die Auswirkungen von anderen Selbstinduktionen stark unterdrückt, da die Spannungen V2 und V-z nunmehr vom Übersetzungsverhältnis des Transformators sowie der Spannung V^ bestimmt werden und daher der zur Erreichung einer angemessenen Sicherheit notwendigen Größe angepaßt werden können. Bei früheren Schaltungen war es erforderlich, die Thyristoren zu sortieren, um eine sichere Abschaltung zu erreichen. Die-ee Frage ist jetzt aufgrund der zur Verfügung stehenden hohen Spannung, die zwischen 30 und 40 V liegt, recht unkritisch;gleichzeitig ist auch die Spannung oder der Spannungsimpuls von längerer Dauer.

Die Spannung über dem Kondensator C2 kann entweder von einer separaten Spannungsquelle, vorzugsweise einer konstanten Spannungsquelle, oder der Spannungsversorgung des Wechselrichters abgenommen werden. Hierbei wird erreicht, daß die jetzt verwendete Kommutierungsenergie direkt an die Stromversorgung zurückgeleitet wird, so daß Bie nicht verlorengeht, was wesentlich zur Wirtschaftlichkeit der Anlage beiträgt. Diea wird beispielsweise ,mittels der punktierten Verbindung von der Anode der Diode 7 zur Anodt ^tf JDiode 6 und mittels der Verbindung der Leitung 4

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BAÖ ORiQINAl.

mit der positiven Klemme der Spannungsversorgung erreicht.

Der Grundaufbau des hier gezeigten Wechselrichters ist in der älteren Anmeldung P 16 13 774.9 beschrieben. Ein Anwendungsbeispiel mit gemeinsamer Gleichspannungsversorgung ist in Fig, 1 der älteren Anmeldung P 16 38 008.8 gezeigt.

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Claims (7)

1. IJIiilF!

   PATENTANSPRÜCHE

   M.JLöschschaltung für einen Thyristor, dem eine Diode mit entgegengesetzter Polarität parallelgeschaltet ist, wobei eine Kommutierungsschaltung einen Abschaltstrom durch die Diode fließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Diode eine Primärwicklung eines Transformators mit mindestens einer primären und einer sekundären Wicklung in Reihe geschaltet ist, dessen Sekundärseite über eine zweite Diode mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, welche die zweite ι Diode vorspannt, und daß die Sekundärspannung des Trans- ^ formators der Vorspannung der zweiten Diode entgegengerichtet ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle eine konstante Spannungsversorgung ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle einen Kondensator-Filterausgang hat.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle eine auch den Thyristor versorgende Spannung ist, und daß parallel zum Ausgang der Gleichspannungs- I quelle ein Kondensator geschaltet ist..
5. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in Anwendung auf einen Wechselrichter mit mindestens einem Thyristor-Phasenzweig, der zwei in Reihe liegende Thyristoren aufweist, und mit jeweils parallel zu den Thyristoren geschalteten Freüaufdioden, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen der Transformatoren direkt in Reihe liegen und ihr gemeinsamer Verbindungspunkt einen Phasenspannungsabgriff bildet, daß die Kathode des ersten Thyristors mit dem anderen Ende der ersten Primärwicklung und die Anode des zweiten Thyristors

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   mit dem anderen Ende dei?zweiten Primärwicklung verbunden ist, daß die Kathode der ersten Freilaufdiode mit der Anode des ersten Thyristors und die Anode der ersten Freilaufdiode mit dem Punkt zwischen der zweiten Primärwicklung und der Anode des zweiten Thyristors verbunden ist, und daß die Anode der zweiten Freilaufdiode mit der Kathode des zweiten Thyristors und die Kathode der zweiten Freilaufdiode mit dem Punkt zwischen der ersten Primärwicklung und der Kathode des ersten Thyristors verbunden ist.
6. 6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit gemeinsamer Löschung aller Thyristor-Phasenzweige, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärseiten der Transformatoren in den Phasenzweigen in Reihe geschaltet sind, und daß die zweite Diode und die Gleichspannungsquelle für alle Thyristorzweige gemeinsam ist.
7. 7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen in jedem Zweig parallelgeschaltet sind.

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