DE2060743B2

DE2060743B2 - Loeschschaltungsanordnung fuer einen thyristor

Info

Publication number: DE2060743B2
Application number: DE19702060743
Authority: DE
Inventors: Tom Kastrup Hennksen Niels Juul Nordborg Petersen (Danemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1972-10-19
Also published as: DK140999C; CH527511A; DE2060743A1; NL7018597A; NL166161C; NL166161B; US3701939A; GB1341566A; FR2072104B1; DK140999B; NO129716B; FR2072104A1; SE363548B

Description

Eine weitere Vereinfachung einer' solchen Anlage wird dadurch erreicht, daß als Gleichspannungsquelle die den Thyristor versorgende Betriebsspannungsquelle vorgesehen ist. und daß parallel zum Ausgang der Spannungsquelle ein Kondensator geschaltet ist. Hierdurch wird e; .-eicht, daß eine gemeinsame Spannungsversorgung für die gesamte Schaltungsanordnung verwendet werden kann, um die erforderliche Spannung zu liefern. Gleichzeitig wird die Energie oder der größte Teil der Energie, die während des Kommutierung^vorganges gebraucht wird, wiedergewonnen.

Bei Thyristor-Wechselrichtern mit Thyristor-Phasenzweigen, die jeweils zwei in Reihe liegende Thyristoren aufweisen, und mit jeweils parallel zu den Thyristoren geschalteten Freilaufdioden, kann man aus dieser Schaltungsanordnung weiteren Nutzen dadurch ziehen, daß die Primärwicklungen der Transformatoren in Reihe liegen und ihr gemeinsamer Verbindungspunkt einen Phasenspannungsabgriff bildet, oaß 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 zweiten Primärwicklung und der Anode des zweiten Thyristors verbunden ist und daß die Anode der zweiten Freilaufdiode mit der Kathode des /.weiten 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 ist es vorteilhaft, daß die Sekundärwicklungen der Transformatoren in den Phasenzweigen in Reihe geschaltet sind und daß die zweite ⁿiode und die Gleichspannungsquelle für alle Thyristorzweige gemeinsam ist. Hierbei wird eine Er sparnis erzielt, indem bei z. B. dreiphasigen Wechselrichtern statt drei Dioden nur eine benötigt und gleichzeitig die Energie zur SDannungsversorgung der Anlage zurückgeführt wird.

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

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Prinzip.

Γ i g. 2 Strom- und Spannungsverläufe

Fig. 3 die erfindungsgemäßc Schaltungsanordnung in Anwendung auf einen Wechselrichter. '

Wie in Fig. I dargestellt, ist ein Thyristor /;', z. i sehen eine Quelle für eine Versorgungsspannimg V_x und eine nicht dargestellt;· Belastung geschaltet, zu der ein Bclnstungsstrom /,, fließt. Parallel zum Thyristor, jedoch entgegengesetzt gepolt, ist eine erste Diode D. 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 V_x aufgeladen ist.

Von einer Gegenstromquelle K kann über einen Schalter 5 ein Strom I₁ abgegeben werden, wenn der Thystor abschalten soll. Dieser Strom teilt sich in

ίο den Belastungsstrom I_b und einen Gegenstrom I₁-, der durch den Thyristor E_x fließt. Der Strom I₁ liefert auch einen Strom I₂, der durch die Diode D₁ und die Primärwicklung des Transformators Tr₁ fließt. Der Strom /₂ ruft nun eine recht große Spannung an der

η Primärwicklung des Transformators hervor, und zwar aufgrund der Selbstinduktion des Transformators. Diese Spannung induziert in den S . ch Punkte ange gebenen Wicklungsrichtungen eine Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators, die der Span-

nung V_x entgegengerichtet ist, welche die Diode D₂ vorspannt. Die Spannung steigt nun fast augenblicklich auf .inen Wert, der größer ist als V₁, und hierbei entsteht primärseitig am Transformator, solange der Strom I_tr fließt, eine Spannung, die annähernd kon-

stant und abhängig vom Übersetzungsverhältnis des Transformators ist. Ein passendes übersetzungsverhältnis liegt irn hier gezeigten Fall, wo die Versorgungsspannung verwendet wird, in der Größenordnung von 1 bis 5 oder größer. Die Gegenspannung über dem Thyristor E_x 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 steuerbare 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 Schaltungsanordnung ist in einem Wechselrichter verwendet, der in Fig. 3 gezeigt ist. wo eine Spannungsversorgung 5p über eine Drossel D₁- Leitungjn 5 und 6 mit Spannung versorgt. Parallel zu diesen Leitungen liegt eine Gegenstromquelle 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 R.eihe liegende Thyristoren E_x und E₂, E₃ und E₄, E₅ und E₆ enthält. Zwisehen die Thyristoren jedes Paares sind die Primärwicklungen von zwei Transformatoren eingeschaltet. Die gemeinsamen Verbindungspunkte der Primärwicklungen der Transformatoren Tr_x und Tr₂, Tr₃ und 7V₄, 7V₅ und Tr₆ bilden die Phasenspannungsabgriffe

Μ U, V, W. Im ersten Zweig sind somit die Primärwicklungen P_x, P₂ mit de.i durch die Punkte angezeigten Wicklungsrichtungen in Reihe geschaltet. Das gleiche gilt für die übrigen Zweige mit den Wicklungen P₃ und P₄. P_s und P_b. Parallel zu den Reihenschaltungen

6(i der Elemente E₁-P₁ P₂, EyPyP₄ und E₅-P₅-P₆ liegen die Dioden D_x, D₃, D_s mit entgegengesetzter Durchlaufrichtung im Verhältnis zu den Thyristoren E,. E₃. E₅. Parallel zu den Reihenschaltungen der Elemente P₁-P₂E₂, P₃-P₄-E₄ und P₅-P₆-E₆ liegen die Dioden

f>5 D₂. D₄ und' O₆. Die Dioden D_x-D₆ sind Leerlaufdioden für den Wechselrichter. Die Sekundärwicklungen in den einzelnen Phasenzweigen sind parallelgeschaltet und haben die durch den Punkt gezeigte

WickliingsriclHung, wie es /.. B. in dem Phasenzweig Dieser Impuls ist somit besser geeignet als der be

U bei S₂ gezeigt ist. Die parallelgcschullclcn Sckun- den bekannten Schaltungsanordnungen, wobei dii

därvvicklungen S_x und 5,. S, und S₄. S₅ und S_f, sind Daten der verwendeten Thyristoren in bezug auf ihn

über die Leitungen 1, 2, 3 und 4 paarweise miteinan GetjCiispannung recht unkritisch werden. Gleichzeitig

der in Reihe geschaltet. Die Leitungen 3 und 4 sind ι wird die Selbstinduktion der Zuleitungen sowie dii

wiederum über eine Diode D₁ mit einem -Kondensa- Auswirkungen von anderen Selbstinduktionen stark

tor C₂ verbunden, der mit der durch den Pfeil gezeig unterdrückt, da die Spannungen V₁ und Γ, nunmehi

ten Polarität auf die Spannung V_x aufgeladen ist. vom Übersetzungsverhältnis des Transformator«

Eine Diode D₈ und ein Widerstand R bilden ein sowie der Spannung V_x bestimmt werden und dahei

Dämpfungsglied. Durch die Gcgenstromquelle A' und κι der zur Erreichung einer angemessenen Sicherheit not

den Unterbrecher A hat der Wechselrichter eine ge- wendigen Größe angepaßt werden können. Bei be

meinsamc Kommutierung. Wird der Unterbrecher A kannten Schaltungsanordnungcn war es erforderlich

eingeschaltet, fließt ein Strom / durch die Leitung 6. die Thyristoren zu sortieren, um eine sichere Abschal

Dieser Strom teilt sich in Teilströme /,. I₂ und /, in tung zu erreichen. Diese Frage ist jetzt aufgrund der

den verschiedenen Phasenzweigen. Zum Beispiel fließt π ^zur Verfügung stehenden hohen Spannung, die zwi

im Phasenzweig U der Strom /, über die Diode D₂, sehen 30 und 40 V liegt, recht unkritisch; gleichzeitig

durch die Primärwicklungen P_x und P₁ sowie über die ist auch die Spannung oder der Spannungsimpuls

Diode D_x zurück zum Kommutierungskreis. Hierbei von längerer Dauer.

wird in den Primärwicklungen eine Spannung V₁ und Die Spannung über dem Kondensator C₂ kann ent

K₃ mit der gezeigten Polarität induziert, und diese 20 weder von einer separaten Spannungsqucllc. Vorzugs

Spannung steigt aufgrund der Selbstinduktion des weise einer Konstantspannungsquclle, oder der Quelle

Transformators rasch an. wenn sie unbelastet ist. und für die Versorgungsspannung des Wechselrichters ab·

auf der Sekundärseite des Transformators entsteht genommen werden. Hierbei wird erreicht, daß die

eine induzierte Spannung mit der durch den Pfeil ge- jetzt verwendete Kommuticrungsenergie direkt an die

zeigten Polarität. Die Summe dieser Spannungen ist 21 Stromversorgung zurückgeleitet wird, so daß sie nicht

bei den gezeigten Wicklungsrichtungen der Spannung verlorengeht, was wesentlich zur Wirtschaftlichkeil

V_x entgegengerichtet, und wenn diese Spannung die der Anlage beiträgt. Dies wird beispielsweise mittels

Spsn.ntüig V_x übersteigt, fließt ein Strom durch die der punktierten Verbindung von der Amulc H01

D^ode D°_r Solange der Strom /, fließt, wird im Phasen- ^{Diocie 7 zur} Anode der Diode 6 und mittels der Ver

zweig U eine annähernd konstante Spannung über den 3« bindung der Leitung 4 mit der positiven Klemme der

Primärwicklungen P₁ - P₂ bestehen. Diese Spannung Spannungsversorgung erreicht,

kann aufgrund der möglichen Streu-Selbstinduktion des Der Grundaufbau des hier gezeigten Wechselrich

Transformators etwas abnehmen. Die während des ters ist in der älteren Anmeldung Patent 1.613.774.9

Abschaltens in jedem Phasenzweig entstehenden (deutsche Offenlegungsschrift 1,613,774) beschrieben.

Spannungen spannen die Thyristoren E_x, E₂. E₁, E_t, 35 Ein Anwendungsbeispiel mit gemeinsamer Gleichspan

E_s und E_e vor, so daß eine wirksame Abschaltung nungsVersorgung ist in Fig. 1 der älteren Anmeldung

der Thyristoren erreicht wird. Der dadurch entste- Patent 16,38,008.8 (deutsche Offenlegungsschrift

hende Spannungsimpuls ist von langer Dauer, und 16,38,008) gezeigt,
zwar ca. 80% der Abschaltperiode.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Löschschaltungsanordnung für einen Thyristor, dem eine erste Diode mit entgegengesetzter Polarität, zu der eine Induktivität in Reihe geschaltet ist, parallel geschaltet ist. wobei eine Gegenstromquelle einen Abschaltstrom durch die erste Diode fließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der ersten Diode (Dl) in Reihe liegende Induktivität eine Primärwicklung eines Transformators (7Vl) ist, dessen Sekundärwicklung über eine zweite Diode (D2) mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, welche die zweite Diode (DT) vorspannt, und daß die Sekundärspannuns des Transformators (TrV) der Vorspannung der zweiten Dif^e (Dl) entgegengerichtet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungs quelle eine Konstantspannungsquelle ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspan nungsquelle ein Kondensator (CiCz) als Filter parallel geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der An Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichspannungsquelle eine den Thyristor (El) versorgende Betrier^spannungsquelle vorgesehen ist. und daß parallel zum Ausgan° der Spannungs- ' uelle ein Kondensator (C) geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Einern der Ansprüche 1 bis 4, in Anwendung aui einen Wechselrichter mit mindestens einem Thyristor-Phasenzweig der zwei in Reihe liegende Thyristoren aufweist, und mit jeweils parallel zu den Thyristoren geschalteten Freilaufdioden, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen (Pl. Pl: P3, P4: PS, P6) der Transformatoren (7V1-7V6) in Reihe liegen und ihr gemeinsamer Verbindungspunkt einen Phasenspannungsabgriff (U, V, W) bildet, daß die Kathode des ersten Thyristors (£Ί; £"3: £5) mit dem anderen Ende der ersten Primärwicklung (Pl: P3: PS) und die Anode des zweiten Thyristors (El; E4; E6) mit dem anderen Ende der zweiten Primärwicklung (Pl: P4; P6) verbunden ist. daß die Kathode der ersten Freilaufdiode (DI: £>3; D5) 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 (Dl: DA: D6) 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. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 mit gemeinsamer Löschung aller Tliyristor-Phasenzwcige. dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär wicklunger, (Sl. 52: 53. 54: 56) der Transformatoren (TrI — Tr6) in den Phasenzweigen in Reihe geschaltet sind und daß die zweite Diode (iJ¹⁷) und die Gleichspannungsqucllc für alle Thyristor zweige gemeinsam ist.

7. Schaltungsanordnung nach Ansprucli 6, da durch gekennzeichnet, daß die Sckundärwicklun gen (51. 52: 53. 54: 55. 56) in jedem Zweig par allelgcschaltet s^;:id.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Löschschal tungsanordnung für einen Thyristor, dem eine erst« Diode mit entgegengesetzter Polarität, zu der eine In duktivität in Reihe geschaltet ist. parallel geschalte

s ist, wobei eine Gegenstromquelle einen Abschaltstrorr durch die Diode fließen läßt.

Eine derartige Löschschr.ltungsanordnung ist be kannt (österreichische Patentschrift 245,117. Fig. I) Bei dieser bekannten Anordnung ist dem Thyristor dit Reihenschaltung eines Kondensators und eines weiterer der Löschung dienenden Thyristors parallelgeschaltet Während diesem Löschthyristor die Reihenschaltung einer entgegengesetzt gepolten Diode und einer Um schwingdrossel parallel liegt, mit deren Hilfe der Kon

u densator in einen zum Löschen des Hauptthyriston geeigneten Ladezustand gebracht werden kann, isi dem Hauptthyristor die Reihenschaltung einer Diodt mit entgegengesetzter Polarität und einer zweiten Um schwingdrossel parallel geschaltet, welche den Konden

sator in einen zum Löschen des Löschthyristors geeig neten Ladezustand bringen soll.

Bei dieser Schaltung besteht die Gefahr, daß dei vom Kondensator gelieferte Löschstrom bzw. die füi das Löschen am Thyristor erforderliche Gegenspan 5 nung zu gering ist bzw. für eine zu kurze Zeit au: einer ausreichenden Höhe gehalten werden kann Würde man zur Abhilfe einen größeren Kondensatoi wählen, so wurden die Auf- und Umladevorgänge zi lange dauern, wodurch die Schaltfrequenz des Thyri stors herabgesetzt würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Löschschaltungsanordnung der eingangs beschriebe nen Art anzugeben, mit welcher auf einfache Weist eine höhere Löschspannung am Thyristor erreiehl

werden kann und bei der man in eimern gewissen Um fang die Größe der Spannung selbst bestimmen kann so daß auch Thyristoren mit verhältnismäßig schlech ten Daten, insbesondere bezüglich der Größe der not wendigen Gegenspannung, ohne Schwierigkeiten ver wendet werden können.

Diese Aufgabe wird mit einer Löschschaltungsan Ordnung der eingangs genannten Art erfindungsge maß dadurch gelöst, daß die mit der ersten Diode ir Reihe liegende Induktivität eine Primärwicklung eines

Transformators ist, dessen Sekundärwicklung übei eine zweite Diode mit einer GleichspannungsquclW verbunden ist, welche die zweite Diode vorspannt, und daß die Sekundärspannung des Transformators der Vorspannung der zweiten Diode entgegengerich

so tet ist.

Dadurch wird erreicht, daß der Abschaltstrom, der durch die parallel zum Thyristor gescha'tete Diode fließt, im Transformator eine Spannung induziert, die aufgrund der Selbstinduktion des Transformators 5 augenblicklich hoch ansteigt und die Vorspannung in der /weiten 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 Konstantspannungsquelle ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Spannung über einen längeren Zeitraum annähernd konstant gehalten wird, und zwar bis in der parallel zum Thyristor geschaltefti ten Diode ein Strom fließt. Diese konstante Spannung erhält man besonders einfach, wenn der Spannungsqucllc als Filter ein Kondensator parallel geschaltet ist.