DE2064472A1 - Schaltungsanordnung für Thyristor-Stromrichter - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für Thyristor-Stromrichter Bei Stromrichteranordnungen mit Thyristoren ist es bekannt, den sogenannten Trägerstaueffekt der Halbleiterventile durch Schutzbeschaltungen zu vermindern. Im allgemeinen bestehen diese Sehutzbeschaltungselemente aus einem Kondensator oder der Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes parallel zur Schaltatrecke des jeweiligen Hauptthyristors in jedem Stromzweig.
• Aus der deutschen Auslegeschrift 1 271 253 ist es im übrigen weiterhin bekannt, dem Widerstand des Reihen-RC-Gliedes der' Thyristorschutzbeschaltung noch eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem weiteren Widerstand parallel zu schalten. Die Kapazitäten dieser RC-Schutzbeschaltungen für den jeweiligen Hauptthyristor werden über diesen beim Zünden entladen. Die dabei auftretende Entladestromspitze verursacht im Thyristor Einschaltverliste, und der Energieinhalt des verwendeten Schutzbeschaltungskondensators wird bisher vollständig in Verlustwärme umgesetzt.
• Bei Weohselrichtern mit hoher Ausgangsfrequenz (2000 Hz und mehr) mUseen aber die erwähnten Einschaltverluste seitens des Schutzbeschaltungskondensators vermieden werden, weil die dadurch bedingte Erwärmung des Thyristors dessen Belastbarkeit einschränkt, Des weiteren muß gefordert werden, den Energieverlust am Schutzbeschaltungskondensator zu vermindern, weil dadurch der Gesamtwirkungsgrad eines Umrichters merklich verschlechtert werden kann.
• Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, den Energieverlust des Schutzbeschaltungskondensators nicht nur zu vermindern, sondern anderweitig nutzbar zu machen.
• Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltunenordnung für Stromrichter, mit Hauptühyristoren nebst Löschthyristoren in jedem Stromzweig und jedem Hauptthyristor zugeordneter RC-Schutzbeschaltung zur Verminderung des Trägerstaueffekts. Hierbei besteht die Erfindung darin, daß die Re-Schutzbeschaltung durch eine eine Drossel und einen weiteren Kondensator enthaltende Hilfsschsitung ergänzt ist, deren Kondensator die Energie des Kondensators der Schutzbeschaltung beim Zünden des zugeordneten Hauptthyristors übernimmt und in den den zugehörigen Löschthyristor enthaltenden Kommutierungskreis überstellt.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Ladung des Kondensators der Schutzbeschaltung auf den Kondensator der Hilfsschaltung vermittils der Drossel über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode überführt. Die RC-Schutzbeschaltung besteht aus einem Reihen-RO-Glied, das parallel zur Schaltstrecke des Hauptthyristors geschaltet ist, wobei- das freie Ende des Ladewiderstandes des RC-Gliedes der Schutzbeschaltung mit der Thyristorkathode und das freie Ende des Kondensators des RC-Gliedes der Schutzbeschaltung über eine in Bezug auf den Hauptthyristor in Sperrichtung gepolte Ladediode mit der lhyristoranode verbunden ist. Der Ladewiderstand der RC-Schutzbeschaltung soll durch eine in Bezug auf den Hauptthyristor in Durchlaßrichtung gepolte Diode überbrückt sein. Die aus der Drossel, der Diode und dem Kondensator bestehende Reihenhilfsschaltung soll parallel zu der Diode geschaltet sein, welche die Anode des Hauptthyristors mit der einen Belegung des Kondensators der Schutzbeschaltung verbindet, und dse Reihenschalung soll kondensatorseitig an die Thyristoranode und drosselseitig an den Verbindungspunkt zwischen der erwähnten Diode und dem Kondensator der Schutzbeschaltung angeschlossen sein.
• Der Kommutierungskreis besteht aus dem Kondensator der Hilfsschaltung, dem Löschthyristor, zwei Drosseln und einem weiteren Kondensator in Reihenschaltung und ist parallel zur Schaltstrekke des Hauptthyristors geschaltet.
• Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß die Energie des Schutzbeschaltungskondensators, anstatt wie bisher in einem Widerstand vernichtet zu werden, über die Drossel und die Dioden der Hilfsschaltung dem Kondensator der Hilfsschaltung zugeführt wird, von welchem sie durch Zünden des zugehörigen Löschthyristors in den Kommutierungskreis überführt wird und zur Deckung von dessen Verlusten mitverwendet wird. Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die Einschaltverluste des jeweiligen Hauptthyristors auch bei höheren Frequenzen praktisch bedeutungslos werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die auf dem Schutzbeschaltungskondensator jeweils gespeicherte Energie größtenteils zurückgewonnen wird, so daß z.B.
• bei einem Umrichter für eine Abgabeleistung von 10 KMt bei einer Frequenz von zwei kHz dessen Gesamtwirkungsgrad um ca. % 4tI verbessert wird.
• Die Erfindung sei nachstehend anhand zweier Figuren näher erläutert.
• Die Fig. 1 veranschaulicht eine bekannte RC-Schutzbeschaltung für den Hauptthyristor HT, welcher Teil einer nicht näher veranschaulichten Stromrichteranlage ist. Das Reihen-tRC-Glied R,C zur Verminderung des Trägerstaueffektes ist parallel zur Schaltstrecke des Thyristors geschaltet; dem R-Glied der RC-Schutzbeschaltung kann- wie veranschaulicht - in bekannter Weise noch eine Diode @ G oder oder eine Reihenschaltung aus dieser Diode G und einem Zusatzwiderstand R' parallel geschaltet sein.
• In Fig. 2 ist der Erfindungsgedanke näher veranschaulicht, wobei der Hauptthyristor HT die bekannte Schutzbeschaltung aus einem Reihen-RC-Glied R, C aufweist, welches parallel zur Schaltstrecke des Thyristors liegt. Dem R-Glied der Schutzbeschaltung ist eine Diode P parallelgeschaltet. Im Vergleich zur Fig. 1 ist jedoch in der Fig. 2 die galvanische Verbindung zwischen der Thyristoranode und der einen Kondensatorbelgung des Kondensators C durch eine Diode Q ersetzt und die RC-Schutzbeschaltung ist durch eine HilfsschS tung ergänzt, welche die Drossel i, die Diode N und den Kondensator K in Reihenschaltung umfaßt, wobei diese Reihenschaltung parallel zu der Diode Q geschaltet ist.
• An der Verbindunstelle zwischen Kondensator K und Diode N ist die Anode a des Löschthyristors LT angeschlossen, dessen Kathode k ü die Drossel B, den Kondensator S und die Drossel D mit der KtJiode k des Iauptthyristors JIT verbunden ist.
• Der zweite Hauptthyristor HT' liegt mit dem Hauptthyristor HT in Reihe an der Versorgungsgleichspannung.- Auch der Hauptthyristor H?' ist in entsprechender Weise mit einer Schutzbeschaltung, einer diese ergänzenden Hilfsschaltung und mit einem zugehörigen Löschthyristor LT' ausgerüstet; die Bezugszeichen für die- Bauelemente sind entsprechend gewählt. Der gemeinsame Ausgang ist mit A bezeichnet.
• Mit der durch die Maßnahmen der Erfindung ergänzten Schutzbeschaltung wird die Energie des Schutzbeschaltungskondensators n des Hauptthyristors HT bei dessen Zünden über die Drossel L und die Dioden N, P bzw. N, Q auf den Kondensator K überführt, welcher beim Zünden des Löschthyristors LT entladen wird, wobei dessen Energie im Kommutierungskreis nutzbar gemacht wird. Ist der Hauptthyristor HT gesperrt, so wird der Kondensator C auf die Sperrspannung des Hauptthyristors HT über die Diode Q und den Ladewiderstand R aufgeladen. Zündet der Hauptthyristor HT, so wird die Ladung des Kondensators C auf den Kondensator K durch einen Schwingvorgang überführt, und zwar über die Drossel lt, die Diode N bzw. über den gezündeten Hauptthyristor HT und die Diode P. Die Drossel L begrenzt den Entladestrom des Konlensators C und bestimmt mit diesem Kondensator C die erforderliche Schwingfrequenz. Die Diode Q ist die Ladediode für den Kondensator C und ist, bezogen auf den Hauptthyristor HT in Sperrichtung-gepolt. Die entsprechend der Durchlaßrichtung des Kauptthyristors HT gepolte Diode P sorgt dafür, daß beim Entladen des Kondensators C dessen Entladestrom nicht über den Widerstand R fliessen muß, was Verluste zur Polge haben würde.
• Durch die Überführung der Energie des Kondensators C zum Kondensator K steht die Ladung am Kondensator K jetzt im Löschkreis zur Verfügung, welcher aus dem Kondensator K, dem Löschthyristor LT, der Drossel B, dem Löschkondensator L und der Drossel D besteht. Demgemäß ist im Löschkreis mehr Energie vorhanden als dies ohne dem Kondensator K der Fall wäre. Im Hinblick auf die an den Kondensatoren K und S im Löschkreis anstehende Ladung könnteder Kapazitätswert des Kondensators S im Bedarfsfalle kleiner gehalten werden als dies bisher der Fall war.
• Es ist leicht einzusehen, daß aufgrund des veranschaulichten Schaltungskonzepts die Löschverluste am Haupttransistor HT besonders kleingehalten werden können.
• 6 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (6)

1. Patentansprüche S Schaltungsanordnung für Stromrichter, mit Hauptthyristoren nebst Löschthyristoren in jedem Stromzweig und jedem Hauptthyristor zugeordneter RC-Schutzbeschaltung zur Verminderung des Trägerstaueffekts, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Schutzbeschaltung durch eine eine Drossel (L) und einen weiteren Kondensator (K) enthaltende Hilfsschaltung ergänzt ist, deren Kondensator (K) die Energie des Kondensators (C) der Schutzbeschaltung beim Zünden des zugeordneten Hauptthyristors(HT) übernimmt und in den den zugehörigen Löschthyristor (lot) enthaltenden Kommutierungskreis überstellt.
2. 2. zu S Schaltungsanordnung nach zu nach Anspruch 1, dadurch gekdnnzeichnet, daß die Ladung des Kondensators (0) der Schutzbeschaltung auf den Kondensator in (K) der Hilfsschal-tung vermittels der Drossel (L) über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode (N) überführt wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Schutzbeschaltung aus einem Reihen-RC-Glied besteht, das parallel zur Schaltstrecke des Hauptthyristors (HT) geschaltet ist, wobei das freie Ende des Ladewiderstandes (R) des RC-Gliedes mit der Thyristorkathode (k) und das freie Ende des KondensaXors (C) des RC-Gliedes über eine in Bezug auf den Thyristor (HT) in Sperrichtung gepolte Ladediode (Q) mit der Thyristoranode (a) verbunden ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladewiderstand (R) der RC-Schutzbeschaltung durch eine in Bezug auf den Hauptthyristor (RT) in Durchlaßrichtung gepolte Diode (p) überbrückt ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Ans rauch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Drossel (L), der Diode (N) und dem Kondensator (K) bestehende Rehenhilfssehaltung parallel zur Diode (Q) geschaltet ist, wobei diese Reihenschaltung kondensatorseitig an die Thyristoranode (a) und drosselseitig an den Verbindungspunkt zwischen Diode (Q) und Kondensator (C) angeschlossen ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungskreis aus dem Kondensator (K), dem Löschthyristor (led), Drosseln (B, D) und einem Kondensator (S) in Reihenschaltung besteht, die parallel zu Schaltstrecke des Hauptthyristors (HT) geschaltet ist.

   L e e r s e i t e