DE2064949A1

DE2064949A1 - Stromrichterventil Ausscheidung aus 2063436

Info

Publication number: DE2064949A1
Application number: DE19702064949
Authority: DE
Inventors: Clyde Gillman Drexel Hill Pa Dewey (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-12-23
Publication date: 1971-11-18
Also published as: DE2064948C2; JPS4946506B1; SE366176B; US3626271A; DE2063436C2; CH527512A; GB1337596A; DE2063436A1; DE2064949C2; DE2064948A1

Description

20S4949

Patentanwälte

Br -Ing. Wilhelm Reichel
Bird-ing. Wolfgang E-sichel

6 Frankfurt a. M. 1
Paiksiraße 13

6642

GENERALELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y,., VStA

Stromricht erventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromrichterventil mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristorabschnitten, die mechanisch konstruktiv in gleichen Sätzen mit einer geradzahligen Anzahl von Abschnitten zusammengefaßt und in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Matrizen angeordnet sind. -

Solche Festkörperventile finden vor allem in Hochspannungsstromrichteranlagen Verwendung, die sowohl im Gleichrichterbetrieb als auch im Wechselrichterbetrieb arbeiten können. Wenn man an den beiden Enden einer Hochgleichspannungsübertragungsstrecke derartige Stromrichteranlagen vorsieht, kann man mit einem hohen Wirkungsgrad große Energiemengen über unterirdische Kabel oder Freileitungen übertragen. Weiterhin kann man elektrische Energie zwischen zwei dicht nebeneinanderliegenden Wechselstromnetzen austauschen, deren Frequenz verschieden ist oder die nicht miteinander synchronisiert sind.

In modernen Stromrichteranlagen werden Festkörperventile anstelle von Quecksilberdampfgleichrichtern bevorzugt. Die elektrischen Festkörperventile bestehen aus hintereinandergeschal~ teten Halbleiterschaltern, insbesondere aus steuerbaren SiIiciumgleichrichtern oder Siliciumthyristoren, Zum Aufbau einer

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Stromrichteranlage kann man beispielsweise sechs Ventile zu einer Dreiphasen-Vollwegbrückenschaltung zusammenschalten, die drei getrennte V/echselstromanschlüsse für die einzelnen Phasen und zwei Gleichstromanschlüsse aufweist, nämlich einen positiven und einen negativen Anschluß. Durch aufeinanderfolgendes Zünden der sechs Ventile in geeigneter Folge und in zeitlicher Beziehung zur Spannung des Dreiphasen-Starkstromnetzes, an das die Wechselstromklemmen der Stromrichteranlage angeschlossen sind, kann man den Energiefluß zwischen den Wechselstromanschlüssen und den Gleichstromanschlüssen steuern oder regeln.

Da der Nennstrom der heute handelsüblichen Thyristoren zu gering ist, um die an einen Hochleistungsstromrichter gestellten Anforderungen zu erfüllen, hat man mehrere dieser Bauelemente zu einem "Thyristorabschnitt¹¹⁸ zusammengefaßt, der einen entsprechend höheren Nennstrom aufweist. Da weiterhin die Nennwerte der maximalen Vorwärtsspannung oder negativen Sperrspannung und der Rückwärtsspannung oder Sperrspannung der handelsüblichen Thyristoren für Hochspannungsanwendungen viel zu gering sind, werden zum Aufbau eines einzigen Ventils mehrere Thyristorabschnitte hintereinandergeschaltet.

Bei einem an eine Spannungsquelle und einen Verbraucher angeschlossenen Stromrichter blockiert jeder in einem Ventil angeordnete Thyristor zwischen seiner Anode und Katöde den Strom, bis er bei einer gegenüber der Katode positiven Anodenspannung von einem Zündsignal gezündet wird. Auf Grund des Zündsignals schaltet der Thyristor augenblicklich von dem Sperrzustand in den Durchlaßzustand. Der Zündzeitpunkt wird von einem zyklisch wiederkehrenden Zeitpunkt an, bei dem die Anodenspannung gegenüber der Katode positiv wird, in elektrischen Grad gemessen und wird daher mit Zündwinkel bezeichnet. Am Ende des Durchlaßintervalls jeaes Zyklus wird der Vorwärtsstrom in Jedem Ventil durch Netzspannungskommutierung gelöscht.

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Wenn bei einem Stromrichter der Zündwinkel der zu einer Brükkenschaltung zusammengeschalteten Ventile von Null an zunimmt, nimmt die zwischen dem positiven und negativen Gleichspannungsanschluß auftretende mittlere Gleichspannung von einem maximalen positiven Viert aus ab. Wenn der Zündwinkel 90 erreicht, kehrt die mittlere Gleichspannung ihre Polarität um. Dabei geht die Stromrichterbrücke von dem Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb über. Dabei wird elektrische Energie von den Gleichspannungsanschlüssen zu den V/echselstromanschlüssen übertragen.

Wenn die Ventile eines Stromrichters bei verhältnismäßig großen Zündwinkeln gezündet werden, beginnt die Kommutierung zu einem Zeitpunkt, bei dem die Spannung (E) zwischen den Phasen des Wechselstromnetzes nahe bei ihrem Scheitelwert ist. Zu diesem Zeitpunkt ist ein besonders hoher Energiebetrag (1/2 CE ) in der Streukapazität (C) des angeschlossenen Netzes gespeichert. Dadurch können bei der Kommutierung äußerst störende Stoßvorgänge oder Einschwingvorgänge auftreten. Selbst wenn die gespeicherte Energiemenge innerhalb der gesamten einergieaufzehrenden Fähigkeit der miteinander in Reihe geschalteten Thyristorabschnitte des übernehmenden Ventils läge, ist eine potentiell unsichere Situation vorhanden, da einige der Thyristoren g die Neigung haben, etwas früher als andere zu zünden. Es be- ™ steht daher die Möglichkeit, daß bei den langsamsten Thyristoren die Nennleistung für die aufzunehmende Verlustenergie überschritten wird und die Thyristoren versagen. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß Kommutierungsschaltstöße den anfänglichen Vorwärtsstrom in dem Thyristor zurück auf Null bringen oder sogar umkehren können. Dadurch wird das gerade gezündete Ventil vorzeitig gelöscht.

Nach der US-Patentschrift 3 423 664 ist-bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, die zum Unterdrücken von Einschwingvorgängen bei der Kommutierung dient.

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Auf Grund der Tatsache, daß einige der Thyristoren eines Ventils geringfügig verschiedene Lösch- oder Zündeigenschaften haben, treten die Übergänge von dem Sperr- in den Durchlaßzustand und umgekehrt bei allen Thyristoren eines Ventils nicht gleichzeitig auf. So können beispielsweise beim Übergang von dem leitenden in den sperrenden Zustand am Ende der Kommutierung einige Thyristoren vor anderen in den sperrenden Zustand geraten. Diese schnelleren Thyristoren versuchen dann allein den Strom in dem Ventil zu sperren. Da jedoch die gesamte Netzspannung zur Verfugung steht, diesen Strom aufrechtzuerhalten, kann zu diesem Zeitpunkt eine erfolgreiche Sperrung nicht durchgeführt werden. Zum Lösen dieser Schwierigkeit ist es bekannt, den Thyristoren ein spannungsteilendes RC-Netzwerk parallel zu schalten, das für wenige MikroSekunden den Strom übernimmt, bis auch die übrigen langsamen Thyristoren ihren Sperrzustand einnehmen. In den Kondensatoren des Parallelnetzwerks wird während jeder Löschperiode der Thyristoren Energie gespeichert. Wenn daher beim Zünden des Ventils einer der Thyristorabschnitte früher als ein angrenzender Abschnitt zündet, wird die Energie, die in dem zuerst zündenden Thyristorabschnitt parallelgeschalteten Nebenschlußnetzwerk gespeichert ist, freigesetzt und der zugeordnete . Kondensator über den zuerst gezündeten Thyristorabschnitt entladen. Es ist bekannt, daß eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms durch einen Thyristorabschnitt eine Überhitzung und damit Beschädigung der Thyristoren auslösen kann. Der Kondensator-entladestrom muß daher begrenzt werden. Diese Funktion wird zum Teil von dem Widerstand in dem RC-Netzwerk übernommen. In der genannten US-Patentschrift ist zu diesem Zweck ein weiterer Widerstand vorgesehen. Dieser Widerstand begrenzt auch den Strom, der von der äußeren Schaltung getrieben wird, wenn einige der Thyristorabschnitte mit dem Leiten früher beginnen als andere.

Die Verwendung dieses zusätzlichen Widerstands, der zweifelsohne zwei wertvolle Aufgaben erfüllt, führt jedoch zu Schwierigkeiten, wenn ein Thyristorabschnitt ausfällt, beispielsweise seine Sperrfähigkeit verliert. In diesem Fall wird bei anliegender Ventilsperrspannung der normalerweise an dem ausgefallenen Thyristor-

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abschnitt abfallende Spannungsanteil dem zusätzlichen Widerstand aufgeprägt, so daß dieser Spannungsanteil der Spannung an dem Parallelnetzwerk, das dem angrenzenden Thyristorabschnitt zugeordnet ist, hinzugefügt wird. Dadurch wird der angrenzende Abschnitt einer abnormal hohen Spannung ausgesetzt, die zu einem vorzeitigen Versagen dieses Abschnitts führen kann.

Ferner ist es bekannt, daß unter gewissen Bedingungen Thyristoren auch ohne Zündsignale gezündet, also vom Sperrzustand in den Durchlaßzustand umgeschaltet werden können. Eine solche Umschaltung in den leitenden Zustand ist als Kippspannungszündung oder Vorwärtsdurchbruchspannungszündung bzw. V-gQ-Zündung bekannt. Wenn bei fehlendem Zündsignal die Anodenspannung über einen gewissen kritischen Wert erhöht wird, bricht der Thyristor in Vorwärtsrichtung durch und beginnt zu leiten. Bei einer solchen Zündung ist insbesondere ein Hochspannungsthyristor einer Zerstörung ausgesetzt, da die anfängliche Steilheit d£s Anodenstroms (di/dt) sehr groß ist. Eine weitere Zündmöglichkeit des Thyristors ist die Spannungssteilheitzündung in Vorwärtsrichtung oder dv/dt-Zündung. Bei diesem Zündvorgang beginnt der Thyristor zu leiten, wenn er einer Anodenspannung in Vorwärtsrichtung ausgesetzt wird, deren Steilheit oder Anstiegsgeschwindigkeit einen bestimmten kritischen Wert überschreitet. Bei dieser Art der Zündung haben die Thyristoren eine größere Chance, eine hohe Stromsteilheit di/dt ohne Schaden zu überstehen.

Wenn ein hoher Spannungsstoß in Vorwärtsrichtung auftritt, können die zu einem Ventil in einem Hochspannungsstromrichter zusammengeschalteten Thyristorabschnitte durch V_BQ-Zündung in den leitenden Zustand geraten. Obwohl das Ventil in herkömmlicher Weise strombegrenzende sättigbare Hauptdrosselspulen enthält, können Bedingungen auftreten, bei denen die Hauptdrosselspulen die Stromanstiegsgeschwindigkeit di/dt in allen Thyristorabschnitten nicht hinreichend begrenzen können, um·Thyristorschäden zu vermeiden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln, ohne großen schaltungstechnisclien Aufwand eine weniger störanfällige Thyristormatrix zum Aufbau von Hochspannungsventilen zu schaffen. Die zu schaffende Thyristormatrix soll derart aufgebaut sein_s daß durch entsprechende elektrische ; Verschaltung der Thyristorabschnitte und Hauptdrosselspulen ein einfacher mecha.nischer Aufbau gewährleistet wird und daß aufeinanderfolgende Thyristorabschnitte zu einer mechanischen Einheit zusammengefaßt werden können.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Festkörperventil nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die eine Matrix in der genannten Reihenfolge eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten, eine sättigbare Spule und eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten aufweist und daß die unmittelbar danach folgende Matrix in der genannten Reihenfolge eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten, eine sättigBare Spule und eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten aufweist, so daß stets eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten zwischen den sättigbaren Spulen vorhanden ist. ■ ·

Nach der Erfindung kommt also eine ungerade Anzahl von hintereinandergeschalteten Thyristorabschnitten auf eine sättigbare Hauptdrosselspule. Trotz der ungeraden Anzahl von Thyristorabschnitten pro Matrix können jeweils zwei Thyristorabschnitte zu einer mechanischen Einheit zusammengefaßt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine sättigbare Hauptdrosselspule mit mehreren gleichzeitig gezündeten . Thyristorabschnitten in Reihe geschaltet, um eine Festkörper-Schaltanordnung zu bilden, die an ein Starkstromnetz angeschlossen werden kann. Jeder Thyristorabschnitt enthält minde-

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stens einen steuerbaren Siliciumgleichrichter oder einen SiIiciumthyristor, der nach seiner Zündung in einer vorgegebenen Richtung Strom durch die Schaltanordnung leitet. Der sättigbaren Hauptdrosselspule ist eine RL-Schaltung parallelgeschaltet , deren Induktivität zusammen mit der Induktivität der sättigbaren Hauptdrosselspule den Stromanstieg di/dt auf einen für den oder die Thyristoren nicht schädlichen Wert begrenzt. Der Gesamtwiderstand in der RL-Nebenschlußschaltung ist der.art gewählt, daß die Dämpfung äußerst gering, also unter dem kritischen Wert liegt. Der Gesamtwiderstand hat daher während des verhältnismäßig kurzen ^eitintervalls, das der Strom benötigt, um seinen Spitzenwert zu erreichen, überhaupt keinen oder einen , vernachlässigbaren Einfluß. Die in der Streukapazität des Wech- * selstromhetzes gespeicherte Energie wird daher nahezu vollständig entladen. Die Induktivität der RL-Nebenschlußschaltung wird von einer sättigbaren Hilfsdrosselspule bereitgestellt, die sich vor der Hauptdrosselspule zu sättigen beginnt. Mit Beginn der Sättigung nimmt die Hilfsdrosselspule einen verhältnismäßig großen Anteil des Stromes und damit der in der Streukapazität gespeicherten Energie auf. Nachdem der Strom in der Nebenschlußschaltung einen Spitzenwert erreicht hat, wird die Hilfsdrosselspule und ein Teil des Widerstands der RL-Nebenschlußschaltung kurzgeschlossen.,Daher wird die zuvor in der Hilfsdrosselspule gespeicherte Energie in diesem kurzgeschlossenen Abschnitt des Gesamtwiderstands der RL-Schaltung verbraucht. Die sättig- J bare Hauptdrosselspule ist Jetzt nur noch von dem verbleibenden Widerstand des Gesamtwiderstands nebengeschlossen. Dieser verbleibende Widerstand ist derart gewählt, daß eine überkritische Dämpfung auftritt. Der Schaltvorgang kann daher ohne eine störende Oszillation oder Schwingung zwischen der Hauptdrosselspule und der Netzkapazität vorgenommen werden. Bald darauf gerät die sättigbare Hauptdrosselspule in die Sättigung-.· Der weitere Anstieg des Stroms in der Schaltanordnung wird jetzt in erster Linie von der Induktivität des Netzes oder Systems begrenzt .

Hilfs-, Unter- oder Teilschaltungen mit in Reihe geschalteten Widerständen und Kondensatoren sind den Thyristorabschnitten

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der Festkörper-Schaltanordnung parallelgeschaltet. Diese RC-Unterschaltungen stellen eine passende Aufteilung der anliegenden Spannung sicher, wenn die Schaltanordnung gesperrt ist. Zusätzliche Drosselspulen sind in Reihe mit bestimmten RC-Unterschaltungen geschaltet, um den durch die zuerst vom Sperrzustand in den Durchlaßzustand übergegangenen Thyristorab*· schnitten fließenden Strom zu begrenzen, wenn die Schaltanordnung gezündet wird.

Die zuletzt genannten Drosselspulen haben vorzugsweise sättig— bare Kerne. Weiterhin verhindern diese sättigbaren Drosselspulen, daß bei anliegender Sperrspannung, an einem Thyristorabschnitt, der an einen ausgefallenen oder kurzgeschlossenen Thyristorabschnitt angrenzt, keine unerwünscht hohe Spannung auftritt.

Um die Gefahr zu vermeiden, daß im Falle eines hohen Spannungsstoßes in Vorwärtsrichtung ein Thyristor ausfällt, werden nach der Erfindung bestimmte Thyristorabschnitte der Schaltanordnung ausgewählt, die bei einem Spannungsstoß zuerst zünden sollen, wobei die genannten zusätzlichen sättigbaren Drosselspulen derart angeordnet sind, daß sie den Stromanstieg di/dt in den zuerst gezündeten Abschnitten auf einen sicheren Wert begrenzen, Der schnelle Spannungsanstieg dv/dt an diesen Drosselspulen wird dazu benutzt, um die anderen Thyristorabschnitte im dv/dt-Modus zu zünden. Auf Grund der dv/dt-Zündung können diese zuletzt gezündeten Abschnitte einer höheren Stromsteilheit di/dt widerstehen.

Nach der Erfindung kann man

eine ungerade Anzahl von hintereinandergeschalteten Thyristorabschnitten zusammen mit einer sättigbaren Hauptdrosselspule zu einer Matrix zusammenschalten. Damit man nebeneinanderliegende Thyristorabschnitte mechanisch zu einer einzigen Einheit zusammenfassen kann, benutzt man eine gerade Anzahl von aufeinanderfolgenden Matrizen, von denen die erste oder Wechselmatrize in der genannten Reihenfolge eine gerade Anzahl von Thy-.

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ristorabschnitten, eine sättigbare Hauptdrosselspule und eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten enthält und die zweite oder Zwischenmatrix in der genannten Reihenfolge eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten, eine sättigbare Hauptdrosselspule und eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten enthält. Die dritte Matrix entspricht dann wiederum der ersten und die zweite Matrix der vierten usw. Auf diese Weise wird erreicht, daß stets eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten zwischen den sättigbaren Hauptdrosselspulen angeordnet ist. Diese Thyristorabschnitte können daher mechanisch konstruktiv zu Thyristorpaaren zusammengefaßt werden, ohne daß ein einzelner Abschnitt übrig bleibt. '

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand von Figuren erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltbild* das dem Schaltbild nach der Fig. 5 der genannten US-Patentschrift entspricht.

Die Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer nach der Erfindung aufgebauten Matrix mit vier Thyristoren.

Die Fig. 3 zeigt ein Schaltbild von zwei in Reihe geschalteten Matrizen nach der Erfindung mit ,jeweils fünf Thyri- ^ stören.

Wie es.bereits in der genannten US-Patentschrift 3 423 664 hervorgeht, auf die bezüglich der Offenbarung der vorliegenden Erfindung vollinhaltlich verwiesen wird, kann man ein in einer Stromrichterbrücke verwendetes elektrisches Ventil* aus mehreren in Reihe geschalteten Schaltmatrizen aufbauen. Eine solche Matrix ist in der Fig. 1 dargestellt, die etwa der Matrix nach der Fig. 5 der genannten US-Patentschrift entspricht. Diese Matrix enthält Thyristorabschnitte 41 bis 44, die zusammen mit einer Hauptdrosselspule 45 mit einem sättigbar en ,.Kern zwischen einen Anodenhauptanschluß 46 und einen Katodenhauptanschluß 47 in Reihe geschaltet sind.

Jeder der in Reihe geschalteten Thyristorabschnitte 41 bis 44 der Matrix enthält mindestens einen Hoehleistungstyristor. Die Eigenschaften dieser Festkörper-Bauelemente wurden bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert. Um sicherzustellen, daß sowohl im eingeschwungenen oder stationären Zustand als auch im Einschwing- oder Übergangszustand die jeweils auftretende Spannung gleichmäßig auf alle Abschnitte der Matrix verteilt wird, ist den Abschnitten ein RC-Netzwerk 48 parallelgeschaltet, wie es die Fig. 1 zeigt. Die Thyristoren sind in den vier Thyristorabschnitten 41 bis 44 derart angeordnet, daß bei der Darstellung nach der Fig. 1 ein Strom durch die Matrix nach unten, fließen^ kann, wenn alle Thyristoren gezündet sind, und sich Im Durchlaß-

■ zustand befinden.

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Falls der gewünschte Nennstrom der Matrix den Nenndurchlaßstrom eines einzigen Thyristors übersteigt, kann man in jedem Thyristorabschnitt zwei oder mehrere Thyristoren parallelschalten. Diese parallelgeschalteten Thyristoren können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Es kann sich aber auch um körperlich getrennte Thyristoren handeln, die durch entsprechende elektrische Verbindungen parallelgeschaltet sind. In einer solchen Parallelanordnung sollten die zusammengeschalteten' Thyristoren derart ausgewählt sein, daß sie gemeinsam zünden und etwa zu gleichen Teilen den gesamten Matrixstrom übernehmen. Unter dem in den Figuren benutzten Thyristorsymbol mit doppelt eingezeichnetem Steueranschluß,wie es beispielsweise in der Fig. 1 | in den Thyristorabschnitten 41 bis 44 eingezeichnet ist, soll daher eine Hochstromthyristoranordnung verstanden werden, deren Thyristoren in der Lage sind, gleichzeitig aus ihrem positiven oder Vorwärtssperrzustand in einen etwa gleichen Durchlaßzustand zu schalten.

Um die Matrix in den leitenden Zustand zu schalten, können die Thyristbren der einzelnen Thyristorabschnitte 41 bis 44 gleichzeitig von einer Steuerschaltung (nicht gezeigt) gezündet werden. Obwohl die Steuer- oder Zündimpulse den Thyristoren gleichzeitig zugeführt werden, kommt es vor, daß einige Thyristorabschnitte schneller ansprechen und durchschalten als andere. In diesem Falle ermöglicht es das als Spannungsteiler dienende | Parallelnetzwerk 48, daß der Durchschaltvorgang der Matrix erfolgreich weitergeführt wird, bis selbst der langsamste Thyristorabschnitt in den Durchlaßzustand geschaltet hat.

Wie es aus der Fig. 1 hervorgeht, enthält das Netzwerk 48 vier RC-Teilschaltungen 51, 52, 53 und 54, von denen jeweils eine einem der Thyristorabschnitte 41, 42, 43 und 44 parallelgeschaltet ist. Jede RC-Teilschaltung enthält einen mit einem Kondensator C3 in Reihe geschalteten Widerstand R3. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen den Teilschaltungen 51 und 53 ist mit dem gemeinsamen Vertoindungspunkt zwischen den Transistorab- ~ schnitten 41 und 43 über einen Widerstand R4 verbunden. Der ge-

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meinsame Verbindungspunkt der Teilschaltungen 52 und 54 ist in ähnlicher Weise über einen Widerstand R4 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Thyristorabschnitte .42 und 44 verbunden. Die Widerstände R4 haben zwei Funktionen:

1) Sie begrenzen die Größe des Stroms, der von Jeder RC-Teilschaltung dem zugeordneten Thyristorabschnitt zugeführt wird, wenn der betreffende Thyristorabschnitt anfangs in seinen Durchlaßzustand schaltet.

Z) Sie begrenzen in ähnlicher Weise den Strom, der anfangs von der äußeren Schaltung durch die Thyristorabschnitte 43 und 44 fließt, wenn diese beiden Thyristorabschnitte vor den anderen beiden Thyristorabschnitten 41 und 42 durchschalten.

Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen den Teilschaltungen 51 und 52 bildet den Mittelpunkt des Parallelnetzwerks 48. Dieser Punkt ist direkt an den gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen zwei Rückführdioden 55 und 56 angeschlossen, die der Hauptdrosselspule 45 der Matrix parallelgeschaltet sind. Die Rückführdioden 55 und 56 sind bezüglich der Thyristorabschnitte in der entgegengesetzten Richtung gepolt» Sie setzen daher dem durch die Matrix in Durchlaßrichtung fließenden Vorwärtsoder Durchlaßstrom einen hohen Widerstand entgegen.

Die Kondensatoren C3 in den Teilschaltungen 51 bis 54 dienen zum einen zum Begrenzen der Anstiegsgeschwindigkeit der Anodenspannung an solchen Thyristorabschnitten, die langsamer zünden oder durchschalten als andere, und sehen zum anderen Nebenschlußzweige vor, die in Durchlaßrichtung einen begrenzten Strom übernehmen können, der sicherstellt, daß tier in den zuerst durchgeschalteten Abschnitten auftretende Strom über dem Haltestrom liegt.

Außerdem dienen die Kondensatoren C3 dazu, um unterschiedliche Sperreigenschaften der einzelnen Thyristorabschnitte 41 bis 44 auszugleichen«, Es ist nämlich unwahrscheinlich, daß am Ende des Durchlaßintervalls der Matrix alle Thyristorabschnitte

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gleichzeitig ihre Sperrfähigkeit wiedergewinnen. Sobald der erste Thyristorabschnitt vollkommen von dem leitenden in den sperrenden Zustand umgeschaltet hat, tritt an diesem einen Abschnitt die gesamte Sperrspannung der Matrix auf, die sich nor-malerweise auf die einzelnen Abschnitte verteilen sollte. Der Kondensator C3 begrenzt nun die Anstiegsgeschwindigkeit der Sperrspannung an diesem sich verhältnismäßig schnell erholenden Thyristorabschnitt, bis auch die langsameren Thyristorab-

schnitte vollkommen gesperrt sind. Gleichzeitig sieht der Kondensator für den in Sperrichtung fließenden notwendigen Erholungsstrom des letzten sperrenden Abschnitts einen Nebenschlußweg vor, der um die bereits gesperrten Abschnitte herumführt. · J

Die Widerstände R3 in den Teilschaltungen 51 bis 54 des Parallelnetzwerks dienen zwei Zwecken. Am Ende eines Durchlaß-:"; Intervalls der Matrix dämpfen sie Schwingungen, die von der Schaltungsinduktivität und den Nebenschlußkondensatoren hervorgerufen werden. Dabei wird ein Uberschwingen der Anodenspannung an den entsprechenden Thyristorabschnitten begrenzt. Weiterhin begrenzen sie am Beginn des Durchlaßintervalls den anfangs auftretenden Schaltstrom, der infolge der Entladung des zugeordneten Nebenschlußkondensators C3 jedem Thyristorabschnitt zugeführt wird.

Bei einem elektrischen Ventil, das aus mehreren hintereinander- | geschalteten Matrizen aufgebaut ist, ist es möglich, daß einzelne Matrizen, aus denen das Ventil besteht, mit den anderen Matrizen nicht gleichzeitig schalten. Für diesen Fall übernimmt die Hauptdrosselspule 45 in jeder Matrix eine wichtige Funktion. Sie dient nämlich dazu, die Matrixspannung kurzzeitig aufzunehmen, so daß die gewünschte Spannungsteilung zwischen den Matrizen aufrechterhalten bleibt. Vorzugsweise hat jede der Hauptdrosselspulen 45 einen sättigbaren Kern. Während des nichtleitenden oder Sperrzustands der Matrix ist die Hauptdrosselspule 45 ungesättigt. Sie weist in diesem Zustand eine hohe Induktivität auf. Bevor die nächste Kommutierungs- ~ Periode mit dieser Matrix beginnen kann, müssen die Thyristorabschnitte 41 bis 44 und die Thyristorabschnitte der anderen

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Matrizen, die mit dieser in Reihe geschaltet sind, gezündet sein. Wenn man annimmt, daß die vier Thyristorabschnitte der gezeigten Matrix etwas früher zünden als die Thyristorabschnitte der anderen Matrizen, wird der von der anliegenden Ventilspannung angemessene Spannungsanteil, der ursprünglich zwischen den Klemmen 46 und 47 der zuerst in den Durchlaßzustand schaltenden Matrix von der ungesättigten Hauptdrosselspule 45 aufgenommen. Die Matrixklemmenspannung bricht daher vorzeitig nicht zusammen, und die langsameren Matrizen des Stranges werden einer überhöhten Anodenspannung nicht ausgesetzt. Wenn das Zeitintegral der Spannung einen vorgegebenen Betrag erreicht , geht die Hauptdrosselspule 45 in die Sättigung über.

Die Rückführ dioden 55 und 56 verhindern, daß an den Klemmen der Haüptdrosselspule 45 unerwünschte'induzierte Spannungsstöße auftreten, wenn die betreffende Matrix ein Durchlaßintervall beendet. Gegen Ende der Kommutierung nimmt die Größe des Durchlaßstroms in dem zu löschenden oder zu sperrenden Ventil auf einen Wert ab, bei dem die Hauptdrosselspulen in den Matrizen des betreffenden Ventils vom gesättigten in den ungesättigten Zustand übergehen. Eine weitere Abnahme des Stroms hätte zur Folge, daß abnormal hohe Drosselspulenspannungen auftreten. Dies wird durch die Rückführdioden vermieden, die einen Stromkreis vorsehen, in dem der Drosselspulenstrom zirkulieren kann, während der Matrisstrom auf den Wert Null abnimmt und kurzzeitig seine Richtung umkehrt, um den Löschvorgang vollständig zu beenden und den Sperrzustand herzustellen. Die nach dem Löschen der Matrix in der Drosselspule 45 ggf-r noch gespeicherte Energie wird in zwei Widerständen R1 verbraucht, die mit den Rückführdioden 55 und 56 in Reihe geschaltet sind.

Außer den Rückführdioden 55 und 56 ist noch eine Teilkombination aus einer Hilfsdrosselspisle 60 und einem damit in Reihe geschalteten Widerstand 61 sswischen die beiden Widerstände R1 geschaltet. Diese Teilkombination liegt den in Reih© geschal·=· — teten Rückführdioden 55 und §6 parallel. " Λ

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Wie man der Fig. 1 entnimmt, ist die Hauptdrosselspule 45 der Matrix von einer Parallelschaltung nebengeschlossen, die die Widerstände R1 in Reihe mit der Parallelkombination aus den beiden Dioden 55 und 56 und der Teilkombination mit der Hilfsdrosselspule 60 und dem Widerstand 61 enthält. Die Hauptaufgabe dieser Bauelementgruppe besteht darin, durch die Kommutierung hervorgerufene Stöße oder Einschwingvorgänge zu unterdrücken, die zu Beginn einer Kommutierungsperiode erwartet werden können, wenn alle Matrizen des übernehmenden Ventils in ihren Durchlaßzustand geschaltet haben. Die genaue Wirkungsweise dieser Nebenschlußschaltung ist in der genannten US-Patentschrift im einzelnen erläutert. Im folgenden wird lediglich eine kurze Zusammenfassung gegeben. i

Wenn .die Thyristorabschnitte 41 bis 44 von der Steuerschaltung (nicht gezeigt) gleichzeitig gezündet werden, beginnt ein Strom durch diese Thyristorabschnitte zu fließen. Ein T-eil dieses Stromes beruht auf der Streukapazität des Schaltungsnetzes. Infolge der Induktivitäten der Schaltungsanordnung und der Hauptdrosselspule können, wie bereits erwähnt, oszillierende Kommutierungsstöße erwartet werden, die zum Versagen oder vorzeitigen Löschen einzelner Thyristoren führen können. Dilnfolge der vorgesehenen Parallel- oder Nebenschlußschaltung fließt der Strom anfangs sowohl 'durch die Hauptdrosselspule 45 als auch durch die Hilfsdrosselspule 60. Ein Teil der Streukapazitätsenergie der Schaltungsanordnung wird auf jede dieser Drossel- I spulen übertragen. Der Gesamtwiderstand (R1, 61 und R1) in der Parallelschaltung hat einen ungedämpften ohmschen Wert und hat daher während des kurzen Zeitintervalls, das der in dieser Schaltung fließende Strom benötigt, um einen Spitzenwert zu erreichen, der nahezu der Gesamtentladung der Streukapazität der Schaltungsanordnung entspricht, eine vernachlässigbar kleine Wirkung.

Wenn der in der Parallelschaltung fließende Übergangs- oder Stoßstrom abzunehmen beginnt, werden die Dioden 55 und 56 in ihrer Vorwärtsrichtung vorgespannt und beginnen daher zu leiten. Die Energie, die zuvor in der Drosselspule 60 gespeichert

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war, kann jetzt im Widerstand 61 verbraucht werden, der zusammen mit der Drosselspule 60 und den Dioden 55 und 56 in einem geschlossenen Stromkreis liegt. Die leitenden Dioden 55 und 56 haben weiterhin die Wirkung, daß ein Teil der Schaltung, der die Hauptdrosselspule 45 parallelschließt, kurzgeschlossen ist. Der kurzgeschlossene Teil umfaßt die Hilfsdrosselspule 60 und den Widerstand 61. Der Hauptdrosselspule 45 liegen daher lediglich die beiden Widerstände R1 parallel, deren Gesamtwiderstand einem überkritisch gedämpften ohmschen Wert entspricht, so daß der weitere Schaltvorgang ohne Schwingungen abläuft.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die in Fig. 1 gezeigte Hilfsdrosselspule 60 durch eine Drosselspule L2 mit einem sättigbaren Kern ersetzt, wie es in der Fig.2 dargestellt ist. Wie zuvor beschrieben, nimmt die Hilfsdrosselspule die Streukapazitätsenergie auf, bevor die Dioden, die der* Hilf sdrosselspule parallelgeschaltet sind, in den leitenden Zustand übergehen. Im nichtgesättigten Zustand haben die beiden Drosselspulen L1 und L2 vorzugsweise die gleiche Induktivität, so daß vor ihrer Sättgigung etwa der gleiche Energiebetrag von Jeder ^pule aufgenommen wird. Die sättigbare Hilfsdrosselspule L2 ist derart ausgelegt, daß sie den Sättigungszustand erreicht, bevor die Hauptdrosselspule L1 gesättigt ist und die Dioden 57 und 58 leitend sind. Sobald die Hilfsdrosselspule L2 mit der Sättigung beginnt, übernimmt sie einen immer größer werdenden Teil des Gesamtstroms. Da die Energie in einer Drosselspule direkt ihrer Induktivität multipliziert mit dem Quadrat ihres Stroms proportional ist, übernimmt die Drosselspule L2, sobald sie mit ihrer Sättigung begonnen hat, einen zunehmend größeren Anteil der verfügbaren Streukapazitätsenergie im Vergleich zu der ungesättigten Drosselspule L1. Die Folge davon ist, daß die sättigbare Hilfsdrosselspule L2 einen größeren Anteil der Streukapazitätsenergie der Schaltungsanordnung übernimmt als die lineare Hilfsdrosselspule 60. Mit dieser Abänderung in der Parallelschaltung braucht die Hauptdrosselspule L1 nicht mehr einen so großen Anteil der verfügbaren Streukapazitätsenergie zu übernehmen, als die in der Fig. 1 dargestallte

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Hauptdrosselspule 45. Die Drosselspule L1 kann man daher kleiner machen als die Spule 45.

Durch die Verminderung der Größe der Hauptdrosselspule werden Kosten gespart, ohne daß die Unterdrückung der Stoßspannungen verschlechtert wird. Da weiterhin die Hysterese- und Wirbelstromverluste in einem sättigbaren Kern von der Kerngröße abhängen, hat die kleinere Kerngröße der Hauptdrosselspule auch geringere Energieverluste zur Folge, so daß der Wirkungsgrad der Gesamtschaltung erhöht wird.

Wie Fig. 2 zeigt, ist in der Matrix 10a ein spannungsteilendes RC-Nebenschlußnetzwerk 49 vorgesehen. Das Nebenschlußnetzwerk 49 enthält eine Reihe von Teilschaltungen 53a, 51a, 52a und 54a, die den Thyristorabschnitten 43, 41, 42 und 44 parallelgeschaltet sind. Jede der Teilschaltungen enthält einen Widerstand in Reihe mit einem Kondensator. Der Kondensator befindet sich an dem einen Ende der Teilschaltung und der Widerstand an dem anderen oder zweiten Ende der Teilschaltung. Das Nebenschlußnetzwerk 49 hat die gleiche Aufgabe wie das Nebenschlußnetzwerk 48 bei der in der Fig. 1 dargestellten Matrix. Während jede der in der Fig. 1 dargestellten RC-Te11schaltungen einen Widerstand R3 und einen Kondensator C3 enthält, weisen die in der Fig. 2 dargestellten aneinandergrenzenden Teilschaltungen 51a und 52a jeweils zwei Widerstände R2 und R4 und einen Kondensator C3 auf. Läßt man die Wirkung eines Kondensators C4 außer acht, haben die RC-Teilschaltungen 51a bis 54a in dem Netzwerk 49 die gleichen elektrischen Eigenschaften, da der Gesamtwiderstand der Widerstände R2 und R4 gleich dem Widerstandswert des Widerstands R3 ist.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist eine sättigbare Drosselspule L4 zwischen den Yerbindungspunkt der Teilschaltungen 52a und 54a und den gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Thyristorabschnitten 42 und 44 geschaltet. In ähnlicher Weise verbindet eine sättigbare Drosselspule L4 den Verbindungspunkt zwischen ~~ den Teilschultungen 53a und 51a mit dem gemeinsamen Verbin- -^x^o^^n den Thyristorabschnitten *~\ v^.l 43. Die

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BAD ORfGiNAL

beiden induktiven Bauelemente IA übernehmen die Strombegrenzungsfunktion der in der Fig. 1 dargestellten Widerstände R4 und sehen für die Matrix eine weitere Schutzmaßnahme vor. Wenn bei der Matrix nach der Fig. 1 einer der Thyristorabschnitte, beispielsweise der Abschnitt 42 versagt, besteht die Möglichkeit, daß während der zyklisch wiederkehrenden Perioden, während denen eine Sperrspannung an der Matrix liegt, derjenige Teil der Sperrspannung, der normalerweise an dem gesperrten Abschnitt 42 abfallen würde, an dem zugeordneten Widerstand R4 erscheint. Der kleine Spannungsabfall am Widerstand R1 ist vernachlässigbar. Da außerdem der Widerstand R4 in Reihe mit der Teilschaltung 54 liegt, addiert sich die Spannung am Widerstand R4 der Spannung an der Teilschaltung 54 hinzu, so daß der Thyristorabschnitt 44 einer Sperrspannung ausgesetzt ist, die sich dem zweifachen Wert derjenigen Spannung nähert, die bei nichtversagtem Thyristorabschnitt 42 normalerweise auftritt. Auf diese Weise kann der Thyristorabschnüt 44 überlastet werden, so daß er eine geringere Lebensdauer hat.

Um den Anstieg der Sperrspannung an Thyristorabschnitten, die an versagte Thyristorabschnitte angrenzen, so klein wie möglich zu halten, werden nach der Erfindung anstelle der Widerstände R4 sättigbare Drosselspulen L4 benutzt,, wie es die Fig. 2 zeigt. Um diese Maßnahme nach der Erfindung zu erläutern, wird im folgenden angenommen, daß in der Matrix 10a der Thyristorabschnitt 42 kurzgeschlossen, also ausgefallen ist. Während jeder Periode, während der eine Sperrspannung an dieser Matrix liegt, nimmt die Spannung an der sättigbaren Drosselspule L4, die dem ausgefallenen Thyristorabschnitt 42 zugeordnet ist, anfangs mit ansteigender Spannung an der Matrix zu. Die Drosselspule L4 gerät jedoch bald in die Sättigung. Danach kann man die Drosselspule praktisch als Kurzschluß betrachten. Die Folge davon ist, daß die Spannung an dem angrenzenden Thyristorabschnitt 44 nur um weniges höher ist als der normale Sperrspannungsanteil an diesem Abschnitt- Die Größe des Spitzensperrspannunginkrementes ist eine Funktion von der Anzahl der RC-Te11schaltungen und der Anzahl der kurzgeschlossenen Thyristorabschnitte. Wenn beispielsweise-in eiaesot

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mit fünf hintereinandergeschalteten Matrizen 10a ein einziger Thyristorabschnitt durch Kurzschluß ausgefallen ist, beträgt das Spannungsinkrement an Jeder der verbleibenden neunzehn Thyristorabschnitte nur 5,26# verglichen zu etwa 100% an dem angrenzenden fehlerfreien Thyristorabschnitt bei einer Matrix nach der Fig. 1.

Es wurde bereits erläutert» daß ein Thyristor, der einer Vorwärtsspannung ausgesetzt ist, deren Größe die vordere Durchbruchspannung oder Kippspannung V^q übersteigt, in den leitenden Zustand geschaltet wird. Um in einem solchen Fall eine innere Beschädigung des Thyristors zu vermeiden, sollte die Anstiegsgeschwindigkeit des durch den Thyristor fließenden ( Stroms begrenzt sein. Unter gewissen Bedingungen sind die Hauptdrosselspule 45 und die Hilfsdrosselspule 60 der in der Fig. gezeigten Matrix nicht in der Lage, den Strom hinreichend zu begrenzen, um einzelne Thyristoren vor Schaden zu bewahren, wenn die Thyristorabschnitte im Kippspannungs- oder VgQ-Modus gezündet werden.

Nach der Erfindung werden die Thyristoren vor Schäden bewahrt, wenn die Matrix einer sehr steilen, abnormal hohen Stoßspannung in Vorwärtsrichtung ausgesetzt ist, und zwar dadurch, daß die Reihenfolge, in der die betreffenden Thyristorabschnitte gezündet werden, gesteuert wird, und daß die sättigbare Dros- ^ seispule L4 nicht nur zum Begrenzen des Stroms an den zuerst f gezündeten Thyristorabschnitten verwendet wird, sondern auch, um an den zuletzt durchgeschalteten Thyristorabschnitten eine dv/dt-Zündung zu bewirken. Betrachtet man beispielsweise die Thyristorabschnitte 41 und 43 für den Fall, daß eine übermäßig hohe Vorwärtsspannung an der Matrix 10a auftritt, wird der Abschnitt 43 vor dem Abschnitt 41 zur Zündung veranlaßt. Dabei begrenzt die Drosselspule L4, die den gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen diesen Thyristorabschnitten mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den zugeordneten Teilschaltungen 53a und 51a verbindet, die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes ~ di/dt im Abschnitt 43 und bewirkt, daß der Abschnitt 41 im dv/dt-Modus gezündet wird. Dies kann man entweder dadurch er-

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reichen, daß man den Abschnitt 43 gegenüber Spannungsstößen . empfindlicher auslegt als den Abschnitt 41, indem man beispielsweise für den Abschnitt 43 Thyristoren mit niedrigeren Kippspannungs- oder VgQ-Kennlinien aussucht als für den Abschnitt 41, oder daß man einen unproportional großen Anteil der Stoßspannung dem Abschnitt 43 zukommen läßt. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der Erfindung haben die einzelnen Thyristorabschnitte etwa gleiche Kippspannungs-Kennwerte. Um zu erreichen, daß beim Auftreten einer entsprechenden Stoßspannung die Abschnitte 43 und44 vor den Abschnitten 41 und 42 durch Überschreiten der Kippspannung zünden, ist der Kondensator C4 vorgesehen.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Kondensator C4 zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R.4 der Teilschaltung 51a und den gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und R4 der Teilschaltung 52a geschaltet. Dadurch wird erreicht, daß der Kondensator C4 die Widerstände R4 in den betreffenden miteinander verbundenen Teilschaltungen des Parallelnetzwerks 49 für Übergangsvorgänge oder Stoßvorgänge kurzschließt. Die Aufgabe des Kondensators C4 besteht somit darin, einen Teil (R4) des Gesamtwiderstandes jeder Teilschaltung 51a und 52a kurzzuschließen, wenn ein steiler Vorwärtsspannungsstoß auftritt. Um dies tun zu können, sollte die Zeit- ^konstante der Parallelkombination aus den beiden Widerständen R4 und dem Kondensator C4 in der Größenordnung von 0,1 oder kleiner als die Zeitkonstante der R3~C3-Teilschaltung sein. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Zeitkonstante der R4c4-Parallelkombination fünf Mikrosekunden oder weniger, während die Zeitkonstante der R3C3-Teilschaltung etwa 50 Mikrosekunden beträgt. Weiterhin hat der Widerstand R4 einen Wert von etwa 20% des Wertes des Widerstands R3. Eine steile Stoßspannung in Vorwärtsrichtung wird daher auf die Teilschaltungen nicht gleichmäßig aufgeteilt. Die Unter- oder Teilschaltungen 53a und 54a übernehmen jeweils einen um etwa 23% größeren Teil des SpannungsStoßes als die Unter- oder Teilschaltungen 5ta und 52a. Sobald die der gesamten Matrix aufgedrückte Stoßspannung einen vorgegebenen Wert

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erreicht, bei dem die Teilspannungen an den Teilschaltungen 53a und 54a dem V_BQ-Nennwert der zugeordneten Thyristorabschnitte 43 und 44 entsprechen, beginnen diese Abschnitte im V^-Modus zu leiten. Die Drosselspule IA, die jedem der zuerst gezündeten Abschnitte zugeordnet ist, wird derart ausgelegt, daß die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes di/dt auf einen sicheren Wert begrenzt ist. Wenn die Spannung an den Thyristorabschnitten 43 und 44 infolge der Kippspannungszündung schnell abfällt, ist damit eine gleichzeitige schnelle Spannungsänderung an den Drosselspulen IA verbunden. Diese Spannung wird der Stoßspannung in einer solchen Weise zugefügt, daß an den aneinandergrenzenden Thyristorabschnitten 41 · A und 42 eine sehr hohe Anstiegsgeschwindigkeit der Vorwärts-spannung erzielt wird. Dadurch werden diese späteren Thyristorabschnitte durch dv/dt-Zündung oder Spannungssteilheit-Zündung in den leitenden Zustand umgeschaltet. Es wurde bereits erwähnt, daß die meisten Thyristoren eine liöhere Stromanstiegsgeschwindigkeit di/dt vertragen, wenn sie im Spannungssteilheit- oder dv/dt-Modus anstatt im Kippspannungs- oder VgQ-Modus gezündet werden. Selbst wenn daher die Haupt- und Hilfsdrosselspulen L1 und L2 nicht richtig ausgelegt wären, um in den zuletzt gezündeten Abschnitten 41 und 42 unter gewissen Bedingungen der VgQ-Zündung den Strom sicher zu begrenzen, würde die dv/dt-Zündung in jedem Falle ein sicheres i- ■ ' M

Umschalten von dem Sperr- in den Durchlaßzustand bewirken. f

Anstelle eines einzigen Kondensators C4, der beiden Widerständen R4 parallelgeschaltet ist, kann man auch zwei Kondensatoren benutzen. In diesem Falle wäre jeweils ein Kondensator einem der Widerstände R4 parallelgeschaltet. Obwohl zwei Widerstände, nämlich R2 und R4, in jeder RC-Teilschaltung 51a und 52a gezeigt sind, könnte man auch einen einzigen Widerstand R3 mit einer Anzapfung verwenden.

Im Interesse einer besseren Wirtschaftlichkeit sind die Thy-

ristoren von aneinandergrenzenden Thyristorabschnitten manchmal in einer gemeinsamen mechanischen Konstruktion zusammen-

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gefaßt. Hierzu wird beispielsweise auf die Figuren 4 und 1Od der US-Patentschrift 3 471 757 verwiesen. Wenn jede Matrix in einem Ventil eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten auf jeder Seite der sättigbaren Hauptdrosselspule aufweist, kann man derartige mechanisch gepaarte Thyristorabschnitte benutzen. Wenn die Matrix 10a in der Fig. 2 in Reihe mit mindestens einer anderen duplikaten Matrix verbunden ist, kann man für die schematisch dargestellten Thyristorabschnitte 43 und 41 der ersten Matrix ein Paar mechanisch verbundener Thyristorabschnitte, für die schematisch dargestellten Thyristorabschnitte 42 und 44 der ersten Matrix ein zweites Paar mechanisch verbundener Thyristorabschnitte, für die Thyristorabschnitte 43 und 41 der zweiten Matrix ein drittes Paar mechanisch verbundener Thyristorabschnitte und für die Thyristorabschnitte 42 und 44 der zweiten Matrix ein viertes Paar von mechanisch verbundenen Thyristorabschnitten benutzen. Bei der Verwendung von in Reihe geschalteten äuplikaten Matrizen 10a ist es somit möglich, mechanisch gepaarte Thyristorabschnitte mit einem sich wiederholenden Muster von vier Abschnitten zwischen aufeinanderfolgenden Hauptdrosselspulen zu benutzen.

Wenn jedoch die Matrizen eine, ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten aufweisen, ist die Verwendung von mechanisch gepaarten Thyristorabschnitten mit Schwierigkeiten verbunden. Auch ^fUr dieses Problem bietet die Erfindung eine Lösung.

In der Fig. 3 ist eine Kombination aus zwei in Reihe geschalteten Matrizen 20a und 20b mit einer ungeraden Anzahl von Thyristoren pro Matrize gezeigt. Zum Aufbau eines Festkörper-Hochspannungsventils kann man mehrere dieser Matrizen hintereinander schalten. Die Matrix 20a, die mit Wechselmatrix bezeichnet wird, weist fünf hintereinandergeschaltete Thyristorabschnitte 21a bis 25a und eine sättigbare Hauptdrosselspule L1 auf. Die Matrix 20b, die mit Zwischenmatrix bezeichnet wird, weist ebenfalls fünf hintereinandergeschaltete Thyristorabschnitte 21b bis 25b und eine sättigbare Hauptdrosselspule L1 auf. Weiterhin enthält jede Matrix eine der Hauptdrosselspule ^c

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L1 parallelgeschaltete Nebenschlußschaltung, die in ähnlicher Weise arbeitet wie die in Fig» 2 dargestellte Schaltung, ein Nebenschlußnetzwerk 50 mit mehreren spannungsteilenden RC-Teilschaltungen 70 bis 74 für die Matrix 20a und 75 bis 79 für die Matrix 20b, die in ähnlicher Weise arbeiten wie die RC-Teilschaltungen 51a bis 54a nach der Fig. 2, sättigbare Drosselspulen L4, die in ähnlicher Weise arbeiten wie die Drosselspulen IA nach der Fig. 2, und einen zusätzlichen Nebenschlußkondensator C4, der aus denselben Gründen vorgesehen ist wie der Kondensator C4 bei der Fig. 2. Infolge der Ähnlichkeit dieser Schaltungsanordnung und der Schaltung nach der Fig. 2 treffen die im vorgehenden bereits beschriebenen gemeinsamen Eigen- i schäften auch auf die Schaltung nach der Fig. 3 zu. Die Weiterbildung der Ausführungsform nach der Fig.35besteht in der Anzahl und Anordnung der Thyristorabschnitte.

Die nach der Anordnung der Fig. 3 in Reihe geschalteten Wechselmatrix 20a und Zwischenmatrix 20b sind derart aufgebaut und ausgelegt, daß ein aus diesen Matrizen hergestelltes Ventil stets eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten, beispielsweise abwechselnd sechs und vier, zwischen den aufeinanderfolgenden sättigbaren Hauptdrosselspulen L1 aufweist, und daß an den Enden des Ventils stets eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten, beispielsweise zwei, auftritt. So ist beispielsweise ein Thyristorabschnittspaar 21a und 22a auf der | einen Seite der Hauptdrosselspule L1 der Wechselmatrix 20a und ein Thyristorabschnittspaar 21 b und 22b auf der anderen Seite der Hauptdrosselspule Li der Zwischenmatrix 20b vorgesehen. Zwischen den beiden Hauptdrosselspulen L1 sind sechs Thyristorabschnitte 23a, 24a, 25a, 25b, 24b und 23b angeordnet. Dabei sind die ersten drei Abschnitte der Matrix 20a und die letzten drei Abschnitte der Matrix 20b elektrisch zugeordnet. Mit einer solchen. Anordnung ist es möglich, aneinandergrenzende Thyristorabschnitte zu duplikaten Sätzen von jeweils zwei Abschnitten mechanisch zusammenzufassen. So sind die Thyristorabschnitte 21a und 22a zu einem Thyristorpaar 26a mechanisch vereint. In ähnlicher Weise sind die Abschnitte 23a

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und 24a der Matrix 20a zu einem Paar 26b, die Abschnitte 24b und 23b in der Matrix 20b zu einem Paar 26d und die Abschnitte 22b und 21b zu einem Paar 26e zusammengefaßt. Obwohl sich die Thyristorabschnitte 25a und 25b in verschiedenen Matrizen befinden, sind sie mechanisch zu einer einzigen Anordnung 26c zusammengefaßt.

Mit der in der Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung ist es möglich ein Ventil aus Matrizen mit einer ungeraden Anzahl von Thyristorabschnitten pro Hauptdrosselspule aufzubauen und dabei zu beiden Seiten von allen Hauptdrosselspulen eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten vorzusehen. Eine vollständige mechanische Paarbildung der Thyristorabschnitte wird durch Verwendung einer geraden Anzahl (N) von aufeinanderfolgenden Matrizen erreicht, von denen die Wechselmatrizen in der genannten Reihenfolge Jeweils eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten, eine sättigbäre Hauptdrosselspule und eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten enthalten, und die Zwischenmatrizen in der genannten Reihenfolge jeweils eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten, eine sättigbare Hauptdrosselspule und eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten enthalten. Obwohl die Wechselmatrix und die Zwischenmatrix bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der Fig. 3 mit Ausnahme der Thyristor- und Diodenpolung einen spiegelbildlichen Aufbau zeigen, braucht dies nicht der Fall zu sein. Die ungerade Anzahl der Thyristorabschnitte in den Wechselmatrizen könnte von der ungeraden Anzahl der Thyristorabschnitte in den Zwischenmatrizen verschieden sein. Trotzdem wären dann eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten zwischen den Hauptdrosselspulen vorhanden, so daß diese Abschnitte mechanisch zu Paaren zusammengefaßt werden könnten.

Die erfindungsgemäße Lehre ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, So könnte man beispielsweise sättigbare Hilfsdrosselspulen L2 in Matrizen benutzen, die lediglich zwei Thyristorabschnitte (41 und 42) aufweisen. Solche Abänderungen und Modifikationen fallen ebenfalls unter die Erfindung.

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Claims

"25" 2064943 Patentansprüche

1./ Stromrichterventil mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristorabschnitten, die mechanisch konstruktiv in gleichen Sätzen mit einer geradzahlingen Anzahl von Abschnitten zusammengefaßt und in mindestens zwei aufeinanderfolgen Matrizen angeordnet sind,

dadur-c-h" gekennzeichnet, daß die eine Matrix (20a) in der genannten Reihenfolge eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten (21a, 22a), eine sättigbare Spule (L1) und eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten (23a, 24a, 25a) aufweist und daß die unmittelbar danach folgende Matrix (20b) in der genannten Reihenfolge eine ungerade Anzahl von Thyristorabschnitten (2>5b, 24b, 23b), eine sättigbare Spule (LI) und eine gerade Anzahl von Thyristorabschnitten (22b, 21b) aufweist, so daß stets eine gerade Ajizahl von Thyristorabschnitten zwischen den sättigbaren Spulen vorhanden ist.

2. Stromrichterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Matrix (20b) eine dritte Matrix folgt, die ein Duplikat der ersten Matrix (20a) ist, und daß der dritten Matrix eine vierte Matrix folgt, die ein Duplikat der zweiten Matrix (20b) ist.

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