DE2436033A1 - Schaltungsanordnung zum schutz der loeschthyristoren von stromrichtern - Google Patents

Description

• "Schaltungsanordnung zum Schutz der Löschthyristoren von Stromrichtern" Die Erfindung bezieb-t sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz der Lösch-thyris-toren von Stromrichtern, insb. von selbstgeführten Wechselrichtern gegen Überbeanspruchung.
• Bei Wechselrichtern in sog. sperrspannungsfreier Schaltung mit über antiParallel zueinander angeordneten Löschventilen angeschlossenem Kommutierungskondensator waren die Löschthyristoren bisher immer so auszulegen, daß der im Falle einer Durcbzündung der Hauptthyristoren an diesen Löschthyristoren einsetzende plötzliche Potentialsrung diese Löschthyristoren nicht gefährdete oder zerstörte. Während bei normalem Betileb an diesen Löschthyrls-toren nur der Wert der halben Cleichspannung der Speisespannungsquelle anliegt, verdoppelt sich dieser Wert in Falle einer Störung nämlich dem Durchzünden der Hauptthyristoren des Wechselrichters. In diesem Falle kommt der volle Wert der Speisegleichspannung an den Löschthyristoren zu liegen, so daß die Gefahr des Kippens oder der Zersörulig besteht.
• Es wurde bereits versucht, die Löschthyristoren im Falle des Durchzündens der EIauptthyristoren ebenfalls zu zünden, um den dort anfallenden Potentialsprung abzubauen bzw. nicht erst entstehen zu lassen.
• Dem stehen jedoch zwei Tatsachen entgegen: 1. Es ist mit einer einmaligen Zündung der Löschthyristoren nicht getan, da dann der Kommutierungskondensator nur umschwingen würde und damit die Spannung anschließend in der anderen Polarität, aber in der gleichen Höhe anstünde. Es mußten die Löschthyristoren also mit einem Dauerimpuls beaufschlagt werden, wofür aber die Zündeinrichtung (Endstufe + Ubertrager) üblicherweise nicht ausgelegt ist.
• 2. Würde man durch entsprechende Auslegung der Zündeinrichtung oder andere Mittel die Dauerzündung der Löschthyristören erreicher, so hätte man einmal eine hohe Strombeanspruchung in den Löschthyristoren und vor allem überlagerte sich dieser Strom dem Kurzschlußstrom aus dem Glättungskondensator in den Lastthyristoren und würde damit deren Belastung erheblich erhöhen.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Uberbeanspruchung der Thyristoren durch zu starken Strom oder zu hohe Spannung im Störungsfall zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welehe eine Auslegung der Löschthyristoren für den halben Wert der Speisegleichspannung gestattet.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß den Löschthyristoren ein Schalterelement parallel geschaltet ist, mittels dessen die Löschthyristoren im Falle der Durchzündung der Haupt thyristoren überbrückbar sind.
• \(orteilhafteneise ist das Schalte'lement als Thyristor aufgebaut der den zu schützenden Löschthyristor im Störungsfalle überbrückt; für die Betätigung ist zwischen Anode und Zündelektrode wenigstens ein Bauelement mit spantlungsabhätlgiger Strom-Spannungskennlinie geschaltet, welche den Thyristor bein überschreiten der durch die Kennlinie dieses Bauelementes gegebenen Spannungswertes zündet.
• Damit einerseits der Uberbrückungsthyristor (möglichst kleiner Thyristor) nicht durch übermäßigen Stromfluß gefährdet wird und andererseits ein Spannungsabfall bei gezündetem Thyristor entsteht, der den halben Wert der Gleichspannung der Speisespannungsquelle nicht überschreitet, ist dem Thyristor ein Widerstand R vorgeschaltet, dessen optimaler Wert bei einem bestimmten Dämpfungsfaktor D, von der wirksamen Kreis-Induktivität Lk und der Größe des Kommutierungskondensators Ck abhängig ist.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird nicht jedem Löschthyristor ein Uberbrückungsthyristor parallel geschaltet, sondern die beiden antiparallel zueinander geschalteten Löschthyristoren werden mit den Mittelpunkten einer Gleichrichterbrücke verbunden, deren Gleichstromausgang durch einen einzigen Überbrückungsthyristor überbrückbar ist.
• Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung anhand der Zeichnungen dargestellt.
• Es zeigen Fig. 1 das Schaltbild für eine Phase eines mehrphasigen selbstgeführten Wechselrichters, Fig. 2 die an den Löschventilen auftretenden Spannungen und Potentiale für Normalbetrieb und im Fall einer S-törung, Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Schutz der Löschthyristoren, Fig. 4 die an einer Gleichrichterbrücke angeschlossenen Löschthyristoren, deren Gleichstromausgang durch einen einzigen Löschthyristor überbrückbar ist Fig. 5 eine alternativ anwendbare Anordnung der Glättungs-und Kommutierungs-Kondensatoren.
• In Fig. 1 ist an 1 der positive Pol und an 2 der negative Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Mit 3 ist der Mittelpunkt zwischen den beiden gleich großen Glättungskondensatoren Cd bezeichnet, der das Bezugs-Potential Null aufweist.
• Punkt 3 ist über den Kommutierungskondensator Ck und die Drossel Lk mit Punkt B verbunden. 2frischen Punkt Ä und Punkt B sind diejßeiden parallel zueinander angeordneten I.öschthyristoren V3, V+ angeordnet, wobeI A zugleich der Mittelpunkt der beiden zwischen den Punkten 4 und 6 in Reihe geschalteten Fiauptthyristoren V1, V2 ist, denen die Freilaufdioden V11 bzw. V21 antiparallel geschaltet sind. Der Punkt A ist ferner mit der (nicht gezeigten) Last verbunden. Weitere Phasen, die analog, wie die in Fig. 1 gezeigte Phasen aufgebaut sind, können vorgesehen sein und an den Punkten 7,8 angeschlossen werden.
• In normalem Betrieb sind die beiden Lösch-thyristoren VD,V4 zwischen den Punkten A und B, wie in Fig. 2 gezeigt, lediglich mit dem halben Wert der Gleichspannung Ud der Gleichspannungsquelle beaufschlagt. Dies ändert sich sofor-t, wenn im Falle einer Störung (Blitzsymbol in Fig.2)die beiden Hauptventile V1,V2 durchzünden und ein Potentialunterschied in Höhe des Wertes der Gleichspannung an den Löschthyristoren auftritt. Es is-t zum einen unvirtschaftlich, die Löschthyristoren ftir den 2-fachen Wert der im Normalfall auftrrtenden Spannung auszulegen, insbesondere, wenn der Ubergang auf eine Reihenschaltung notwendig wird und damit auch der Raumbedarf steigt.
• Nach der Erfindung wird daher, wie in Fig. 3 gezeigt, jedem der beiden Löschthyristoren V3,V4 ein Überbrückungsthyristor V5, wie er beispielshaft für V4 gezeigt ist, parallel geschaltet, der bei einem Spannungsanstieg zwischen den Punkten P und B durch zwischen Anode und Zündanschluß angeordnete Bauelemente B1,B2 mit spannungsabhängiger Spanm mgs-Stromkennlinie ausgeflihrt. Beim Anstieg des Potentials über einen bes-timmten Betrag hinaus, werden diese Bauelemente B1, B2, die beispielsweise als Zenerdioden, Avalanche-Dioden,*u.a.m. ausgebildet sein können, stromleitend und zünden en Thyristor V5, in dessen Strombabn ein Widerstand R eingefügt ist. Dieser Widerstand R ist eingefügt, um den durch V5 fließenden Strom zu begrenzen und um einen Spannungsabfall zwischen A und B hervorzurufen, der maximal dem halben Wert der Speisegleichspannung Ud entspricht.
• *Vierschichtdioden Zum Schutz - v -von V3 ist analog ein uberbrückungsthyristor in 7 vorgesehen,der bei übermäßigem Spannungsanstieg in der Gegenrichtung wirksam wird.
• Ein Überbrückungsthyristor kann eingespart werden, wenn die Punkte A,B mit den Wechselstromanschlüssen einer Gleichrichterbrüclçe verbunden wird, wobei der Gleichstromausgang durch eine einzigen Überbrückungsthyristor V5 überbrückbar ist.Dieses Gleichrichterbrücke besteht aus den Dioden V6,V7,V8,V9, die weniger Raum einnehmen und billiger sind als ein weiterer Überbrückungthyristor.
• Anstelle der in Fig.1 gezeigten Anordnung 1Cr die Kondensatoren Cd und Ck ist auch eine Anordnung möglich, wie sie in Fig.5 gezeigt ist. Hierbei sind zwei der Kommutierung dienende Kondensatoren*vorgesehen, die zwischen Punkt 1 und Punkt 5 bzw.
• 2 und 5 angeordnet sind, wobei in diesem Fall nur ein einziger Glättungskondensator Cd benötigt wird. Der Glättungskondensator Cd hat nur den haben Wert des Glättiingskondensators Cd nach Fig.1; ebenfalls weisen die Kommutierungskondensatoren Ck nach Fig. 5 nur den halben Wert des Kommutierungskondensators Ck nach Fig. 1 auf. Da auch bei einer derartigen Kondensatoran-Ordnung im Störungsfall ein Potentialsprung auftritt, kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch bei selbstgeführten Wechselrichtern mit einer derartigen Kondensatoranordnung vorteilhaft angewendet werden.
• Der 8.ficlers-tancl R nach Fig. 3 und 4 ist vorteilhafterweise so zu bemessen, daß R # 2 D Z ist, wobei für den Wert D0,55 anzusetzen ist und Z = ist. L bedeutet in diesem Fall die aus den Induktivitäten Lk in Fig 1 bestehende wirksame Kreis-Induktivität und für C ist der Wert der resultierenden KreiskapazitEt anzusetzen.
• *Ck

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Schutz der Löschthyristoren von Stromrichtern, insb. von selbstgeführten lechselrichtern gegen Uberbeanspruchung, dadurch gekennzeichnet, daß den Löschthyristoren ein Schalterelement parallel geschaltet ist, mittels dessen die Löschthyristoren im Falle der Durchzündung der Hauptthyristoren überbrückbar sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterelement als Überbrückungsthyristor ausgebildet ist, dessen Zündelektrode iiber wenigstens ein Bauelement mit spannungsabhängiger Strom- Spannungskennlinie mit der Anode des Überbrückungsthyristors verbunden ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Thyristor ein Widerstand vorgeschaltet ist, dessen Größe durch die Formel R = 2 D Z bestimmt ist, wobei für D = 0,55 einzusetzen ist und Z = L/C aus der resultierenden Kreis-Induktivität L und der Größe der resultierenden Kreiskapazität C bestimmbar ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Löschthyristors ein llberbrückungsthyristor parallel geschaltet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Anschlußstellen der beiden antiparallel zueinander geschalteten Löschthyristoren jeweils mit dem littelpunkt einer Reihenschaltung von jeweils zwei Dioden verbunden ist, wobei die z'ei Reihenschaltungen parallel zueinander geschaltet und durch einen einzigen überbrückungsthyristor im Störungsfall überbrückbar sina.