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"Anordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers" g P g Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung eines Gleichstrom- oder Gleichspannungsverbrauchers
aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselspannungsnetz mit einem oberschwingungsfreien
Strom, welcher in Phase mit der Wechselspannung ist, wobei die Anordnung einen Vollwellengleichrichter,
eine Glättungseinrichtung, ein Oberwellenfilter und einen Halbleitersteller enthält,
mittels dessen die Wechseistromanschlüsse des Vollwellengleichrichters überbrückbar
sind (Zusatz zu Patent ..., Patentanmeldung P 21 59 397.5-32).
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Bekannte zwangslöschbare Steller sind in der Weise ausgebildet, daß
jedem Hauptthyristor, der den Laststrom leitet, ein Löschthyristor, ein Kommutierungskondensator,
eine Kommutierungsdrossel sowie eine Kommutierungsdiode zuyeordnet ist, mittels
derer der Strom im Hauptthyristor zu einem vorgebbaren Zeitpunkt durch Zündung des
Konmutierungsthyristors gelöscht werden kann. Eine solche Schaltung ist bekannt
aus dem Buch "Thyristoren" von Heumann/Stumpe, Stuttgart 1970, (S. 154, Abb. 154.1
d).
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Bei dieser Rondensatorlöschschaltung ist für jeden Hauptthyristor
ein Löschthyristor sowie eine Umechwingdrossel mit
Sperrdiode vorgesehen.
Bei mehreren Hauptthyristoren in einer Schaltung- ist demnach für jeden Hauptthyristor
ein Löschthyristor, ein Löschkondensator sowie eine Umschwingdrossel mit Sperrdiode
vorzusehen, was technisch und wirtschaftlich sehr aufwendig ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung der
eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Löscheinrichtung aufweist, die eine
geringere Anzahl von Bauelementen enthält, als die bekannten Löschvorrichtungen
und welche eine ausreichende Schonzeit für die beteiligten elektrischen steuerbaren
Ventile gewährleistet.
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Dies wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht,
daß eine Löscheinrichtung zum Löschen der Thyristoren des Halbleiterstellers vorgesehen
ist, welche aus zwei zueinander antiparallel geschalteten Löschthyristoren, einem
Kommutierungskondensator und wenigstens einer Kommutierungsdrossel besteht.
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In einer Ausbildungsform der Anordnung ist zwischen die beiden antiparallelen
Hauptthyristoren des Stellers und den Vollwellengleichrichter die Kommutierungsdrossel
geschaltet. Der Kommutierungskondensator liegt in Reihe mit den antiparallel geschalteten
Löschthyristoren. Der Vort l dieser Ausbildungsform besteht darin, daß nur eine
Kommuti>rungsdrossel für den vollen Laststrom vorgesehen werden muß, und keine
zusätzlichen Kommutierungsspannungen in den Wechselspannungseingang der Schaltung
eingekoppelt werden.
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Bei einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Xusbildungsform der Erfindung,
ist die Kommutierungsdrossel in zwei Teildrosseln aufgelöst, so daß während der
Schonzeit die Drosselspannung am zu löschenden Hauptthyristor anliegt. Dadurch wird
dessen Freiwerdezeit verkürzt.
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Die Erfindung wird anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
in den Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung, bei der zwischen den Halbleitersteller
und den Vollwellengleichrichter eine Kommutierungsdrossel geschaltet ist, Fig. 2
die Strom- und Spannungsverläufe während einer Taktperiode bei dieser Anordnung,
Fig. 3 eine Anordnung, bei der jeweils-eine Drossel für jede Stromrichtung im Wechselstromkreis
vorgesehen ist.
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Fig. 4 Strom- und Spannungsverläufe für die Anordnung nach Fig. 3.
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Gleiche bzw. gleichwirkende Teile werden in allen Figuren mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Die elektrischen Größen U in Fig. 2 sind in Fig. 1 hinsichtlich
Bezug und Richtung gezeigt und diejenigen in Fig. 4 in Fig. 3 wiedergegeben.
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Mit 1 und 2 sind die beiden Klemmen bezeichnet, mit denen die Anordnung
unmittelbar oder über einen Transformator mit dem speisenden (nicht gezeigten) Wechselspannungsnetz
verbunden ist. Klemme 1 ist über eine Glättungsdrossel 6 mit der einen Klemme des
Halbleiterstellers 4 verbunden, der aus zwei zueinander antiparallel geschalteten
Thyristoren lo, 12 besteht, deren zweiter Anschluß über die zweite Klemme 2 mit
dem Wechselstromnetz verbunden ist. Die eine Klemme des Halbleiterstellers 4 ist
weiterhin über die Kommutierungsdrossel 8 mit dem einen Anschluß des Vollwellengleichrichters
3 und über den Kommutierungskondensator 9 mit den beiden zueinander antiparallel
geschalteten Löschthyristoren 11, 13 verbunden, wobei der andere Anschluß des Vollwellengleichrichters
3 und der beiden Löschthyristoren 11. 13 ebenfalls mit der Klemme 2 verbunden ist.
Der Gleichstromausgang des Vollwellengleichrichters 3 ist beidpolig mit einem Glättungskondensator
7 und einem Oberwellenfilter 5 sowie einem Verbraucher 14 verbunden.
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Die Anordnung arbeitet wie folgt: Bevor die Wechselspannung an die
Klemmen 1, 2 geschaltet wird oder gleichzeitig mit der Zuschaltung der Wechselspannung
werden die Löschthyristoren 11, 13 gezündet. Über die Kommutierungsdrossel 8 und
die ungesteuerten Dioden des Vollwellengleichrichters 3 wird der Kondensator 7 aufgeladen.
Gleichzeitig wird auch der Löschkondensator 9 aufgeladen. Sobald beide Kondensatoren
ungefähr auf den Scheitelwert der Netz spannung aufgeladen sind, kann der Normalbetrieb
beginnen.
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Die Arbeitsweise während einer beispielsweise positiven Halbschwingung
des Wechselstromes über die Glättungsdrossel 6 soll anhand Fig. 2 beschrieben werden:
Zum Zeitpunkt tl werden die Haupt- und Löschthyristoren 12, 11 gezündet. Der über
die ungesteuerten Dioden des Vollwellengleichrichters 3 fließende Strom wird unter
Mithilfe der am Glättungskondensator 7 liegenden Gleichspannung auf den Thyristor
12 kommutiert, wobei vorausgesetzt sein soll, daß der Kommutierungskondensator 9
im vorliegenden Fall auf der rechten Platte negativ., auf der linken Platte positiv
geladen sei. Die Änderungsgeschwindigkeit di/dt des nun fließenden Stromes wird
durch die Nommutierungsdrossel 8 begrenzt. Bis zur Beendigung der Kommutierung bei
tz ändert sich die Spannung des Kommutierungskondensators 9 nur unwesentlich, wenn
die Kapazität des Glättungskondensators 7 ausreichend groß ist. Nach der Kommutierung
lädt sich dann der Kommutierungskondensator 9 in einer Eigenhalbschwingung über
die Kommutierungsdrossel 8 und die Thyristoren 11, 12 um. Am Ende dieser Eigenschwingungwird
der Löschthyristor 11 durch Spannung des Kommutierungskondensators 9 gesperrt (
t3).
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Ist der Zeitpunkt t4 gekommen, zu dem der Thyristor 12 des Halbleiterstellers
4 gelöscht werden soll, so wird der Löschthyristor 13 und gleichzeitig Thyristor
lo gezündet. Erreicht der Strom der entstehenden Eigenhalbschwingung des aus dem
Kommutierungskondensator 9 und der Kommutierungsdrossel 8 gebildeten Schwingkreises
die Größe des über die Glättungsdrossel
6 abfließenden Stromes
(t 5), so erlischt der Strom im Thyristor 12 und Thyristor lo übernimmt den Überschuß
des Umladestromes über den Wechselstrom. Sinkt der Umladestrom nach dem ersten Viertel
der Eigenhalbschwingung wieder und erreicht er den Wert des Stromes über die Glättungsdrossel
6 (t 6' so erlischt auch Thyristor lo und Thyristor 12 erhält wieder Spannung im
Vorwärtsrichtung. Da vorausgesetzt wurde, daß die Induktivität der Glättungsdrossel
6 wesentlich größer ist als die der Kommutierungsdrossel 8, so liegt an dieser Drossel
praktisch keine Spannung. Der nun gleichgroße Strom beider Drosseln fließt weiter
über den Komrnutierungskondensator 9 und vollendet die Umladung. Erreicht der Kommutierungskondensator
9 die Spannung des Kondensators 7, so beginnen die beiden in Vorwärtsrichtung geschalteten
Dioden des Vollwellengleichrichters zu leiten und begrenzen die Spannung am Kommutierungskondensator
9, wobei der Ausgangszustand wieder erreicht ist ( t 7)-Bei der Anordnung nach Fig.
3 ist die Kommutierungsdrossel 8 nach Fig. 1 ersetzt durch zwei Teildrosseln 8a,
8b, die die Klemme 2 des Wechselspannungsnetzes jeweils mit einem entsprechenden
Anschluß des Vollwellengleichrichters und diesem zugeordneten Thyristoren lo, 11
bzw. 12,13 verbinden. Die Arbeitsweise dieser Anordnung nach Fig. 3 ist wie folgt
(Fig. 4):Vor Zuschaltung der Wechselspannung an die Klemmen 1, 2 oder gleichzeitig
damit werden die Löschthyristoren 11, 13 gezündet. Über die Glättungsdrossel 6 und
die ungesteuerten Dioden des Vollwellengleichrichters 3 wird parallel zum Kommutierungskondensator
9 auch der Glättungskondensator 7 aufgeladen. Wird die Nennspannung an der Gleichstromseite
erreicht, so beginnt der Halbleitersteller 4 mit den Thyristoren lo, 12 zu arbeiten.
Werden beispielsweise zum Zeitpunkt t1 während der positiven Halbwelle des Wechselstromes
über die Glättungsdrossel 6 die Thyristoren 12 und 11 gezündet, so kommutiert der
durch die Dioden des Vollwellengleichrichters 2 fließende Strom unter Einwirkung
der am
Glättungskondensator 7 liegenden Gleichspannung sehr schnell
auf den Thyristor 12. Gleichzeitig beginnt sich der Kommutierungskondensator 9 über
die Teildrosseln 8a und 8 b umzuladen. Nach Beendigung des Umladevorganges beginnt
der Löschthyristor 11 wieder zu sperren (t 2) Ist der Zeitpunkt ( t 3) gekommen
zu dem der Thyristor 12gelöscht werden soll, so wird der Löschthyristor 13 gezündet
und dadurch der Strom unter Einwirkung der Spannung des Kommutierungskondensators
9 sehr schnell vor.
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Thyristor 12 auf den Löschthyristor 13 kommutiert. Wurde gleichzeitig
mit Löschthyristor 13 auch der Thyristor lo gezündet, so fließt über den Kommutierungskondensator
9 nicht nur der Strom der Glättungsdrossel 6, sondern zusätzlich ein Umschwingstrom
überdie Teildrosseln 8a, 8b, so daß auch bei sehr kleinen Werten des Wechselstromes
über die Glättungsdrossel 6 die Umladung des Kommutierungskondensators 9 ausreichend
schnell erfolgt. Da der Kommutierungskondensator 9 und die Teildrosseln 8a, 8b verlustarm
sind, erlischt der Stromfluß durch den Thyristor lo kurz bevor der Betrag der Spannung
am Kommutierungskondensator 9 den Wert der Spannung am Glättungskondensator 7 erreicht
( t 4). Unter Einfluß des über die Glättungsdrossel 6 fließenden Wechselstromes
erhöht sich die Spannung am Kommutierungskondensator 9 solange weiter, bis ein durch
die Dioden des Vollwellengleichrichters 3 fließender Strom ein weiteres Ansteigen
durch Übernahme des Laststromes verhindern. Damit ist auch hier der Ausgangszustand
wieder erreicht ( t 5).
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Wechselt der durch die Glättungsdrossel 6 fließende Laststrom während
der Leitdauer des Thyristors 12 sein Vorzeichen, so muß nach der Stromübernahme
durch den Thyristor 10 der Xommutierungskondensator 9 durch Zünden des Löschthyristors
13 nochmals umgeladen werden; der Löschthyristor 11 wird dann nicht gleichzeitig
mit dem Thyristor 12 gezündet. Beim Kommutieren des Stromes von den Dioden des Vollwellengleichrichters
3 auf die Thyristoren wo,12 des Halbleiterstellers 4 und von den Thyristoren des
Halbleiterstellers auf die Löschthyristoren 11, 13 treten hohe di/dt-Werte auf.
Um die Schaltverluste der
Thyristoren in den zulässigen Grenzen
zu halten, sind die an sich bekannten Beschaltungen für Thyristoren vorzusehen.
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Eine Schonung der Thyristoren lo, 12 wird erreicht, wenn zur Umladung
des Kommutierungskondensators 9 die Löschthyristoren 11, 13 nicht gleichzeitig mit
den Thyristoren lo,12 des Halbleiterstellers 4 gezündet werden, sondern erst nach
einer Zeitverzögerung die größer als die burchschaltzeit der Thyristoren lo, 12
ist.
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Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 1 liegt besonders darin, daß die
Kommutierungen des Stromes langsam erfolgen und es damit leichter möglich ist, Schaltverluste
zu begrenzen.
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Ein Vorteil der Schaltung nach Fig. 2 liegt darin, daß auch Thyristoren
eingesetzt werden, deren Freiwerdezeit stark ansteigt, wenn am betreffenden Thyristor
im Anschluß an eine Stromführung keine große Spannung in Rückwärtsrichtung auftritt.