DE2517120C3

DE2517120C3 - Speiseschaltung für einen von einer ein- oder mehrphasigen Wechselstromquelle gespeisten Gleichstromverbraucher

Info

Publication number: DE2517120C3
Application number: DE2517120A
Authority: DE
Inventors: Manfred Prof. Dipl.-Ing. Dr. 4630 Bochum Depenbrock
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1975-04-18
Filing date: 1975-04-18
Publication date: 1982-01-14
Also published as: DE2517120B2; DE2517120A1; AT348066B; SE419923B; SE7604439L; ATA280776A; CH586482A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speiseschaltung für einen von einer ein- oder mehrphasigen Wechselstromquelle gespeisten Gleichstromverbraucher mit veränderbarem Strom, welche einen Vollwellengleichrichter mit wenigstens zwei ungesteuerten Dioden, einen aus mindestens einem zwangslöschbaren Halbleiterventil bestehenden Halbleitersteller, eine Drosselspule, einen Glättungskondensator sowie ein Filter enthält, wobei als Halbleitersteller ein im Pulsbetrieb getasteter Kompensations-Halbleitersteller vorgesehen ist, dessen Ausgangsgröße aus einem Gleichanteil und einem sinusförmigen Anteil der doppelten Nctzfrequenz zusammengesetzt ist und wobei das Filter als ein auf die doppelte Netzfrequenz abgestimmtes Sperrfilter ausgebildet ist, nach Patent 21 59 397.

Bekannte zwangslöschbare Steller sind in der Weise ausgebildet, daß jedem Hauptthyristor, der den Laststrom leitet, ein Löschthyristor, ein Kommutierungskondensator, eine Kommutierungsdrossel sowie eine Kommutierungsdiode zugeordnet ist, mittels derer der Strom im Hauptthyristor zu einem vorgebbaren Zeitpunkt durch Zündung des Kommutierungsthyristors gelöscht werden kann. Eine solche Schaltung ist bekannt aus dem Buch »Thyristoren« von Heumann/Scumpe, Stuttgart 1970,(S. 154, Abb. 154.1 d). Bei dieser Kondensatorlöschschaltung ist für jeden Hauptthyristor ein Löschthyristor sowie eine Umschwingdrossel 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.

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.
Dies v/ird 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 Kommutierungs-

jo drossel besteht.

Bei einer ersten Ausbildungsform gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 2, besteht der Vorteil darin, daß nur eine Kommutierungsdrossel für den vollen Laststrom vorgesehen werden muß und keine

J5 zusätzlichen Kommutierungsspannungen in den Wechselspannungseingang der Schaltung eingekoppelt werden.

In einer zweiten Ausbildungsform gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 3 ist die Kommutierungsdrossel in zwei Teildrosseln aufgelöst, so daß während der Schonzeit die Drosselspannung am zu löschenden Hauptthyristor anliegt, wodurch dessen Freiwerdezeit verkürzt wird.

Die Erfindung wird anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung, bei der zwischen den Halbleitersteller und den Vollwellengleichrichter eine Kommutierungsdrossel geschaltet ist,

w Fig. 2 die Strom- und Spannungsverläufe während einer Taktperiode bei dieser Anordnung,

F i g. 3 eine Anordnung, bei der jeweils eine Drossel für jede Stromrichtung im Wechselstromkreis vorgesehen ist,

Fig. 4 Strom- und Spannungsverläufe für die Anordnung nach F i g. 3.

Gleiche bzw. gleichwirkende Teile werden in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die elektrischen Größen Un ■■■ ίΛ in F i g. 2 sind in F i g. 1

bo hinsichtlich Bezug und Richtung gezeigt und diejenigen aus F i g. 4 in F i g. 3 wiedergegeben.

Mit 1 und 2 sind die beiden Klemmen bezeichnet, mit denen die Anordnung unmittelbar oder über einen Transformator mit dem speisenden (nicht gezeigten)

h¹"' Wcchselspannuiigsnetz verbunden ist. Klemme 1 ist über eine Glättungsdrossel 6 mit der einen Klemme des t lalbleitcrstcllcrs 4 verbunden, der aus zwei zueinander antiparallel geschalteten Thyristoren 10, 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 if, 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 Vollweüengleichrichters 3 ist beidpolig mit einem Glättungskondensator 7 und einem Oberwellenfilter 5 sowie einem Verbraucher 14 verbunden.

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 ungesteuerttn Dioden des Vollwellengleichrichters 3 wird der Kondensator 7 aufgeladen. Gleichzeitig v» ird auch der Löschkondensator 9 aufgeladen. Sobald beide Kondensatoren ungefähr auf den Scheitelwert der Netzspannung aufgeladen sind, kann der Normalbetrieb beginnen.

Die Arbeitsweise während einer beispielsweise positiven Halbschwingung des Wechselstromes über die Glättungsdrossel 6 soll anhand Fig. 2 beschrieben werden: Zum Zeitpunkt f| 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 J5 positiv geladen sei. Die Änderungsgeschwindigkeit di/dt des nun fließenden Stromes wird durch die Kommutierungsdrossel 8 begrenzt. Bis zu Beendigung der Kommutierung bei (2 ändert sich die Spannung des Kommutierungskondensalor 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 Eigenschwingung wird der Löschthyristor 11 durch die Spannung des Kommutierungskondensators 9 gesperrt (h).

Ist der Zeitpunkt U gekommen, zu dem der Thyristor 12 des Halbleiterstellers 4 gelöscht werden soll, so wird der Löschthyristor 13 und gleichzeitig Thyristor 10 gezündet. Erreicht der Strom der entstehenden Eigenhalbschwingung des aus dem Kommutierungskondensator 9 und der Kommutierungsdrossel 8 gebildeten Schwingkreises die Größe des über die Glätiungsdrossel 6 abfließenden Stromes (k), so erlischt der Strom im Thyristor 12 und Thyristor 10 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 (k), so erlischt «1 auch Thyristor 10 und Thyristor 12 erhält wieder Spannung in 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. ti5 Der nun gleichgroße Strom beider Drosseln fließt weiter über den Kommuticrungskondensator 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 Kommuiierungskondensator 9, wobei der Ausgangszustand wieder erreicht ist (ti).

Bei der Anordnung nach Fig.3 ist die Kommutierungsdrossel 8 nach F i g. 1 ersetzt durch zwei Teildrosseln 8a, Sb, die die Klemme 2 des Wechselspannungsnetzes jeweils mit einem entsprechenden Anschluß des Vollwellengleichrichters und diesem zugeordneten Thyristoren 10, 11 bzw. 12, 13 verbinden. Die Arbeitsweise dieser Anordnung nach F i g. 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 JO, 12 zu arbeiten. Werden beispielsweise zum Zeitpunkt t\ während der positiven Halbwelle des Wechselstromes über die Glättungsdrossel 6 die Thyristoren 12 und 11 gezündet, so kommutien 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 Sb umzuladen. Nach Beendigung des Umladevorganges beginnt der Löschthyristor 11 wieder zu sperren (t$. Ist der Zeitpunkt (h) gekommen, zu dem der Thyristor 12 gelöscht werden soll, wird der Löschthyristor 13 gezündet und dadurch der Strom unter Einwirkung der Spannung des Kommutierungskondensators 9 sehr schnell vom Thyristor 12 auf den Löschthyristor 13 kommutiert. Wurde gleichzeitig mit Löschthyristor 13 auch der Thyristor 10 gezündet, so fließt über den Kommutierungskondensator 9 nicht nur der Strom der Glättungsdrossel 6, sondern zusätzlich ein Umschwingstrom über die Teildrosseln 8a, Sb, 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, Sb verlustarm sind, erlischt der Stromfluß durch den Thyristor 10 kurz bevor der Betrag der Spannung am Kommutierungskondensator 9 den Wert der Spannung am Glättungskondensator 7 erreicht (U). 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 Laslstromes verhindert. Damit ist auch hier der Ausgangszustand wieder erreicht (h).

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 Kommutierungskondensator 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 10, 12 des Halbleitcrstellers 4 und von den Thyristoren des Halbleiterstellers auf die Löschthyristoren 11, 13 treten hohe dZ/c/i-Werte auf. Um die Schallverluste der

Thyristoren in den zulässigen Grenzen zu halten, sind die an sich bekannten Beschallungen für Thyristoren vorzusehen.

Eine Schonung der Thyristoren 10, 12 wird erreicht, wenn zur Umladung des Kommutierungskondensators 9 die Löschth\ ristoren M₁ 13 nicht gleichzeitig mit den Thyristoren I' 12 des Halbleitcrstellers 4 gezündet werden, sondi.ru erst nach einer Zeitverzögerung die größer als die Durchschalten der Thyristoren 10,12 ist.

Der Vorteil der Anordnung nach F i g. 1 liegt besonders darin, daß die Kommutierungen des Stromes langsam erfolgen und es damit leichter möglich ist. .Schaltverluste zu begrenzen.

Kin Vorteil der Schaltung nach F i g. 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Speiseschaltung für einen von einer ein- oder mehrphasigen Wechselstromquelle gespeisten Gleichstromverbraucher mit veränderbarem Strom, welche einen Vollwellengleichrichter mit wenigstens zwei ungesteuerten Dioden, einen aus mindestens einem zwangslöschbaren Halbleiterventil bestehenden Halbleitersteller, eine Drosselspule, einen Glättungskondensator sowie ein Filter enthält, wobei als Halbleitersteller ein im Pulsbetrieb getasteter Kompensations-Halbleitersteller vorgesehen ist, dessen Ausgangsgröße aus einem Gleichanteil und einem sinusförmigen Anteil der doppelten Netzfrequenz zusammengesetzt ist und wobei das Filter als ein auf die doppelte Netzfrequenz abgestimmtes Sperrfilter ausgebildet ist, nach Patent 2159397, dadurch gekennzeichnet, daß eiii« Löscheinrichtung zum Löschen der Thyristoren (10, 12) des Halbleiterstellers (4) vorgesehen ist, welche aus zwei zueinander antiparailel geschalteten Löschthyristoren (11, 13), einem Kommutierungskondensator (9) und wenigstens einer Kommutierungsdrossel (8 bzw. 8a, 8O^ besteht.

2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (10, 12) des Halbleiterstellers (4) über die Kommutierungsdrossel (8) und die Löschthyristoren (11, 13) über den Kommutierungskondensator (9) den Wechselstromanschlußklemmen des Vollwellengleichrichters (3) parallel geschaltet sind (F i g. 1).

3. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselstromanschlußklemme des Vollwellengleichrichters unmittelbar mit dem einen Anschluß des Halbleiterstellers (4) und über den Kommutierungskondensator (9) mit dem einen Anschluß der beiden Löschthyristoren (11, 13) verbunden ist, daß die Löschthyristoren (11 bzw. 13) jeweils über eine Kommutierungsdrossel (8a bzw. Sb) mit der einen Anschlußklemme (2) für das Wechselstromnetz verbunden ist, und daß der Verbindungspunkt jedes Löschthyristors (11 bzw. 13) mit der ihm zugeordneten Kommutierungsdrossel (8a bzw. 8b) mit einem Pol eines Thyristors (10 bzw. 12) des Halbleiterstellers (4) sowie mit jeweils einer Kette von zwei in Reihe geschalteten Dioden des Vollwellengleichrichters (3) verbunden ist (F ig. 3).