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Schutzbeschaltung für mehrere parallel geschaltete Thyristoren
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Die Brfindung betrifft eine Schutzbeschaltung für mehrere parallel
geschaltete Thyristoren, mit RC-Gliedern, die den Thyristoren parallel geschaltet
sind.
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Solche Schutzbeschaltungen sind als sogenannte Doppelbeschaltung aus
der DT-OS 1 538 155 und als sogenannte Brückenbeschaltung aus der DT-PS 1 538 154
oder aus der ETZ-A Bd. 90 (1969), Seite 347 bis 352 bekannt.
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Um Thyristoren gegen schädliche Uberspannungen insbesondere aufgrund
des Trägerspeichereffekts zu schützen, werden sie in der Regel beschaltet, wobei
die einfachste Beschaltung eine RC-Beschaltung ist. Bemessungsregeln für die RC-Beschaltung
sind in dem 0. g. Artikel in der ETZ-A enthalten. In der Systemtechnik werden sogenannte
Thyristorbausteine verwendet, die aus einem Thyristor mit Kühleinrichtung, RC-Beschaltung,
Sicherung und Ansteuerbaugruppe bestehen. Diese Thyristorbausteine können beliebig
zu Stromrichtern kombiniert werden. Zur Erhöhung der Strombelastbarkeit von Stromrichteranlagen
werden solche Thyristorbausteine auch parallelgeschaltet, was zu einer Parallelschaltung
der RC-Glieder führt. Damit kann eine Zerstörung von Thyristoren verbunden sein,
da Thyristoren eine Streuung der Einschaltverzugszeit aufweisen und daher beim Linschalten
die Summe der Entladeströme aller Kondensatoren der RC-Beschaltung über ihre Widerstände
und über den zuerst zündenden Thyristor fließt. Diese Entladung auf für den zuerst
einschaltenden Thyristor zulässige Werte zu begrenzen, gelang mit den o. g.
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Schutzbeschaltungen. Dabei sind bei der sogenannten Brückenschaltung
RC-Glieder und zusätzliche Beschaltungskondensatoren und Beschaltungswiderstände
über eine Gleichrichterbrücke und zusätzliche Entkopplungsdioden und bei der sogenannten
Doppelbeschaltung RC-Glieder und zusätzliche Beschaltungskondensatoren und Beschaltungswiderstände
in Verbindung mit ;ntkopplungsdioden Jedem Thyristor parallel geschaltet. Diese
Beschaltungen sind wegen der zusätzlichen Dioden und der zusätzlichen Beschaltungswiderstände
und Beschaltungskondensatoren wirtschaftlich aufwendig. Außerdem ist mit den zusätzlichen
Beschaltungskondensatoren und Beschaltungswiderständen eine erhöhte Verlustleistung
verbunden.
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Ls besteht die Aufgabe, eine Schutzbeschaltung der eingangs genannten
Art einfacher und. so aufzubauen, daß sie eine geringere Verlustleistung besitzt.
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Brfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu edem l'C-Glied
eine Drossel in Reihe geschaltet ist. Vorzugsweise ist zu den RC-Gliedern eine gemeinsame
Drossel in Reihe geschaltet, die in die Stromzuleitung der Thyristoren eingeschaltet
ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Beschaltung wird die Entladung aller RG-Glieder
durch die Drosseln der RC-Glieder. bzw. durch die allen RC-Gliedern gemeinsame Drossel
auch für den zuerst einschaltenden thyristor auf zulässige Werte begrenzt. Damit
entfallen die bei den bekannten Schaltungen erforderlichen Dioden und zusätzlichen
Bauelemente weitgehend. An deren Stelle treten lediglich die Drosseln bzw. die gemeinsame
Drossel, deren Induktivität sehr klein sein kann. Die erfindungsgemäße Schaltung
besitzt damit einen einfachen Aufbau und der bei den bekannten Schaltungen erforderliche
wirtschaftliche Aufwand wird weitgehend reduziert. Auoh die Verlustleistung ist
bei der erfindungsgemäßen Beschaltung stark herabgesetzt, da diese wesentlich weniger
zusätzliche, verlustbehaftete Beschaltungselemente aufweist.
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Vorzugsweise ist jede Drossel sättigbar. Dabei kann die Ummagnetisierungszcit
jeder sättXigbreen Drossel an die Ziindverzögerungs-
f v u zeitstreuung
der Thyristoren und der Stufenstrom jeder sättigbaren Drossel an die zulässige 1£<'inschaltstrombelastbarkeit
des verwendeten Thyristortyps angepaßt sein. Mit dieser Ausführungsform läßt sich
die erfindungsgemäße Schaltung in optimaler Weise an die Betriebsbedingungen der
parallel geschalteten Thyristoren anpassen.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Beschaltung beispielhaft anhand
der Figuren 1 und 2 näher erläutert. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele
dargestellt. Dabei sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Figur 1 zeigt das schematische Schaltbild einer erfinduisgemäßen Schaltung.
Mehrere Thyristoren 1a, Ib und 1c sind parallel zueinander zwischen Klemmen 2 und
3 geschaltet, von denen sich die Klemme 2 auf höherer Spannung als die Klemme 3
befindet. Jedem Thyristor ist zur Beschaltung ein ffC-Glied 4a bis 4c zugeordne-t,
das jeweils aus der Reihenschaltung eines Kondensators 5a bis 5c und cines Widerstandes
6a bis 6c besteht. Jedes PLC-GlCd 4a bis 4c ist zu dem zugehörigen Thyristor 1a
bis 1c parallel geschaltet. Zu jedem RC-Glied 4a bis 4c ist eine Drossel 7 in Reihe
geschaltet. Im Ausftihruiigsbeispiel nach Figur 1 ist eine gemeinsame Drossel 7
für alle RC-Glieder 4a bis 4c eingesetzt. Diese Drossel 7 ist in der Stromzuleitung
8 für die Thyristoren 1a bis 1c den Thyristoren vorgeschaltet.
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Wie bei einer üblichen RC-Beschaltung zum Schutz von Thyristoren gegen
schädliche Uberspannungen aufgrund des Tr.igerspeichereffekts entladen sich bei
der erfindungsgemäßen Beschaltung gemäß Figur 1 beim Einschalten die Kondensatoren
5a bis 5c der RC-Glieder 4a bis 4c über ihre Widerstände 6a bis 6c auf die Thyristoren
1a bis 1c. Dabei wird jedoch durch die Drossel 7 die Entladung der Summe aller RC-Glieder
4a bis 4c blockiert und auf einen Wert begrenzt, der für den zuerst einschaltenden
Thyristor zulässig ist. Zu dieser Begrenzung ist lediglich eine Drossel 7 mit sehr
kleiner Induktivität L erforderlich, fitr
deren Bemessung die Beziehung
U L = (di/dt) zul.
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gilt, worin U die Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen 1 und 2
und (di/dt) zul. die zulässige kritische Stromsteilheit beim Durchschalten ist,
die der Thyristor ohne bleibende Beeinträchtigung seiner Bigenschaften verträgt.
Die Drossel 7 kann eine lineare Drossel sein. Vorteilhaft ist es jedoch, eine sättigbare
Drossel 7 einzusetzen. Wird die Ummagnetisierungszeit dieser sättigbaren Drossel
7 der Zündverzugszeitstreuung der Thyristoren angepaßt, die bei einer Vielzahl parallel
geschalteter Thyristoren bis zu 2 u s betragen kann und wird der Stufenstrom der
sättigbaren Drossel 7 auf die zulässige h'inschaltstrombelastbarkei-t der Thyristoren
abgestimmt, die mehr als 30 A zusätzlich zum Entladestrom der llC-Glieder 4a bis
4c beträgt, so erhält man eine weitgehend optimale Anpassung der Beschaltung an
die durch die Thyristoren vorgegebenen Betriebswerte. Versuche ergaben, daß durch
die mit der sättigbaren Drossel erhaltene Begrenzung des Einschaltstroms für den
zuerst zündenden Thyristor das Einschaltverhalten gegenilber bekannten Beschaltungen
bei einem wesentlich einfacheren Aufbau der Beschaltung verbessert wurde.
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Wobei nach der Einschaltverzögerungszeitdifferenz, die ungefähr 2,u
s beträgt auch die anderen Thyristoren durchlässig werden und der zuerst zündende
Thyristor entlastet wird.
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Beim Abschalten der Thyristoren entsteht aufgrund des Trägerspeichereffekts
an der unbeschalteten Drossel 7 eine Spannungsspitze. Da jedoch der Rückstrom aus
dem Trägerspeichereffekt nicht plötzlich abreißt, sondern in einer endlichen Zeit
abklingt, ist diese Spannungsspitze an der Drossel 7, die eine relativ kleine Induktivität
besitzt, relativ klein und eilt außerdem der Spannung an den r"C-Gliedern 4a bis
4c derart voraus, daß die zulässige Spitzenspannung der Thyristoren 1a bis 1c auf
keinen Fall überschritten wird. Versuche ergaben, daß das Aus s chaltverhalten dr
e rfindungs gemäßen Bes chaltung nach i?igur 1 durch die zusätzliche Drössel 7 nicht
verschlech-
tert wird. Als zusätzliche Hilfsmaßnahme zum Abbau der
Spannungsspitze an der Drossel 7, die beim Abschalten auftritt, kann der Drossel
7 ein RC-Glied 9 mit dem Kondensator 10 und dem -liderstand 11 parallel geschaltet
sein, wie in der figur 1 mit gestrichelter Linie angedeutet ist.
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Um die Funktion der erfindungsgemäßen Beschaltung auch für die du
-Begrenzung auszunützen, kann es erforderlich sein, in Flußdt richtung der Thyristoren
1a bis 1c gepolte Dioden 12a bis.12c der Drossel 7 parallel zu schalten und außerdem
noch zwischen die RC-Glieder 4a bis 4b und die Drossel 7 jeweils eine Diode 13a
bis 13c einzufügen, die in Sperrichtung der Thyristoren 1a bis 1c gepolt sind. Mit
diesen in der Figur 1 gestrichelt eingezeichneten Dioden 12a bis 12c und 13a bis
13c werden getrennte Stromwege für die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung geschaffen
und damit eine du -Begrenzung erreicht, die mit der du -Begrenzung dt dt bekannter
Schaltungen zumindest vergleichbar ist.
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Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschaltung.
Bei dieser Ausführungsform sind anstelle der gemeinsamen Drossel 7 zu Jedem RC-Glied
4a bis 4c gesonderte Drosseln 7a bis 7c in Reihe geschaltet. Bezüglich der Bemessung
der Inddtivitäten der Drossel 7a bis 7c und bezüglich ihrer Wirkungsweise ist auf
die Ausführungen zu Figur 1 zu verweisen. Auch die dort näher abgehandelten Abwandlungsmöglichkeiten
zum Abbau von Spannungsspitzen an den Drosseln 7 und zur Verbesserung der du - Begrenzung
lassen sich bei der Schaltung nach Figur 2 andt wenden.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungsgemäßen Beschaltung
das Einschaltverhalten parallel geschalteter Thxyristoren wesentlich verbessert
und ihr Ausschaltverhalten durch die zusätzliche Induktivität nicht verschlechtert
wird.
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6 Patentansprüche 2 Figuren