DE2834512C2

DE2834512C2 - Umformer mit ausschaltbaren Thyristoren

Info

Publication number: DE2834512C2
Application number: DE2834512A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Honda; Yasuo Matsuda; Nobuyoshi Hitachi Muto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-08-10
Filing date: 1978-08-07
Publication date: 1983-09-01
Also published as: CA1126812A; US4231083A; DE2834512A1

Description

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:

— die Drosseln (5,6) sind jeweils an die Kathoden der Thyristoren (1,2) angeschlossen,

— jede Steuerschaltung (100, 200) ist über eine zusätzliche Verbindungsleitung (110, 210) mit der vom Thyristor (1,2) abgewandten Seite der Drossel (5,6) verbunden,

— diese zusätzliche Verbindungsleitung (110, 210) führt Ίλ der Steuerschaltung (100,200) über eine Diode (107, 207) zum oositiven Anschluß einer Steuerspannungsquelle (101,201), deren negativer Anschluß mit d«.:r Kai hode des Thyristors (1, 2) verbunden ist.

2. Umformer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— die Drosseln sind in einen ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Drosselteil (51,52 bzw. 61,62) unterteilt,

— der erste, zweite und dritte Drosselteil (51, 52, 61) liegen in Reihe zwischen der Kathode des ersten Thyristors (1) und der Anode des zweiten Thyristors (2),

— der vierte Drosselteil (62) ist an die Kathode des zweiten Thyristors (2) geschaltet,

— die erste Freilaufdiode (9) liegt antiparallel zur Reihenschaltung aus erstem Thyristor (1) und erstem, zweitem und drittem Drosselteil (51,52, 61),

— die zweite Freilaufdiode (10) liegt antiparallel zur Reihenschaltung aus zweitem Thyristor (10) und zweitem, drittem und viertem Drosselteil (52,61,62),

— die Ausgangsklemme (12) des Umformers ist an die Verbindung zwischen zweitem und drittem Drosselteil (52,61) angeschlossen,

— die zusätzlichen Verbindungsleitungen (110, 210) sind an die von den Thyristoren (1, 2) abgewandten Anschlüsse der unmittelbar mit den Kathoden der Thyristoren (1,2) verbundenen Drosselteile (51,62) angeschlossen.

3. Umformer nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Spannungsquelle

(101,201) den Einschaltstrom für den Thyristor (1,2) liefert

4. Umformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Spannungsquelle (101,201) eine Einrichtung zur Zufuhr des Ausschaltstromes zum Thyristor (1,2) speist

5. Umformer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Spannungsquelle (101,201) eine Wechselspannungsquelle (118), einen an diese angeschlossenen Gleichrichter (120) und einen an eine Ausgangsklemme des Gleichrichters angeschlossenen Kondensator (117) enthält

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umformer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus I AS-Annual 1975, Seiten 165—174, R. L. Steigerwald »Application techniques for light power gate turn-off thyristors«« bekannten Art.

Thyristoren, die über den Steueranschluß ausschaltbar sind, werden durch einen in Sperrichtung fließenden Vorstrom gesperrt, der beim Sperren von der Kathode zum Steueranschluß fließt Dies unterscheidet ihn vom herkömmlichen Thyristor, der durch- eine in Sperrichtung anliegende Spannung zwischen Anode und Kathode gesperrt wird. Wenn ein über den Steueran-Schluß ausschaltbarer Thyristor in einer Schaltung enthalten ist, so kann er bei zu hoher Spannungsanstiegsgeschwindigkeit dV7d/ zerstört werden. Um diesen Durchbruch zu vermeiden, wird eine Einrichtung zur Unterdrückung der zu hohen Spannungsanstiegsge-

Jj schwindigkeitdV7di verwendet. Eine solche Einrichtung wird im allgemeinen als Schutz- oder Dämpfungsschaltung bezeichnet; sie enthält eine Parallelschaltung aus einer Diode Dund einem Widerstand /?, die in Reihe mit einem Kondensator C geschaltet ist. Diese Schutzschal-

4n tung ist parallel zu dem mit Hilft des Steueranschlusses ausschaltbaren Thyristor geschaltet. Wenn bei dieser Anordnung der Thyristor ausgeschaltet, wird der Laststrom über die Diode auf den Kondensator umgeleitet, so daß die Spannungsanstiegsgeschwindig-

keit dV/df der Spannung zwischen Anode und Kathode des Thyristors auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit herabgedrückt wird.

Bei dem bekannten Umformer, der mit Hilfe des Steueranschlusses steuerbare Thyristoren mit einer derartigen Schutzschaltung als Schaltelement enthält, ist in Reihe zu dem Thyristor eine Drossel geschaltet. Die Drossel verhindert eine zu starke Stromanstiegsgeschwindigkeit d/7df beim Einschalten des Thyristors und im Falle eines Zweig-Kurzschlusses des Thyristors.

Zur Zeit des Ausschaltens des Thyristors wird eine Energiemenge gleich '/2 LIo² in der Drossel gespeichert. Diese Energie stellt eine Schwierigkeit insofern dar, als der selbstlöschende, mit Hilfe des Steueranschlusses ausschaltbare Thyristor im Gegensatz zum herkömmlichen Thyristor keine Zwangskommutierungsschaltung enthält, §0 daß die Energie ausschließlich über den Kondensator der Schutzschaltung fließen kann. Damit dieser die Energie vollständig aufnehmen kann, muß seine Kapazität verhältnismäßig hoch sein. Da aber die

t>5 gesamte, im Kondensator gespeicherte Energie von dem Widerstand der Schutzschaltung verbraucht wird, steigen die Energieverluste an. wenn die Kapazität des Kondensators erhöht wird. Mit anderen Worten, der

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform a is Wechselrichter. Zwei mit Hilfe des Steueranschlusses ausschaltbare Thyristoren 1 und 2, im folgenden kurz als Thyristoren bezeichaet, sind zwischen die Gleichstrom-Eingsjigsklemmen 3 und 4 geschaltet An die Kathoden der Thyristoren 1 und 2 sind Drosseln 5 bzw. 6 angeschlossen. Genauer, die Anode des Thyristors 1 ist an die Gleichstrom-Eingangsklemme 3 (positive Klemme) angeschlossen, während die Drossel 5 zwischen die

Wirkungsgrad des Wechselrichters wird verschlechtert Wird andererseits die Kapazität des Kondensators nicht erhöht, unt eine Verminderung des Wirkungsgrads zu vermeiden, so wird der Kondensator überladen und die Spannung am Kondensator übersteigt die zulässige Durchbruchspannung des Thyristors, so daß dieser durchschlägt Eine theoretische Analyse ist in der eingangs genannten Druckschrift enthalten.

In dem Artikel ist vorgeschlagen, zur Verarbeitung

der Energie die Drossel mit einer Diode und einem io Kathode des Thyristors 1 und die Anode des Thyristors Widerstand zu überbrücken. Bei dieser Anordnung 2 geschaltet ist Die Drossel 6 liegt zwischen der übersteigt die Ladespannung zur Zeit des Ausschaltens Kathode des Thyristors 2 und der Gleichstrom-Eindes ausschaltberen Thyristors die zulässige Spannung gangsklemme 4 (negative Klemme). Parallel zu den selbst dann nicht, wenn die Kapazität des Kondensators Thyristoren 1 und 2 sind eine Schutzschaltung 7 bzw. 8 gering ist Auf diese Weise kann ein Durchbruch des 15 geschaltet Die Schutzschaltung 7 enthält einen

Kondensator 71, der in Reihe mit einer Parallelschaltung aus einer Diode 72 und einem Widerstand 73 geschaltet ist Die Schutzschaltung 8 enthält einen Kondensator 81, der in Reihe mit einer Parallelschal-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die 20 tung aus einer Diode 82 und einem Widerstand 83 liegt. Mängel und Nachteile des Standes der Technik zu Paraliel zu den Reihenschaltungen aus Thyristor 1

und Drossel 5 bzw. Thyristor 2 jnd Drossel 6 liegen Freilaufdioden 9 bzw. 10. Alternativ kann zur Erzielung eines ähnlichen Effekts die Freilaufdiode 9 parallel zum Thyristor 1 und die Freilaufdiode 10 parallel zum Thyristor 2 geschaltet sein. Eine Ausgangsklemme 12 ist an ien Verbindungspunkt zwischen Drossel 5 und Thyristor 2 angeschlossen.

Die Gleichstrom-Eingangsklemmen 3 und 4 sind an

Bei dem erfindungsgemäßen Umformer treten kaum ju Gleichspannungsquellen 15 bzw. 16 angeschlossen. Die Energieverluste ein, weil die Energie nicht durch einen Gleichstrom-Eingangsklemme 3 ist an die positive Widerstand verbraucht, sondern zwangsweise durch die Klemme der Gleichspannungsquelle 15 angeschlossen, Leistungszufuhr zum Steueranschluß des Thyristors während die negative Klemme der Gleichspannungsabsorbiert wird. Der Wirkungsgrad des erfindungsge- quelle 15 mit der positiven Klemme der Gleichspanmäßen Umformers ist also gegenüber dem des 35 nungsquelle 16 verbunden ist; die negative Klemme der bekannten Umformers erhöht Dabei, schlägt der Gleichspannungsquelle IS ist mit der Gleichstrom Eingangsklemme 4 verbunden. Zwischen die Ausgangskiemme 12 und den Verbindungspunkt zwischen den Gleichspannungsquellen 15 und 16 ist eine Last 18 40 geschaltet, die einen Lastwiderstand 181 und eine Lastdrosse! 182 enthält

An die Steueranschlüsse der Thyristoren 1 und 2 ist je eine Steuerschaltung 100 bzw. 200 angeschlossen. Der Thyristor 1 wird auf folgende Weise durch die

Steueranschluß-Leistungszufuhr absorbiert zu werden. 45 Steuerschaltung ein- und ausgeschalte·;. Soll der Dabei ist es aus der US-PS 34 65 233 an sich bekannt, bei Thyristor 1 eingeschaltet werden, so .vird zunächst ein hohen Frequenzen unterteilte Dusseln zu verwenden Transistor 103 eingeschaltet Darauf fließt ein Strom und die Freiiaufdioden in vergleichbarer Anordnung von einer Thyristor-Einschalt-Steuerspannungsquelle einzusetzen. 101 über einen Widerstand 102, den Transistor 103 und

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungs- 30 den Thyristor 1 zurück zur Spannungsquelle 101. gemäßen Umformern sind Gegenstand der Patentan- Hierdurch wird der Thyristor 1 eingeschaltet Soll der

Thyristors verhindert werden. Aber auch bei dieser Anordnung wird die Energie durch den Widerstand verbraucht und das Problem der Leistungsverluste bleibt ungelöst

beseitigen. Insbesondere soll ein Umformer mit über den Steueranschluß ausschaltbaren Thyristoren geschaffen werden, dessen Wirkungsgrad möglichst hoch ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, ausgehend von dem gattungsgemäßen Umformer, durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Thyristor selbst dann nicht durch, wenn die Kapazität des Kondensators der Schutzschaltung gering ist, weil die Energie durch die Steueranschluß-Leistungszufuhr für den Thyristor absorbiert wird. ι

Die im Patentanspruch 2 beschriebene bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Umformers ist dann besonders wirksam, wenn die in; der Drossel gespeicherte Energie zu hoch ist, um nur durch die

Sprüche 3 bis 5.

Die Frfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 als erste Ausführungsform einen Wechselrichter,

F i g. 2 im Diagramm die Arbeitsweise eines über den Steueranschluß ausschaltbaren Thyristors der Fig. 1 zur Zeit des Ausschaltens,

F i g. 3 eine Einzelheit der Steueranschluß-Leistungsspeisung für den ausschaltbaren Thyristor der F i g. 1,

Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform des Wechselrichters der Fig. 1,

F i g. 5 eine dritte Ausführungsform des Wechselrichters und

F i g. 6 einen erfindungsgemäß aufgebauten Zerhak ker.

Thyristor 1 ausgeschaltet werden, so wird der Transistor 103 gesperrt und ein Transistor 106 geöffnet. Dann Hießt ein Strom von einer Thyristor-Ausschalt-Spännungs-

quelle 104 über den Thyristor 1, einen Widerstand 105 und den Transistor 106 zurück zurSpann-ingsqutlle 104, so daß der Thyristor 1 ausgeschaltet wird. Danach wird der Transistor 106 ausgeschaltet. In genau gleicher Weise wird der Thyristor 2 durch die Steuerschaltung

200 ein- und aufgeschaltet. In der Steuerschaltung 200 sind mit 201 eine Thyristor-Einschalt-Spannungsquelle, mit 204 eine Thyristor-Ausschalt-Spannungsquelle, mit 202 und 205 Widerstände und mi· 203 und 206 Transistoren bezeichnet.

Wesentliche Merkmale der Ausführungsform der Fi g. 1 bestehen c.'rin, daß ein positiver Anschluß der Einschalt-Spannungsquelle 101 für den Thyristor 1 mit dem VerbindunesDunkt zwischen Drossel 5 und

Thyristor 2 über eine Verbindungsleitung 110 und die negative Klemme der Einschalt-Spannungsquelle 101 über eine Verbindungsleitung 111 mit dem Verbindungspunkt zwischen Drossel 5 und Thyristor 1 verbunden ist, sowie darin, daß der positive Anschluß der Einschalt-Spannungsquelle 201 für den Thyristor 2 über eine Verbindungsleitung 210 mit dem Verbindungspunkt zwischen Drossel 6 und Gleichstrom-Eingangsklemme 4 und die negative Klemme der Einschalt-Spannungsquelle 201 über die Verbindungsleitung 211 mit dem Verbindungspunkt zwischen Drossel 6 und Thyristor 2 verbunden ist. In die Verbindungsleitungen 110 und 210 ist je eine Diode 107 bzw. 207 eingefügt, um ein Rückfließen des Stromes von der Steuer-Spannungsquelle 101 bzw. 201 zu verhindern.

Anhand Fig.2 wird die Arbeitsweise des Wechselrichters der F i g. 1 erläutert.

F i g. 2 zeigt die Arbeitsweise beim Ausschalten des Thyristors 1 der Fig. 5. Es sei angencmn-ien, da" der Thyristor 1 des Wechselrichters leitet und der Thyristor 2 gesperrt ist. In diesem Zustand fließt ein Laststrom /0 von der Gleichspannungsquelle 15 über die Klemme 3, den Thyristor 1, die Drossel 5, die Klemme 12, die Last 18 und zurück zur Spannungsquelle 15. In diesem Zustand soll nun der Thyristor 1 ausgeschaltet werden. Hierzu wird der Transistor 106 in der Steuerschaltung 100 zur Zeit ίο (F i g. 2) durchgeschaltet. Dann fließt der Strom von der Ausschalt-Spannungsquelle 104 über den Thyristor 1, den Widerstand 105 und den Transistor 106 zurück zur Spannungsquelle 104, womit der Ausschalt-Vorgang des Thyristors 1 eingeleitet wird. Der Laststrom /₀ wird allmählich auf den Zweig Spannungsquelle 15. positiver Gleichstromanschluß 3, Schutzschaltung 7, Drossel 5, Klemme 12, Last 18 und Spannungsquelle 15 umgeleitet. Zur Zeit fi ist der Ausschaltvor- J5 gang des Thyristors 1 abgeschlossen. In F i g. 2 sind mit /· der Strom des Thyristors 1 und mit /? der Strom über die Schutzschaltung 7 bezeichnet. Während der Periode to bis fi zwischen Anfang und Ende des Ausschaltvorganges des Thyristors 1 fließen die Ströme Λ und /7 *< > gemeinsam. Zur Zeit t\ und danach ist der Strom /1 gleich 0 und der Strom /7 gleich dem Laststrom I₀. Die Spannung Vi am Thyristor 1 steigt vom Beginn des Einschaltvorganges zur Zeit to allmählich an und ist zur Zeit f₂ gleich der Summe der Spannungen der Gleichstrom-Spannungsquellen 15 und 16, weil der Kondensator 71 der Schutzschaltung 7 durch den Laststrom I₀ aufgeladen wird. Von der Zeit r₂ leitet die Diode 10 und der Laststrom /₀ wird allmählich auf den Zweig Spannungsquelle 16, negativer Anschluß 4, Diode so 10, Klemme 12, Last 18, Spannungsquelle 16 umgeleitet. U bezeichnet den in diesem Zustand über die Diode 10 fließenden Strom. Folglich ändert sich von der Zeit f₂ der durch die Drossel 5 fließende Strom allmählich so, daß eine Spannung V₅ an der Drossel 5 in der gezeigten Polarität entsteht Erreicht die Spannung V₅ die Spannung Eg der Steuer-Spannungsquelle 101, so beginnt ein Strom /5 von der Drossel 5 über die Leitung 110, die Diode 107 und die Spannungsquelle 101 zurück zur Drossel zu fließen. Infolgedessen überschreitet die Spannung V₅ an der Drossel 5 nicht den Wert Eg. Folglich ist die Spannung V, am Thyristor 1 gleich der Summe der Gleich-Speisespannung Ed und der Steuerspannung Eg (Zeitpunkt t$. Von der Zeit t₃ an ist der Strom h gleich 0 und der Strom £ gleich dem Laststrom /0. Der Strom /5 fließt weiter bis zur Zeit u, zu der die gesamte in der Drossel 5 gespeicherte Energie von der Steueranschluß-Speisung absorbiert ist Von der Zeit U an kehrt die Spannung Vi am Thyristor 1 auf den Wert der Summenspannung Edder Spannungsquellen 15 und 16 zurück.

Anhand Fig.3 wird nunmehr die Art und Weise erläutert, in der die in der Drossel 5 gespeicherte Energie von der Steuer-Spannungsquelle 101 absorbiert wird.

F i g. 3 zeigt eine Einzelheit der Steuer-Spannungsquelle 101 der Fig. 1. Normalerweise wird ein Kondensator 117 durch den von einem Brückengleichrichter 120 gelieferten Gleichstrom /, auf die vorbestimmte Spannung E₁ aufgeladen. Der Brückengleichrichter 120 besteht aus vier Dioden 121,122,123 und 124 und wandelt die über einen Transformator 118 eingespeiste Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Wenn die Spannung V₅ an der Drossel 5 der F i g. 1 die Steuerspannung E₁ erreicht, fließt der Strom /₅ von der Drossel 5 über die Diode 107 zur Steuer-Spannungsqücüc 101, wie oben beschrieben. Die in der Drossel 5 gespeicherte Energie ist gleich V₂ U ■ Io². worin L₀ die Induktivität der Drossel 5 ist. Durch den fließenden Strom /₅ wird eine Energie gleich V₂ d · (Δ Vo)² zum Kondensator 117 verschoben (Co ist die Kapazität des Kondensators 117, V₀ der Spannungsschritt am Kondensator 117 durch den Strom /5, wenn die Ladung durch den Strom I_t vernachlässigt wird).

Das Einschaltverhalten des ausschaltbaren Thyristors ist schlechter als das herkömmlicher Thyristoren, um ein besseres Ausschaltverhalten zu gewährleisten. Das bedeutet, daß der ausschaltbare Thyristor eine größere Steuerleistung benötigt als der herkömmliche Thyristor beim Einschalten. Es trägt duher in hohem Maße zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wechselrichters bei, wenn die in der Drossel 5 gespeicherte Energie auf die Einschalt-Spannungsquelle 101 verschoben wird. Ist die zum Ausschalten des Thyristors erforderliche Energie größer als die zum Einschalten erforderliche, so kann die in der Drossel 5 gespeicherte Energie zur Ausschalt-Spannungsquelle 104 verschoben werden.

F i g. 4 zeigt einen der F i g. 1 ähnlichen Wechselrichter mit abgewandelter Steuerschaltung. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut bei hoher Wechselrichterfrequenz. Überschreitet bei der Einschalt-Spannungsquelle 101 der Fig. 1 die Wechselrichterfrequenz einen bestimmten oberen Grenzwert, so ist die von der Drossel 5 absorbierte Leistung größer als die zum Einschalten des Thyristors 1 erforderliche Ausgangsleistung. Das heißt, die Steuer-Spannungsquelle 101 erzeugt zu viel Energie, so daß die Spannung der Steuer-Spannungsquelle 101 ansteigt. Um einen solchen Spannungsanstieg zu verhindern, ist es üblicn, in die Verbindungsleitung 110 der Fig. 1 einen Lastausgleichswiderstand einzufügen.

Erfindungsgemäß wird dagegen die von der Steuer-Spannungsquelle 101 erzeugte überschüssige Energie dazu verwendet, die Einrichtung zur Zufuhr des Ausschaltstroms zum Thyristor aufzuladen. Auf diese Weise wird der Spannungsanstieg der Steuer-Spannungsquelle 101 vermieden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel wird nun anhand Fig.4 näher erläutert Da der Hauptkreis des Wechselrichters mit dem der F i g. 1 genau identisch ist, bezieht sich die folgende Beschreibung nur auf die Steuerschaltung 150 (oder 250) für den Thyristor 1.

Wenn bei der Steuerschaltung 150 der Fig.4 der Thyristor 1 ausgeschaltet wird, wird die zum Zeitpunkt der Ausschaltung in der Drossel gespeicherte Energie zur Einschalt-Steuerspannungsquelle 101 verschoben.

Wenn der Thyristor I als nächster eingeschaltet werden soll, werden die Transistoren 103 und 151 gleichzeitig durchgeschaltet. Dann fließt der Strom von der Einschalt-Steuerspannungsquelle 101 über den Widerstand 102, den Transistor 103 und den Thyristor 1 zurück zur Spannungsquelle 101 und schaltet den Thyristor 1 aus. Ferner fließt ein Strom von der Spannungsquelle 101 über den Transistor 151, den Widerstand 152, den Kompensator 156 und die Diode 155 zur Steuer-Spannungsquelle 101 (Fig. 4) und lädt den Kondensator 156 mit der gezeigten Polarität. Soll andererseits der Thyristor 1 ausgeschaltet werden, sr werden die Transistoren 103 und 151 gesperrt und die Transistoren 106 und 153 gleichzeitig eingeschaltet. Dann fließt ein Strom von der Ausschalt-Spannungsquelle 104 über den Thyristor 1, den Widerstand 105 und den Transistor 106 zur Spannungsquelle 104 und schaltet den Thyristor 1 aus. Der Entladestrom von Kondensator 156 fließt von diesem über den Transistor 153, den Widerstand 154, die Spannungsqueüe !04 und die Diode 157 zurück zum 2:; Kondensator 156, so daß die Ausschalt-Spannungsquelle 104 zusätzlich aufgeladen wird. Da in der Drossel 5 wiederum Energie gespeichert wird, wiederholt der Thyristor 1 danach den oben beschriebenen Ausschaltvorgang. Die Steuerschaltung 250 ist in Aufbau und Arbeitsweise gleich der Steuerschaltung 150: ihre Beschreibung erübrigt sich daher.

Fig.5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Schaltung bei einem Wechselrichter, die ähnlich wie die Schaltung der F i g. 4 bei sehr hoher Wechselrichterfre- ju quenz besonders wirksam ist. Bei der Schaltung der Fig 5 ist die in Reihe mit jedem Thyristor 1 bzw. 2 geschaltete Drossel in zwei Teile unterteilt, wobei die in einem Drosselteil gespeicherte Energie zwangsweise von der Steuer-Spannungsquelle für den Thyristor absorbiert wird, während die im anderen Drosselteil gespeicherte Energie über die Last der Haupt-Spannungsquelle zugeführt wird. Selbst wenn daher die Wechselrichterfrequenz hoch ist. wird keine überschüssige Energie in der Steuer-Spannungsquelle für den Thyristor gespeichert, selbst dann, wenn die Steuer-Spannungsquelle nur eine kleine Leistung hat.

Bei der Ausführungsform der Fig.5 sind die Thyristoren 1 und 2 sowie Drosseln 51, 52, 61 und 62 zwischen die Gleichstrom-Eingangsklemmen 3 und 4 in Reihe geschaltet. Im einzelnen ist die Anode des Thyristors 1 mit der Gleichstrom-Eingangsklemme 3 verbunden, die Reihenschaltung aus den Drosseln 51,52 und 61 ist zwischen die Kathode des Thyristors 1 und die Anode des Thyristors 2 geschaltet, die Drossel 62 schließlich ist zwischen die Kathode des Thyristors 2 und die Gleichstrom-Eingangsklemme 4 geschaltet. Die Schutzschaltungen 7 und 8 sind parallel zu den Thyristoren 1 bzw. 2 geschaltet Die Freilaufdioden 9 und 10 liegen parallel zu den Reihenschaltungen aus dem Thyristor 1 und den Drosseln 51, 52 und 61 bzw. den Thyristor 2 und den Drosseln 52, 61 und 62. Die Ausgangsklemme 12 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Drosseln 52 und 61 verbunden. Die Verbindungen der Gleichspannungsquellen 15 und 16 und der Last 18, die der Steuerschaltungen 100 und 200 für die Thyristoren 1 bzw. 2 und der Verbindungsleitungen 110, Ul, 210 und 211 sind identisch mit denen der Fig. 1; ihre Beschreibung erübrigt sich daher. Die Arbeitsweise des Wechselrichters der Fig.5 wird anhand F i g. 2 erläutert.

Ist in der Schaltung der F i g. 5 der Thyristor 1 leitend und der Thyristor 2 gesperrt, so fließt der Laststrom /0 von der Gleichspannunqsquelle 15 über die Klemme 3, den Thyristor 1, die Drosseln 51 und 52, die Klemme 12 und die Last 18 zurück zur Spannungsquelle 15. Soll der Thyristor 1 in diesem Zustand ausgeschaltet werden, so wird der Transistor 106 in der Steuerschaltung 100 zur Zeit ίο (F ig. 2) eingeschaltet. Damit fließt ein Strom von der Ausschalt-Steuer-Spannungsquelle 104 über den Thyristor 1, den Widerstand 105 und den Thyristor 106 zurück zur Steuer-Spannungsquelle 104, so daß der Ausschaltvorgang des Thyristors 1 beginnt. Infolgedessen wird der Laststrom k allmählich auf den Stromzweig Spannungsquelle 15, Klemme 3, Schutzschaltung 7, Drosseln 51 und 52, Klemme 12 und Last 18 zurück zur Spannungsquelle 15 umgeleitet. Der Ausschaltvorgang des Thyristors 1 endet zur Zeit ii (Fig. 2). Zwischen to und to fließen die Ströme A und /;. Beginnend zur Zeit t\ ist der Strom /ι gleich 0 und der Strom h gleich dem Laststrom /&. Die Spannung am Thyristor 1 steigt allmählich vom Beginn des Ausschaltvcrgangcs zur Zeit ig bis auf die Sürnrnensparinung Ed der Spannungen der Spannungsquellen 15 und 16 zur Zeit i2 an, weil der Kondensator der Schutzschaltung durch den Laststrom k aufgeladen wird. Beginnend bei der Zeit i₂ leitet die Freilaufdiode 10, so daß der Laststrom k allmählich auf den Strompfad Spannungsquelle 16, Klemme 4, Diode 10, Drossel 52. Klemme 12 und Last 18 zurück zur Spannungsquelle 16 umgeleitet wird. In diesem Zustand fließt ein Strom U über die Diode 10. Entsprechend ändert sich beginnend zur Zeit h der über die Drossel 51 fließende Strom allmählich und es fällt eine Spannung V51 der gezeigten Polarität ab. Erreicht die Spannung V51 die Spannung E_g der Steuer-Spannungsquelle 101, so beginnt der Strom /5 von der Drossel 51 über die Leitung 110, die Diode 107 und die Steuer-Spannungsquelle 101 zurück zur Drossel 51 zu fließen. Die Spannung V51 an der Drossel 51 übersteigt daher nicht die Steuer-Spannung Eg. Die Spannung Vi am Thyristor 1 ist somit gleich der Summenspannung der Gleichspannungsquelle Ed und der Steuer-Spannung Eg. Dieser Zeitpunkt ist mit /3 bezeichnet. Beginnend zur Zeit tz ist der Strom /7 gleich 0 und der Strom U gleich dem Laststrom /0. Der Strom /5 fließt weiter bis zum Zeitpunkt U, zu dem die in der Drossel gespeicherte Energie vollständig entladen ist. Vorn Zeitpunkt U an ist die Spannung V, am Thyristor 1 gleich der Summenspannung Ed der Spannungsquellen 15 und 16.

Bei der Ausführungsform der Fig.5 braucht der durch die überschüssige Energie in der Steuer-Spannun.gsquelle hervorgerufene nachteilige Effekt nicht berücksichtigt zu werden, weil die in den Drosseln 51 und 52 gespeicherte Energie von der Steuer-Spannungsquelle 101 bzw. der Gleichspannungsquelle 16 absorbiert wird.

Im der Schaltung der F i g. 5 können die Steuerschaltungen 100 und 200 für die Thyristoren durch die Steiaerschaltungen 150 und 250 der Fig.4 ersetzt werden.

Ergänzend zeigt Fig.6 die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung auf einen Zerhacker zu dessen Last eine Freilaufdiode 19 parallel liegt Da die Funktion dieser Schaltungsanordnung der der F i g. 1 sinngemäß entspricht, kann auf die weitere Erläuterung verzichtet werden.

In der Schaltung der F i g. 6 kann die Steuerschaltung 100 für den Thyristor 1 durch die Steuerschaltung 150 der F i g. 4 ersetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Umformer mit ausschaltbaren Thyristoren mit folgenden Merkmalen:

— zwischen zwei in Serie liegenden Thyristoren (1, 2), zu denen jeweils eine Drossel (5 bzw. 6) zur Begrenzung des Stromanstieges in Reihe liegt, ist eine Ausgangsklemme des Umformers angeschlossen,

— zu jedem Thyristor (1, 2) und zugehöriger Drossel (5 bzw. 6) oder nur zu jedem Thyristor (1, 2) liegt eine Freilaufdiode (9 bzw. 10) antiparallel,

— jedem Thyristor (1, 2) ist eine Schutzschaltung (7 bzw. 8) mit Kondensator (71; 81), Widerstand (73; 83) und Diode (72; 82) parallel geschaltet,

— jedem Thyristor (1, 2) ist eine mit der Steuerelektrode und der Kathode verbundene Steuerschaltung (100 bzw. 200) zum Durchschalten und Sperren zugeordnet,