DE2925728C2 - Lösch- und Kommutierungsanordnung für Thyristoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich au eine Anordnung zur Kommutierung und Löschung von Thyristoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Anordnung ist bekannt (etz-a Bd.99 (1978) H.H. S. 678-681, insbes. Bild 2a).

Bei dieser Anordnung für einen selbstgeführten Stromrichter dient ein Transistor zum Löschen von Thyristoren. Hierbei werden die vorteilhaften Eigenschaften der Thyristoren und des Transistors ausgenutzt Bei einem Transistor ist dies in erster Linie die Ausschaltbarkeit über den Steuerstrom, und bei Thyristoren ist es vor allem der niedrige Preis gegenüber Transistoren.

Im Vergleich zu Thyristoren entfallen bei Leistungstransistoren in selbstgeführten Stromrichtern die Kommutierungsschaltungen, die aus Kondensatoren, Induktivitäten und Hilfsthyristoren aufgebaut sind. Andererseits ist die Ansteuerung bei Leistungstransistoren aufwendiger, denn die Leistungstransistoren sind aufgrund ihrer geringeren Stromverstärkung mit verhältnismäßig hohen Steuerströmen anzusteuern, die überdies während der gesamten Stromführungsdauer aufzubringen sind Zum Ausschalten ist außerdem der Steuerstrom nicht nur auf Null zu schalten, sondern für kurze Zeit negativ einzuprägen.

Dem Vorteil der Ausschaltbarkeit der Leistungstransistoren über den Steueranschluß steht die komplizierte Ansteuerung sowie die geringe Stromüberlastbarkeit und der höhere Preis gegenüber.

Leistungstransistoren haben in den letzten Jahren durch die Verbesserung ihrer Grenzdaten und die Senkung ihrer Herstellungskosten für die Leistungselektronik zunehmend an Bedeutung gewonnen.

Aus der DE-OS 25 38 317 ist eine Anordnung bekannt, bei der der Transistor parallel zum Thyristor liegt Der Thyristor dient zum Einschalten und zum Führen des Stromes, während der Transistor durch kurzzeitige Übernahme des Thyristorstromes das Ausschalten der Schaltungsanordnung besorgt Das Einschalten erfolgt durch Zünden des Thyristors mit einem kurzen Steuerstromimpuls ic. Der Thyristor übernimmt Strom, sofern es der Stromkreis zuläßt und führt diesen Strom bis zu dem Zeitpunkt, Ία dem der Transistor mit einem Steuersignal /'s angesteuert wird. Der Transistor muß dann solange Strom führen, wie der Thyristor Zeit zum Freiwerden benötigt. Der Transistor wird anschließend durch Fortnahme seines Steuersignals /'s ausgeschaltet.

Die Vorteile dieser bekannten Anordnung bestehen darin, daß Kommutierungskreise wie bei selbstgeführten Stromrichtern nicht erforderlich sind und daß zum anderen der Steuerleistungsbedarf gemessen an dem für Leistungstransistoren gering ist.

Außerdem ist der Transistor in dieser Schaltungsanordnung höher ausnutzbar, da in ihm weder Einschaltnoch Durchlaßverluste entstehen. Die obere Frequenzgrenze dieser Ventilanordnung hängt von der Freiwerdezeit der verwendeten Thyristoren ab. Betreibbar ist die Ventilanordnung bis zu beliebig niedrigen Betrisbsfrequenzen (im Grenzfall mit Gleichstrom).

Mit dieser Grundschaltung lassen sich selbstgeführte Stromrichter und Wechselrichter und Gleichstromstel ler ausführen.

Bei der eingangs genannten, aus der etz-a a. a. O. bekannten Schaltung eines dreiphasigen Wechselrichters übernimmt ein Transistor die Kommutierung und Löschung aller Thyristoren des Wechselrichters. Eine sol- ehe Anordnung wird als Summenlöschschaltung bezeichnet, weil mit einer Löscheinrichtung nacheinander alle Thyristoren im Wechselrichter gelöscht werden können. Bei dieser bekannten Anordnung, die in der Zeich nung dargestellt ist, sind die Thyristoren Ti bis 76 die Hauptthyristoren, während die Dioden Di bis D 6 Rückstromdioden des Wechselrichters sind. Zur Löscheinrichtung gehören die Hilfsthyristoren T13 und 715. Als Schalter dient der Transistor 7*14, während die Spannungsquelle E₀ die Kommutierungsspannung zur Verfügung stellt

Zur Erklärung der Strombeanspruchung des Transistorschakers sind auch die erforderlichen Ventilbeschaltungen dargestellt

Mit Hilfe der Hilfsthyristoren Tl bis Γ12 sowie der Hilfsthyristoren Γ13 und 715 wird der Transistor Γ14

mit der in Reihe liegenden Spannungsquelle E₀ parallel zu den zu löschenden Hauptthyristoren geschaltet

Soll beispielsweise der Hauptthyristor Tl gelöscht

werden, so sind die ihm zugeordneten Hilfsthyristoren Γ10 und 7*13 zu zünden und außerdem der Transistor einzuschalten. Der Strom im Thyristor Ti kommutiert dann infolge der Kommutierungsspannung E₀ in den beschriebenen Kommutierungskreis. Nach der Kommu- tierung muß der Laststrom über den Kommutierungskreis solange fließen, bis der Hauptthyristor 71 gelöscht ist Während der Löschzeit t/. liegt die Spannung E₀ als negative Sperrspannung am Thyristor. Erst nach der Löschzeit it darf der Transistor ausgeschaltet wer den, womit der Löschvorgang beendet ist

Der Strom im Löschzweig fließt noch solange über die Transistorbeschaltung, bis die Diode D1 den Strom übernehmen kann. Der Beschaltungskondensator der Transistorbeschaltung ist dann annähernd auf die Spanso nung Ud + E₀ aufgeladen.

Die Strombeanspruchung beim Einschalten des Transistorschalters setzt sich dabei aus vier Komponenten zusammen:

1. Übernahme des Stromes vom zu löschenden Ventil

2. Entladestrom seines Beschaltungskondensators

3. Stoßstromartige Auf- und Umladung der Beschaltung anderer Hilfsthyristoren; in dem Beispiel: Aufladung des Beschaltungskondensators

4. Erhöhung des Laststromes, weil während der Löschzeit die Löschspannungsquelle E₀ in Reihe zur Wechselrichtereingangsspannung Ud liegt

Da der Transistor T14 auch kurzzeitig nicht in der Lage ist, Stoßströme zu führen, die über I_c. ™ liegen,

müßte er für den Einschaltstromstoß ausgelegt werden.

Da der Stoßstromwert ein Mehrfaches des zu kommu-

tierenden Stromes betragen kann, wäre dies eine sehr

kostspielige Lösung, denn der Leistungstransistor ist im Vergleich zum Thyristor ein recht teures Bauelement Eine Strombegrenzung mittels Induktivitäten würde die Kommutieningsfähigkeit beeinträchtigen bzw. Oberspannung hervorrufen. Auch Sättigungsdrtsseln wären bei einer variablen Wechselrichtereingangsspannung nachteilig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Strombelastung von Leistungstransistoren in Lösoh- und Kommutierungsschaltungen von insbesondere Selbstgefühlen Stromrichtern zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst

Die erfindungsgemäße Lösung führt zu einer Entla- is stung des Transistorschaiters von den Einschaltverlusten und Vermeidung von Spitzenstrombelastungen, für die ein Transistor schlecht geeignet ist

Durch Verringerung des Transistoraufwandes wird eine kostengünstige Lösung ermöglicht, da bei den bekannten Anordnungen die Verwendung größerer Typen notwendig bzw. eine größere Anzahl von Transistoren parallel zu schalten ist Dies bedingt höhere Kosten, da Transistoren im Vergleich zu Thyristoren sehr viel teurer sind.

Anhand des bereits beschriebenen Ausführungsbeispiels soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden.

Da Thyristoren mit niedrigen Dauergrenzstromwerten schon relativ hohe Stoßströme führen können, kann man mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei der ein Thyristor T16 parallel zum Transistorschalter 7" 14 und der Spannungsquelle E₀ liegt, erreichen, daß dieser den Entladestrom der Transistorbeschaltung und die Auf- und Umladeströme der übrigen Hilfsthyristorbeschaltungen übernimmt

Dazu ist der Thyristor 7" 16 so zeitig vor dem Einschalten der übrigen Löschkreisventile zu zünden, daß die Beschaltungsströme niedrige Werte erreicht haben, bzw. daß am Transistorschalter Γ14 nur noch eine kleine Spannung verbleibt Wird dann in der bereits beschriebenen Weise der Löschkreis mit der Löschspannungsquelle E₀ eingeschaltet, liegt die Löschspannungsquelle E₀ in Sperrpolarität auch am Thyristor Γ16. Während der Einschaltzeit des Löschzweiges erhält dann der Thyristor Γ15 die notwendige Schonzeit.

So steht eine Anordnung zur Verfügung, die die Einschaltverluste des Transistorschalters ΤΊ4 weitestgehend vermeidet und es ermöglicht, die volle Kommutierungsfähigkeit des Wechselrichters zu erhalten, da störende Zusatzinduktivitäten vermieden werden.

Es ist weiterhin zu beachten, daß die Lebensdauer von Transistoren wesentlich von ihrer Temperatur abhängt Werden daher Leistungstransistoren ir derartigen Löschschaltungen betrieben, besteht die Verlustleistung im wesentlichen aus den Schaltverlusten, so daß der Wegfall eines Schaltverlustanteils die Gesamtverluste deutlich vermindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Kommutierung und Löschung von Thyristoren mit einem Transistor mit in Reihe geschalteter Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung von Transistor (T 14) und Spannungsquelle (E₀) ein Thyristor (T 16) mit kathodenseitigem Anschluß am Pluspol der Spannungsquelle (E₀) und anodenseitigem Anschluß am Kollektor des Transistors (T 14) geschaltet ist