DE3410580C2

DE3410580C2 -

Info

Publication number: DE3410580C2
Application number: DE3410580A
Authority: DE
Inventors: Kozo Itami Hyogo Jp Yamagami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-03-22
Filing date: 1984-03-22
Publication date: 1987-05-27
Also published as: JPS59172759A; US4634891A; DE3410580A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Abschaltthyristormodul mit einem Gehäuse rechteckigen Querschnitts, in dem mindestens ein Abschaltthyristor vorgesehen ist, mit je einem Anodenhauptanschluß, einem Kathodenhauptanschluß und einem Gatesteueranschluß auf der Oberseite des Gehäuses für jeden Abschaltthyristor, und mit internen Verbindungsleitungen, über die die genannten Anschlüsse jeweils entsprechend mit einer Anodenelektrode, einer Kathodenelektrode und einer Gateelektrode des jeweiligen Abschaltthyristors verbunden sind.

Derartige Abschaltthyristormodule sind aus der PCT-WO 79/00817 bekannt. Sie finden insbesondere Anwendung bei neuen Techniken der Energieverteilung. Es sind starke Anstrengungen unternommen worden, elektrische Energie durch die Schaffung von verbesserten Hochleistungsschaltvorrichtungen einzusparen. Die Verwendung von Abschaltthyristoren (GTO) ist dabei besonders erfolgversprechend, weil diese in ihren Abmessungen klein, jedoch hinsichtlich ihrer Stromschaltfähigkeit außerordentlich leistungsfähig sind. GTO-Module finden insbesondere Anwendung in Inverterschaltungen, welche zur Steuerung elektrischer Motoren verwendet werden.

Es ist üblich, Schaltungen mit GTO in Module aufzuteilen bzw. auszubilden, um ihre Gesamtgröße zu verringern. In einem einzigen Modul sind, wie ebenfalls aus der PCT-WO 79/00817 bekannt, beispielsweise zwei GTO in Reihe miteinander verbunden. Außen am Modulgehäuse ist ein Anodenhauptanschluß, der mit der Anodenelektrode des zweiten GTO verbunden ist, vorgesehen, sowie ein Kathodenhauptanschluß, welcher mit der Kathodenelektrode des ersten GTO verbunden ist. Es ist ferner ein gemeinsamer Hauptanschluß im Mittelbereich der Oberseite des Gehäuses vorgesehen, der mit der Anodenelektrode des ersten GTO und der Kathodenelektrode des zweiten GTO verbunden ist. Von außen in einem Endbereich der Oberseite des Gehäuses zugänglich sind ferner ein Gatesteueranschluß sowie ein weiterer Kathodenanschluß als Kathodensteueranschluß, welche jeweils mit der Gateelektrode und der Kathodenelektrode des ersten GTO verbunden sind; sowie ein Gatesteueranschluß und ein Kathodensteueranschluß, welche jeweils mit der Gateelektrode bzw. der Kathodenelektrode des zweiten GTO verbunden sind.

Wird ein Abschaltthyristormodul in einer Inverter- oder Zerhackerschaltung verwendet, so ist, wie aus der Zeitschrift "Elektrie" 35, 1981, Heft 3, Seiten 119 bis 122 bekannt, eine Dämpfungsschaltung zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode des GTO vorgesehen. Einer der Gründe für die Verwendung der Dämpfungsschaltung ist der, den durch den GTO fließenden Strom, und zwar im Zeitpunkt der Abschaltung des GTO, kurzzuschließen, um so den durch den GTO fließenden Strom schnell abzuschalten. Hierzu soll der Leistungsverlust in dem GTO verringert werden. Ein anderer Grund besteht darin, ein Wiederzünden bei einem Ausschaltversagen des GTO dadurch zu verhindern, daß eine Spitzenspannung, die durch eine Induktivität in der Dämpfungsschaltung aufgebaut wird, während der fallenden Periode überlagert wird.

Die Anschlußleitungen zwischen Dämpfungsschaltung und Thyristor sind mit Leitungsinduktivitäten behaftet. Zusätzliche Leitungsinduktivitäten führen jedoch zu Schaltverlusten beim Abschalten mittels des Abschaltthyristormoduls. Überschreiten diese Schaltverluste einen bestimmten Wert, so kann es zur Zerstörung des GTO kommen. Man wird daher bestrebt sein, die Längen der Verbindungsdrähte zwischen Dämpfungsschaltung und Thyristor im Inneren des Abschaltthyristormoduls möglichst kurz zu halten, um so die Induktivitäten der Zuleitungen so weit wie möglich zu verringern.

Bei herkömmlichen Abschaltthyristor-Modulen wird die erforderliche Dämpfungsschaltung für den GTO zwischen dem Anoden- und Kathodenhauptanschluß angeordnet. Umfaßt das Modul zwei Thyristoren, wird die zweite Dämpfungsschaltung für den zweiten GTO zwischen dessen Anoden- und Kathodenhauptanschluß vorgesehen. Ein solches herkömmliches Abschaltthyristormodul weist die folgenden Nachteile auf:

(1) Da die Elektrodenhauptanschlüsse gemeinsam als Verbindungsanschlüsse für die Dämpfungsschaltung dienen, ist die gesamte Länge der Leitung der Dämpfungsschaltung sowie der Leitung zu den Elektrodenhauptanschlüssen des GTO grundsätzlich bestimmt durch die Größe der Bauteilvorrichtung. Sogar dann, wenn die externen Leitungsverbindungen der Dämpfungsschaltungen verkürzt würden, würden die gesamten Induktivitäten nicht in ausreichendem Maße verringert werden.
(2) Da die Elektrodenhauptanschlüsse gemeinsam als Verbindungsanschlüsse dienen, um die Dämpfungsschaltung mit dem GTO zu verbinden, ist es notwendig, zwei Leitungen mit jeder Hauptelektrode zu verbinden, was das Gerät schwierig in seiner Gestaltung und zum Reparieren macht.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Abschaltthyristormodul der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden, also insbesondere die unerwünschten Leitungsinduktivitäten der Dämpfungsschaltung möglichst verringert werden; zusätzlich soll der elektrische Anschluß des Moduls vereinfacht werden.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem Abschaltthyristormodul der eingangs erwähnten Art, gegebenenfalls mit zwei in einem Gehäuse integrierten Abschaltthyristoren; gelöst wird die Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 2 aufgeführten Merkmale.

Infolge der unterschiedlichen Höhenlage der Verbindungsanschlüsse für die Dämpfungsschaltung ergibt sich eine beträchtliche Verkürzung dieser Verbindungsleitungen. Damit geht eine wesentliche Herabsetzung der Leitungsinduktivitäten einher. Das erfindungsgemäß ausgestaltete Abschaltthyristormodul zeichnet sich durch ein wesentlich verbessertes Abschaltverhalten, insbesondere durch verringerte Schaltverluste aus. Durch das Vorsehen besonderer Verbindungsanschlüsse an der Außenseite des Gehäuses für den Anschluß der Dämpfungsschaltung bzw. -schaltungen wird die Beschaltung des Abschaltthyristormoduls wesentlich vereinfacht.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Abschaltthyristormoduls ergeben sich aus den beiden Unteransprüchen 3 und 4.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abschaltthyristormoduls wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A einen Abschaltthyristor (GTO), welcher in einer Inverterschaltung vorgesehen ist, in einem Schaltbild;

Fig. 1B bis 1E die Verläufe für Spannung und Strom an unterschiedlichen Stellen der Schaltung von Fig. 1A, welche beim Abschalten des Thyristors auftreten;

Fig. 2 des Abschaltthyristormodul, in einem Schaltbild und

Fig. 3 die Außenansicht des Abschaltthyristormoduls von Fig. 2, in einer perspektivischen Ansicht.

Fig. 1A zeigt einen Abschaltthyristor innerhalb einer Inverterschaltung mit einer Diode D _S, einem Kondensator C _S und einem Widerstand R _S. Insbesondere ist in Fig. 1A eine Phase der Inverterschaltung dargestellt. Die Fig. 1B bis 1E zeigen die Verläufe von Spannung und Strom an entsprechenden Punkten der Schaltung, aufgenommen während des Abschaltvorgangs. Insbesondere zeigt Fig. 1B den Verlauf einer Spannung V _AK zwischen der Anode und der Kathode des GTO beim Abschalten. Die Spannung schwingt über, was durch Δ V _AK und V _DP angedeutet ist. V _DP tritt während der Abschaltzeit auf. Dies kann durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden: und wobei L _{T 1} = l₃+l₄+l₅+l₆l₇+l₈, L _{T 2} = l₁+l₂+-l₃+l₄, und l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, l₆, l₇ und l₈ Induktivitäten von entsprechenden Verbindungsleitungen, wie in Fig. 1A angedeutet ist, bedeuten. Unter dem Überschwingen ist Δ V _AK wichtig für die Durchbruch- oder Durchschlagspannung des GTO, während V _DP wichtig ist in bezug auf den Schaltverlust in der GTO im Zeitpunkt der Abschaltung. Die Spannung V _DP nimmt zu proportional zur Induktivität der Leitung L _{T 2}. Wenn die Leitungsinduktivität L _{T 2} zunimmt, nimmt der Schaltverlust beim Abschalten zu. Der GTO kann tatsächlich zerstört werden, wenn die Schaltverluste genügend hoch sind.

Die Schaltungsstruktur des erfindungsgemäßen Abschaltthyristormoduls ist in Fig. 2 dargestellt. Es enthält zwei Abschaltthyristoren GTO₁ und GTO₂. Es sind besondere Verbindungsanschlüsse 106, 107 bzw. 104, 105 für den Anschluß von Dämpfungsschaltungen 140 bzw. 150 vorgesehen. Über interne Leitungen sind diese Verbindungsanschlüsse direkt mit der Anodenelektrode bzw. der Kathodenelektrode jedes Thyristors GTO₁ und GTO₂ verbunden. Die die Dämpfungsschaltung verbindenden Anschlüsse sind sehr nahe an den entsprechenden Elektroden der Thyristoren GTO₁ und GTO₂ angeordnet. Die Verbindungsanschlüsse 106, 107 bzw. 104, 105 sind unabhängig von den Elektrodenhauptanschlüssen 101, 102 und 103 vorhanden. Die Gatesteueranschlüsse der Thyristoren GTO₁ und GTO₂ sind mit 108 und 110 bezeichnet. Darüber hinaus weist das Abschaltthyristormodul noch je einen jeweils mit der Kathodenelektrode der Thyristoren GTO₁ und GTO₂ verbundenen Kathodensteueranschluß 109 bzw. 111 auf. Die internen Leitungen innerhalb des Gehäuses 100 des Abschaltthyristormoduls sind sehr kurz ausgebildet.

Fig. 3 zeigt die äußere Gestaltung des Abschaltthyristormoduls. An der Oberseite des Gehäuses 100 sind die Elektrodenhauptanschlüsse 101, 102 und 103 vorgesehen. Unabhängig davon sind an den beiden Seiten des Gehäuses 100 separate Verbindungsanschlüsse 106, 107 bzw. 104, 105 vorgesehen, welche zum Anschluß von nicht dargestellten Dämpfungsschaltungen dienen. Die Verbindungsanschlüsse 104, 105 bzw. 106, 107 sind in einer gegenüber der Oberseite des Gehäuse 100 unterschiedlichen Höhenlage angeordnet, so daß diese Verbindungsanschlüsse für die Dämpfungsschaltungen niedriger als die Elektrodenhauptanschlüsse 101, 102 und 103 liegen. Die Anordnung der Verbindungsanschlüsse 104 bis 107 in einer anderen Ebene gegenüber den Elektrodenhauptanschlüssen 101 bis 103 erlaubt ein einfaches und schnelles Anschließen der Dämpfungsschaltungen 140, 150 (vergleiche Fig. 2), wobei auch die Elektrodenhauptanschlüsse 101 bis 103 stets leicht zugänglich bleiben.

Claims

1. Abschaltthyristormodul mit einem Gehäuse rechteckigen Querschnitts, in dem mindestens ein Abschaltthyristor vorgesehen ist, mit je einem Anodenhauptanschluß, einem Kathodenhauptanschluß und einem Gatesteueranschluß auf der Oberseite des Gehäuses für jeden Abschaltthyristor, und mit internen Verbindungsleitungen, über die die genannten Anschlüsse jeweils entsprechend mit einer Anodenelektrode, einer Kathodenelektrode und einer Gateelektrode des jeweiligen Abschaltthyristors verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

- daß an der Außenseite des Gehäuses (100) Verbindungsanschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für eine Dämpfungsschaltung (140, 150) vorgesehen sind,
- daß die Verbindunganschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für die Dämpfungsschaltung (140, 150) über interne Verbindungsleitungen mit der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode des jeweiligen Abschaltthyristors (GTO₁ bzw. GTO₂) verbunden sind, und
- daß die Verbindungsanschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für die Dämpfungsschaltung (140, 150) im Bereich der Seitenflächen des Gehäuses (100) in einer gegenüber der Oberseite des Gehäuses (100) unterschiedlichen Höhenlage angeordnet sind,
- so daß die internen Verbindungsleitungen der Verbindungsanschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für die Dämpfungsschaltung (140, 150) kürzer sind als die internen Verbindungsleitungen, die die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode mit dem Anodenhauptanschluß (101) und dem Kathodenhauptanschluß (103 bzw. 102) verbinden.

2. Abschaltthyristormodul nach Anspruch 1, bei dem in dem Gehäuse ein erster und ein zweiter Abschaltthyristor in Serienschaltung vorgesehen sind, mit dem Kathodenhauptanschluß des ersten Abschaltthyristors als erstem Kathodenhauptanschluß, dem Anodenhauptanschluß des zweiten Abschaltthyristors als zweitem Anodenhauptanschluß und einem gemeinsamen Hauptanschluß für die Anode des ersten und die Kathode des zweiten Abschaltthyristors zusammen in einem Mittelbereich der Oberseite des Gehäuses, mit dem Gatesteueranschluß des ersten und zweiten Abschaltthyristors als erstem und zweitem Gatesteueranschluß sowie einem mit der Kathodenelektrode des ersten Abschaltthyristors verbundenen ersten und einem mit der Kathodenelektrode des zweiten Abschaltthyristors verbundenen zweiten Kathodensteueranschluß in einem Endbereich der Oberseite des Gehäuses,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der erste Gatesteueranschluß (108) mit dem ersten Kathodensteueranschluß (109) und der zweite Gatesteueranschluß (110) mit dem zweiten Kathodensteueranschluß (111) auf gegenüberliegenden Endbereichen der Oberseite des Gehäuses (100) angeordnet sind,
- daß die Dämpfungsschaltung aus einer ersten Dämpfungsschaltung (140) für den ersten Abschaltthyristor (GTO₁) und einer zweiten Dämpfungsschaltung (150) für den zweiten Abschaltthyristor (GTO₂) besteht, und
- daß die Verbindungsanschlüsse für die erste Dämpfungsschaltung (140) ein erstes Paar von Verbindungsanschlüssen (106, 107) und die Verbindungsanschlüsse für die zweite Dämpfungsschaltung (150) ein zweites Paar von Verbindungsanschlüssen (104, 105) bilden.

3. Abschaltthyristormodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das erste Paar von Verbindungsanschlüssen (106, 107) und das zweite Paar von Verbindungsanschlüssen (104, 105) in einander gegenüberliegenden Bereichen der Seitenfläche des Gehäuses (100) angeordnet sind.

4. Abschaltthyristormodul nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Bereiche der Seitenflächen des Gehäuses (100), in denen das erste und das zweite Paar von Verbindungsanschlüssen (106, 107 bzw. 104, 105) angeordnet sind, als von der Oberseite des Gehäuses (100) aus abgestufte Bereiche ausgebildet sind.