DE3415795A1

DE3415795A1 - Converter having a DC voltage intermediate circuit

Info

Publication number: DE3415795A1
Application number: DE19843415795
Authority: DE
Inventors: Joze Jez
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-10-31

Abstract

The invention relates to a converter having a DC voltage intermediate circuit, a controlled rectifier and an invertor having main thyristors (3a, 4a) in a bridge circuit, which main thyristors have an RCD protection circuit (3c to 3f; 4c to 4f) and to which freewheeling valves (3b, 4b) are connected in reverse-parallel. An extinguishing circuit, which has a commutating capacitor (9) and a commutating inductor (10), is connected in parallel with each bridge arm (3, 4). In the case of a circuit which is free of reverse voltage and in which the forward voltage of the freewheeling diodes (36, 46) is the reverse voltage of the associated main thyristor (3a, 4a), in order to avoid an overvoltage on the blocked main thyristors (3a, 4a), produced by the protection inductors of the RCD circuitry, the protection inductor (3e, 4e) is connected between each main thyristor (3a, 4a) and the associated main connection (5), and every protection inductor or protection inductors having a common main connection is or are bridged by the series circuit of a resistor (12) and a diode (11), which series circuit is connected in reverse-parallel with respect to the main thyristors (3a, 4a). <IMAGE>

Description

Umrichter mit GleichspannungszwischenkreisInverter with DC voltage intermediate circuit

Die Erfindung betrifft einen Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, gesteuertem Gleichrichter und einem Wechselrichter mit Hauptthyristoren in Brückenschaltung, die eine RCD-Schutzbeschaltung mit Schutzdrossel aufweisen und zu denen Freilaufventile antiparallel geschaltet sind, wobei jedem Brückenzweig ein Löschkreis mit einem Kommutierungskondensator und einer Kommutierungsdrossel parallel geschaltet ist und für zwei Brückenzweige, die einen gemeinsamen Hauptanschluß besitzen, jeweils ein gemeinsamer Kommutierungskondensator und eine gemeinsame Kommutierungsdrossel vorgesehen sind.The invention relates to a converter with a DC voltage intermediate circuit, controlled rectifier and an inverter with main thyristors in a bridge circuit, which have an RCD protective circuit with protective choke and to which free-wheeling valves Are connected anti-parallel, each bridge branch a quenching circuit with a Commutation capacitor and a commutation reactor is connected in parallel and for two bridge branches that have a common main connection, respectively a common commutation capacitor and a common commutation reactor are provided.

Ein solcher Umrichter ist beispielsweise aus der DE-OS 25 10 357 bekannt, wobei jedoch diese Druckschrift die übliche RCD- bzw. RLC-Beschaltung nicht zeigt, zu der beispielhaft auf das "Silizium-Stromrichter-Handbuch" AG, Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) 1971, Seiten 86 bis 90 verwiesen wird. Zu betonen ist hier noch, daß eine Phase des aus der DE-OS 25 10 357 bekannten Umrichters auch als Gleichstromsteller eingesetzt werden kann.Such a converter is known for example from DE-OS 25 10 357, However, this publication does not show the usual RCD or RLC wiring, to the example of the "Silicon Power Converter Manual" AG, Brown, Boveri & Cie, Baden (Switzerland) 1971, pages 86 to 90 is referred to. It is important to emphasize here nor that one phase of the converter known from DE-OS 25 10 357 is also used as a DC converter can be used.

Bei einer solchen RCD-Schutzbeschaltung entsteht in jeder Thyristorschutzdrossel, wenn sie nicht in Sättigung ist, während einer Änderung insbesondere des Umschwingstromes eine Spannung. Um die du/dt-Beanspruchung zu begrenzen, ist aber nur die Spannung nutzbar, die die gleiche Polarität wie die Blockierspannung am Thyristor hat.With such an RCD protective circuit, every thyristor protective choke creates if it is not in saturation, especially during a change in the oscillation current a tension. However, only the voltage is used to limit the du / dt stress usable, which has the same polarity as the blocking voltage on the thyristor.

Bei anderer Polarität der Spannung an den Thyristorschutzdrosseln wird die Spannung an den gesperrten Thyristoren größer, weil sich jeweils die beiden Spannungen summieren.If the voltage at the thyristor protection reactors is of a different polarity the voltage on the blocked thyristors increases because the two Sum voltages.

Dieses Problem tritt besonders stark dann auf, wenn es in der Schaltung wenig Drosseln gibt, z.B. bei sperrspannungsfreier Schaltung, d.h. bei Schaltungen, bei denen die Durchlaßspannung der Freilaufdiode die Sperrspannung des zugehörigen Hauptthyristors ist. Insbesondere bei dieser Schaltungsausführung wirken sich Spannungen, die an den Thyristorschutzdrosseln auftreten, in voller Höhe auf den zugehörigen gesperrten Hauptthyristors aus, der dementsprechend für eine höhere Spannung ausgelegt werden muß.This problem is particularly severe when it is in the circuit there are few chokes, e.g. with switching without blocking voltage, i.e. with switching, in which the forward voltage of the freewheeling diode is the reverse voltage of the associated Main thyristor is. In this circuit design in particular, there are tensions, that occur at the thyristor protective chokes, in full to the associated blocked main thyristor, which is designed accordingly for a higher voltage must become.

Es besteht die Aufgabe, bei einem Umrichter der eingangs genannten Art, die bei der Kommutierung an den Schutzdrosseln auftretenden Uberspannungen zu dämpfen.There is the task with a converter of the aforementioned Type of overvoltages occurring at the protective reactors during commutation to dampen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen jeden Hauptthyristor und den zugehörigen Hauptanschluß die Schutzdrossel geschaltet ist, die von der Serienschaltung eines Widerstands und einer Diode überbrückt ist, die antiparallel zum Hauptthyristor geschaltet ist.According to the invention this object is achieved in that between each The main thyristor and the associated main connection the protective choke is connected, which is bridged by the series connection of a resistor and a diode, the is connected anti-parallel to the main thyristor.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung fließt der Umschwingstrom über beide Schutzdrosseln in gegensinniger Richtung. Damit entsteht zwar an jeder Drossel eine Spannung, die Summe der beiden Spannungen ist jedoch etwa gleich Null. Eine Uberspannung am sperrenden Hauptthyristor ist damit vermieden. Beim Ubergang des Stromes aus den gesättigten in den ungesättigten Zustand der Schutzdrosseln entsteht wegen der Energie in der durchflossenen Schutzdrossel eine Spannung, die den Strom erhalten möchte. Weil der Strom weiter über die Thyristordrosseln und die RD-Schaltung fließen kann, ist die Spannung von der Größe des Widerstandes abhängig.In the embodiment according to the invention, the ringing current flows via both protective chokes in opposite directions. This arises in everyone Choke a voltage, but the sum of the two voltages is approximately zero. An overvoltage at the blocking main thyristor is thus avoided. At the transition of the current from the saturated to the unsaturated state of the protective reactors due to the energy in the protective inductor through which it flows, a voltage occurs that want to get the electricity. Because the current continues through the thyristor chokes and the RD circuit can flow, the voltage depends on the size of the resistor.

Bei einer anderen Ausführungsform können die Schutzdrosseln von zwei Brückenzweigen mit gemeinsamem Hauptanschluß eine einzige Serienschaltung von Widerstand und Diode besitzen. Die obengenannten Vorteile werden auch mit dieser Schaltungsvariante erhalten.In another embodiment, the protective reactors of two Bridge branches with a common main connection are a single series circuit of resistance and own diode. The above advantages are also achieved with this circuit variant obtain.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Schaltung beispielhaft anhand der Figur näher erläutert. In der Figur ist lediglich eine Phase des in der DE-OS 25 10 357 beschriebenen Umrichters gezeigt, um die Ubersichtlichkeit zu wahren.The circuit according to the invention is exemplified below the figure explained in more detail. In the figure is only one phase of the DE-OS 25 10 357 described converter shown in order to maintain the clarity.

An zwei Klemmen 1 und 2 steht eine Gleichspannung Ud an, die beispielsweise die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises eines Umrichters sein kann. Die Klemme 1 ist mit einem Brückenzweig 3 und die Klemme 2 mit einem Brückenzweig 4 verbunden, die einen gemeinsamen Hauptanschluß 5 besitzen, der mit einem Lastanschluß 6 verbunden ist. Jeder Brückenzweig 3 bzw. 4 weist einen Hauptthyristor 3a bzw. 4a auf, wobei jedem Hauptthyristor 3a bzw. 4a eine Freilaufdiode 3b bzw. 4b antiparallel geschaltet ist. Jeder Hauptthyristor 3a bzw.A DC voltage Ud is applied to two terminals 1 and 2, for example can be the voltage of the DC link of a converter. the Terminal 1 is with a bridge branch 3 and terminal 2 with a bridge branch 4 connected, which have a common main terminal 5, which is connected to a load terminal 6 is connected. Each bridge branch 3 or 4 has a main thyristor 3a or 4a, each main thyristor 3a and 4a having a free-wheeling diode 3b and 4b in antiparallel is switched. Each main thyristor 3a or

4a besitzt eine RCD-Schutzbeschaltung, bestehend aus einem Widerstand 3c bzw. 4c und einem Kondensator 3d bzw. 4d, die als RC-Glieder den Hauptthyristoren 3a bzw. 4a parallel geschaltet sind. Zwischen die Hauptthyristoren 3a bzw. 4a und den gemeinsamen Hautanschluß 5 ist jeweils noch die Parallelschaltung einer Drossel 3e bzw. 4e und eines Widerstandes 3f bzw. 4f geschaltet.4a has an RCD protective circuit consisting of a resistor 3c or 4c and a capacitor 3d or 4d, which act as RC elements for the main thyristors 3a and 4a are connected in parallel. Between the main thyristors 3a and 4a and the common main connection 5 is still the parallel connection of a throttle 3e or 4e and a resistor 3f or 4f connected.

Für jeden Hauptthyristor 3a bzw. 4a ist eine Zwangskommutierungseinrichtung vorgesehen, in der jedem Hauptthyristor 3a bzw. 4a ein Löschkreis, bestehend aus der Reihenschaltung von einem der Löschthyristoren 7 bzw. 8, der Kommutierungsdrossel 10 und dem Kommutierungskondensator 9 parallel geschaltet ist. Dabei ist jeweils ein gemeinsamer Kommutierungskondensator 9 und eine gemeinsame Kommutierungsdrossel 10 für die beiden Brückenzweige 3 und 4 mit gemeinsamem Hauptanschluß 5 vorgesehen. Auch die beiden Löschthyristoren 7 und 8 besitzen eine Schutzschaltung, mit einem Widerstand 7a bzw. 8a und einem Kondensator 7a bzw. 8b, die als RC-Glied dem Löschthyristor 7 bzw. 8 parallelgeschaltet sind und einer Schutzdrossel 7d bzw. 8d mit parallelgeschaltetem Widerstand 7c bzw. 8c, die zu jedem Löschthyristor 7 bzw. 8 in Serie geschaltet sind.For each main thyristor 3a or 4a there is a forced commutation device provided, in each main thyristor 3a or 4a a quenching circuit consisting of the series connection of one of the quenching thyristors 7 or 8, the commutation choke 10 and the commutation capacitor 9 is connected in parallel. In each case a common commutation capacitor 9 and a common commutation reactor 10 provided for the two bridge branches 3 and 4 with a common main connection 5. The two quenching thyristors 7 and 8 also have a protective circuit with one Resistor 7a or 8a and a capacitor 7a or 8b, which act as an RC element to the extinguishing thyristor 7 and 8 are connected in parallel and a protective inductor 7d or 8d with a parallel-connected Resistors 7c and 8c, which are connected in series to each quenching thyristor 7 and 8, respectively are.

Die beiden Schutzdrosseln 3e und 4e in den Stromrichterzweigen 3 und 4 sind mit der Serienschaltung einer Diode 11 und eines Widerstands 12 überbrückt, wobei die Diode 11 antiparallel zu den beiden Hauptthyristoren 3a und 4a geschaltet ist. Es ist zu betonen, daß die gleiche Wirkung erzielt wird, wenn jede der Schutzdrossel 3e und 4e mit einer gesonderten Serienschaltung aus Diode und Widerstand überbrückt ist.The two protective chokes 3e and 4e in the converter branches 3 and 4 are bridged with the series connection of a diode 11 and a resistor 12, the diode 11 being connected in anti-parallel to the two main thyristors 3a and 4a is. It should be emphasized that the same effect is obtained if each of the protective reactors 3e and 4e bridged with a separate series connection of diode and resistor is.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird am Löschvorgang des Hauptthyristors 4a beschrieben. Der Hauptthyristor 4a wird mit Zündung des Löschthyristors 8 gelöscht. Der Umschwingstrom fließt vom Kommutierungskondensator 9 über die Kommutierungs- bzw. Umschwingdrossel 10, den Löschthyristor 8 und die Freilaufdiode 4b. Nach der Freilaufdiode 4b stehen dem Umschwingstrom zwei Strompfade zur Verfügung. Der eine Strompfad verläuft entsprechend dem Pfeil 13 über die Schutzdrossel 4e und den parallelgeschalteten Widerstand 4f. Der zweite Strompfad verläuft über den Widerstand 12, die Diode 11 und entsprechend dem Pfeil 14 über die Schutzdrossel 3e und den parallelgeschalteten Widerstand 3f. Die bei diesem Umschwingstrom an der Freilaufdiode 4b abfallende Durchlaßspannung ist die Sperrspannung des Hauptthyristors 4a. Ohne die Beschaltung mit der Diode 11 und dem Widerstand 12 würde der Umschwingstrom lediglich über die Schutzdrossel 4e fließen. In der Schutzdrossel 4e würde während jeder Stromänderung eine Spannung entstehen, falls die Schutzdrossel nicht in Sättigung ist. Ist die Spannung an der Schutzdrossel negativ gegenüber der Blockierspannung, so entsteht am sperrenden Thyristor eine Uberspannung und die Hauptthyristoren 3a und 4a müssen für eine höhere Spannung ausgelegt werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, bei der beide Schutzdrosseln 3e und 4e durch die Serienschaltung der Diode 11 und des Widerstandes 12 überbrückt sind, fließt der Umschwingstrom beim Ansteigen des Stromes gegensinnig über beide Schutzdrosseln, an jeder Schutzdrossel entsteht zwar eine Spannung, die Summe der beiden Spannungen ist aber etwa gleich Null Volt, womit Uberspannungen am Hauptthyristor 4a vermieden sind. Die an den Schutzdrosseln entstehende Spannung ist von der Größe des Widerstandswertes des Widerstandes 12 abhängig. Bei großem Widerstandswert (größer 10 Ohm) wird die Uberspannung unwesentlich gedämpft. Bei kleinem Widerstandswert (kleiner 0,5 Ohm) bleibt die Spannung zwar klein, die Energie in den Schutzdrossel wird aber gegen eine kleine Spannung abgebaut und der Strom im Umschwingkreis fließt länger.The mode of operation of the circuit is based on the extinguishing process of the main thyristor 4a described. The main thyristor 4a is extinguished when the extinguishing thyristor 8 is triggered. The oscillating current flows from the commutation capacitor 9 via the commutation or Umschwingdrossel 10, the quenching thyristor 8 and the freewheeling diode 4b. After The free-wheeling diode 4b has two current paths available for the oscillating current. The one The current path runs according to the arrow 13 via the protective inductor 4e and the parallel-connected Resistance 4f. The second current path runs via the resistor 12, the diode 11 and according to the arrow 14 via the protective throttle 3e and the parallel-connected Resistor 3f. The falling current at the freewheeling diode 4b during this ringing current Forward voltage is the reverse voltage of the main thyristor 4a. Without the wiring with the diode 11 and the resistor 12 would the ringing current only flow through the protective throttle 4e. In the protective choke 4e would during Every change in current generates a voltage if the protective reactor is not in saturation is. If the voltage at the protective reactor is negative compared to the blocking voltage, this creates an overvoltage at the blocking thyristor and the main thyristors 3a and 4a must be designed for a higher voltage. In the inventive Design in which both protective chokes 3e and 4e are connected in series the diode 11 and the resistor 12 are bridged, the ringing current flows when the current rises in opposite directions across both protective reactors, at each protective reactor a voltage is created, but the sum of the two voltages is roughly the same Zero volts, which avoids overvoltages on the main thyristor 4a. The Andes The voltage produced by protective reactors depends on the magnitude of the resistance value of the Resistance 12 dependent. If the resistance value is high (greater than 10 ohms), the overvoltage is insignificantly damped. If the resistance value is small (less than 0.5 Ohm), the The voltage is small, but the energy in the protective reactor is against a small one Voltage is reduced and the current in the oscillating circuit flows longer.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur wurde in Hinblick auf eine Brückenschaltung beschrieben, wie sie aus der DE-OS 25 10 357 bekannt ist. Der in der Figur gezeigte Phasenbaustein kann jedoch auch als Gleichspannungssteller betrieben werden, wenn die Last zwischen der Klemme 6 und der Klemme 2 liegt. An einer solchen Last liegt die Eingangsspannung, wenn der Hauptthyristor 3a gezündet ist und die Spannung an der Last verschwindet, wenn der Hauptthyristor 4a leitend ist.The embodiment according to the figure was in view of a Bridge circuit described as it is known from DE-OS 25 10 357. The in The phase module shown in the figure can, however, also be operated as a DC voltage controller when the load is between terminal 6 and terminal 2. On one of these Load is the input voltage when the main thyristor 3a is triggered and the Voltage across the load disappears when the main thyristor 4a is conductive.

2 Patentansprüche 2 Figur2 claims 2 figure

Claims

Claims I1.) Converter with DC voltage intermediate circuit, controlled Rectifier and an inverter with main thyristors in a bridge circuit, which have an RCD protective circuit with protective choke and to which free-wheeling valves Are connected anti-parallel, each bridge branch a quenching circuit with a Commutation capacitor and a commutation reactor is connected in parallel and for two bridge branches that have a common main connection, one each common commutation capacitor and a common commutation reactor are provided are, that is, that between each main thyristor (3a, 4a) and the associated main connection (5) the protective throttle (3e, 4e) switched is bridged by the series connection of a resistor (12) and a diode (11) is connected in anti-parallel to the main thyristors (3a, 4a).

2. Converter according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that protective chokes (3e, 4e) of two bridge branches (3, 4) with a common Main connection (5) a single series connection of resistor (12) and diode (11) own.