DE3707310A1

DE3707310A1 - Thyristor-kommutierungsschaltung

Info

Publication number: DE3707310A1
Application number: DE19873707310
Authority: DE
Inventors: Edward Keith Howell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1987-03-07
Publication date: 1987-09-17
Also published as: CA1267702A; BR8606356A; JPS62217854A; IT8719691A0; FR2595888A1; US4687950A; IT1204940B

Description

Wenn Thyristoren im leitenden Zustand sind, bleiben sie in diesem Zustand, bis der Anodenstrom unter den Haltestrom des Thyristors abfällt; an diesem Punkt kommutiert der Thyristor in den nicht leitenden oder Sperrzustand. Eine bekannte Kommutierungstechnik verwendet die normale Umkehr eines Wechselstroms. Andere bekannte Techniken benutzen die Entladung eines Kommutierungskondensators in den Thyristor, um den Strom auf Null zu drücken, und die Ver größerung des Haltestroms des Thyristors, indem ein Rückwärts- Gate-Strom aufgedrückt wird, wie es bei dem Abschalt-Thyristor (Gate-Turn-Off-Thyristor, GTO) der Fall ist. Ein Verfahren zum Umkehren bzw. Reversieren des Gate-Stroms in dem GTO ist das so genannte "Emitterschalten" oder "Kathodenschalten" und verwendet eine Schaltvorrichtung, wie beispielsweise einen mechanischen Schalter oder einen Thyristorschalter, in Reihe mit der Kathode des GTO und zwei Dioden, um den Gate-Strom um den Schalter herum zu leiten, wenn der Schalter ausschaltet. Im Einschaltzustand muß der Schalter den vollen GTO-Strom leiten und im Ausschalt zustand muß er eine relativ kleine Spannung aushalten, die üb licherweise in der Größenordnung von 20 Volt liegt. Der Schalter spannungsabfall im Einschaltzustand muß sehr klein sein, er liegt in der Größenordnung von 100 Millivolt, um den Energiever lust möglichst klein zu halten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Thyristor-Kommutierungsschal tung mit einem extrem kleinen Energieverlust anzugeben, die durch eine Kommutierungsschaltung betätigt wird, die von dem Thyristor kreis getrennt ist.

Erfindungsgemäß ist eine Kommutierungsschaltung mit einem Thyri stor in Reihe geschaltet, die leitend ist, um den Thyristor schnell in einen nicht-leitenden bzw. sperrenden Zustand zu schalten. Eine Umleit- bzw. Ableitschaltung (Snubber-Schaltung) ist dem Thyristor parallel geschaltet, um Energie aus dem System zu ab sorbieren, damit der Thyristor während des Schaltvorganges nicht beschädigt wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild von einem Thyristor schaltkreis gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin dung für einen Abschalt-Thyristor (GTO).

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild von einem Thyristor schaltkreis gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen steuerbaren Siliziumtransistor (SCR).

Fig. 1 zeigt eine Thyristorschaltung 10, in der ein Abschalt- Thyristor GTO mit einem Leiter 11 in Reihe geschaltet ist, wobei an den Klemmen 12, 13 an gegenüberliegenden Enden des Leiters eine Spannung angelegt ist. Eine Kommutierungsschaltung 14 ist mit dem GTO in Reihe geschaltet, und eine Umleit- bzw. Snubber-Schaltung 15 ist parallel zum GTO angeordnet, um die Kommutierung zu unter stützen und den GTO vor einer Beschädigung zu schützen, wenn der GTO von seinem leitenden in seinen nicht-leitenden Zustand über geht. Die Kommutierungsschaltung ist mit dem GTO durch einen Stromtransformator 19 gekoppelt, wie es in der Zeichnung darge stellt ist. Der Stromtransformator weist eine Primärwicklung 20 auf, die eine einzige Windung besitzt, und koppelt die Kommutie rungsschaltung mit dem Thyristorkreis durch den Transformator kern 21 und die Sekundärwicklung 22. Ein Varistor 16 ist der Sekundärwicklung parallel geschaltet, und ein Transistor Q ₁ ist seinerseits parallel zu Leitern 17, 18 und dem Varistor 16 ange ordnet. Im Betrieb wird der Transistor Q ₁ dadurch durchgeschal tet, daß eine Basistreiberspannung an den Anschlüssen 23, 24 an gelegt wird, wodurch die Sekundärwicklung 22 praktisch kurzge schlossen wird, so daß keine Spannung über dem Varistor anliegt. Um den GTO durchzuschalten, wird ein Impuls über die Anschlüsse 25, 26 an das Gate des GTO angelegt, das mit der Kathode durch Dioden D ₂, D₃ verbunden ist. Wenn der GTO leitend ist und eine Basistreiberspannung an den Transistor Q ₁ angelegt ist, fließt kein Strom durch die Dioden D ₂, D₃. Wenn keine Basistreiber spannung am Transistor Q ₁ anliegt, wird über der Sekundärwick lung 22 durch die Transformatorwirkung des Kernes 21 eine Span nung entwickelt. Gleichzeitig steigt die Spannung über dem Vari stor 16, und wenn die Varistorklemmspannung erreicht wird, wird der Varistor leitend und es entsteht eine Spannung über der Pri märwicklung 20. Die Spannung über der Primärwicklung stellt eine Impedanz in Reihe mit dem GTO dar, wodurch der GTO-Kathodenstrom auf das Gate und die Dioden D ₂, D₃ übergeht, um den Abschalt- Thyristor GTO schnell in den Sperrzustand zu schalten. Der Kreis strom fließt nun durch die Diode D ₁ und den Widerstand R ₁ in der Umleit- bzw. Snubber-Schaltung 15, wodurch der Kondensator C ₁ sich aufzuladen beginnt, wodurch die Änderungsgeschwindigkeit der Spannung über dem GTO begrenzt wird. Wenn der GTO wieder in seinen leitenden Zustand geschaltet werden soll, wird eine Basis treiberspannung an den Transistor Q ₁ angelegt, um diesen durch zuschalten, und ein Stromimpuls wird über der Kathode und dem Gate des GTO über die Anschlüsse 25, 26 angelegt, um den GTO durchzuschalten.

In der Thyristorschaltung 10 gemäß Fig. 2 ist ein steuerbarer Siliziumgleichrichter SCR gezeigt, der mit dem Leiter 11 in Reihe geschaltet ist, an dessen Enden 12, 13 eine Spannung ange legt werden kann. Die Kommutierungsschaltung 14 ist mit der Ano de des SCR in Reihe geschaltet, und die Umleit- bzw. Snubber schaltung 15 liegt parallel zum SCR in einer ähnlichen Weise wie bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1. Eine Basistreiber spannung wird dem Transistor Q ₁ durch Anschlüsse 23, 24 zuge führt, um den Aufbau einer Spannung über der Sekundärwicklung 22 des Stromtransformators 19 und auch über dem Varistor 16 zu verhindern. Die Kommutierungsschaltung 14 kann auch mit der Kathode des SCR in Reihe geschaltet werden, wie es bei dem GTO in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 der Fall ist, wenn dies gewünscht wird. Der SCR wird durchgeschaltet durch einen Strom impuls, der über die Anschlüsse 25, 26 an das Gate und die Kathode des SCR angelegt wird. Zum Sperren des SCR wird die Basistreiber spannung am Transistor Q ₁ weggenommen, wodurch die Impedanz in Reihe mit dem SCR beseitigt wird, der Kreisstrom wird durch die Umleit- bzw. Snubberschaltung 15 und durch die Diode D ₁ und den Widerstand R ₁ zum Kondensator C ₁ gedrückt, wie es vorstehend be reits beschrieben wurde.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß das Abschal ten bzw. Sperren von Thyristor-Vorrichtungen durch eine Kommutie rungsschaltung und eine Umleit- bzw. Snubberschaltung erreicht werden kann. Das Vorhandensein oder das Fehlen einer Basistrei berspannung an dem Transistor, der in die Kommutierungsschaltung geschaltet ist, steuert auf wirksame Weise den Schaltzustand der Thyristoren.

Claims

1. Thyristor-Schaltkreis mit einem Thyristor mit einer Anode, einer Kathode und einem Gate, der mit einem elektrischen Stromkreis in Reihe geschaltet ist, gekennzeichnet durch:
eine Kommutierungsschaltung (14), die mit dem Thyristor (GTO; SCR) in Reihe geschaltet ist, zum Vergrößern der Impedanz des Thyristors derart, daß der Thyristorstrom auf das Gate übergeht und der Thyristor gesperrt wird, und eine Umleit- bzw. Snubberschaltung (15), die parallel zur Anode und Kathode des Thyristors geschaltet ist, zum Aufnehmen des Kreisstromes von dem Thyristor, wenn der Thyristor gesperrt ist.

2. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung (14) einen Stromtransfor mator (19), einen Varistor (16) und einen Transistor (Q ₁) aufweist, wobei die Primärwicklung (20) des Strom transformators (19) mit dem Thyristor in Reihe geschal tet ist.

3. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (22) des Stromtransformators (19) parallel zum Varistor (16) und zum Transistor (Q ₁) geschaltet ist.

4. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dioden (D ₂, D₃) zwischen das Gate und die Kathode geschaltet sind zum Ableiten des Kreisstromes von der Anode zum Gate, um die Sperrung des Thyristors zu unterstützen.

5. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Gate und die Kathode des Thyristors geschaltete Mittel (25, 26) vorgesehen sind zum Durch schalten des Thyristors.

6. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis und den Emitter des Transistors (Q ₁) Mittel (23, 24) geschaltet sind zum Durchschalten und Sperren des Transistors auf Befehl.

7. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleit- bzw. Snubber-Schaltung (15) eine Diode (D ₁) und einen Widerstand (R ₁) aufweist, die direkt pa rallel zueinander und über einen Kondensator (C ₁) pa rallel zu dem Thyristor geschaltet sind.

8. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (20) des Stromtransformators (19) eine Windung und die Sekundärwicklung (22) mehrere Win dungen aufweist.

9. Thyristor-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung (14) mit der Anode oder Kathode des Thyristors verbunden ist.

10. Thyristor-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor ein Abschalt-Thyristor (GTO) oder ein steuerbarer Siliziumgleichrichter (SCR) ist.