DE4447406C1 - GTO-Stromrichter mit weicher Kommutierung - Google Patents

GTO-Stromrichter mit weicher Kommutierung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist durch die DE 43 03 147 C1 bekannt.
Hochleistungs-Thyristoren, die über ihren Steueranschluß abgeschaltet werden können, (GTO(=Gate-Turn-Off)- Thyristoren) werden zunehmend in Spannungszwischenkreis- Pulsstromrichtern großer Leistung für Bahn- und Industrieantriebe eingesetzt. Anders als bei modernen Leistungshalbleitern wie IGBT und Leistungstransistoren benötigen GTO-Thyristoren zum störungsfreien Betrieb Beschaltungen. Diese Beschaltungen, wie sie zum Beispiel in der DE 33 90 161 T1 beschrieben sind, haben die Aufgaben, die Steilheiten von Anodenstrom und Anoden-Kathodenspannung eines GTO-Thyristors während der Schaltvorgänge zu begrenzen.
Zur Begrenzung der Anodenstromsteilheit beim Einschalten wird in Reihe zum GTO-Thyristor eine Drosselspule angeordnet. Während des Einschaltens nimmt die Drosselspule Energie auf und speichert diese während der Dauer des Stromflusses. Die gespeicherte Energie wird beim Abschalten wieder abgegeben. Sie muß durch weitere Schaltungselemente aufgefangen werden, um den GTO-Thyristor dann vor einer Schaltüberspannung zu schützen.
Zur Begrenzung der Anoden-Kathoden-Spannungssteilheit beim Abschalten wird parallel zum GTO-Thyristor ein (Beschaltungs-)Kondensator angeordnet. Letzterer wird während des Abschaltens auf eine Spannung aufgeladen, die größer als die Eingangsgleichspannung ist. Die im Kondensator gespeicherte Energie muß in der Zeit bis zum nächsten Abschaltvorgang des GTO-Thyristors jedoch vollständig auf andere Schaltungselemente übertragen werden, damit der Kondensator wieder zur Abschaltentlastung herangezogen werden kann.
Die Beschaltungen unterscheiden sich in bezug auf die Behandlung der zwischengespeicherte-n Energie. Im einfachsten F-all kann eine Beschaltung verwendet werden, welche die gespeicherte Energie in einem Widerstand in Wärme umwandelt. Der Aufwand für einen Beschaltungswiderstand kann bei hohen Spannungen und/oder hohen Schaltfrequenzen erheblich werden. Die dabei auftretenden Spannungs- und Stromüberhöhungen durch Überladung bzw. Entladung des (Beschaltungs-)Kondensators belasten den GTO-Thyristor zusätzlich.
Sogenannte verlustfreie Beschaltungen (zum Beispiel nach der DE 33 90 161 T1) enthalten keine ohmsche Widerstände; sie speisen die gespeicherte Energie entweder in die Gleichspannungsquelle oder in die Last zurück. Sie benötigen dafür eine große Anzahl von zusätzlichen Komponenten (Gleichstromwandler, Übertrager usw.). Der Wirkungsgrad der Rückspeise-Vorrichtungen ist allerdings nicht zufriedenstellend-hoch.
Eine Möglichkeit, die eben aufgeführten Nachteile zu vermeiden, ist die Verwendung einer resonanten Stromrichterschaltung. Hierbei werden die GTO-Thyristoren im Strom- bzw. Spannungsnulldurchgang eines mit ihnen verbundenen, auf der Seite der Gleichspannungsquelle - bei einem Umrichter also im Zwischenkreis - angeordneten Schwingkreises umgeschaltet (sogenanntes weiches Schalten). Dadurch läßt sich eine erhebliche Reduzierung der Schaltverluste und somit einer Erhöhung der Schaltfrequenz erreichen. Nachteile der resonanten Stromrichterschaltung sind die hohen Spannungs- und Strombeanspruchungen der GTO- Thyristoren. Eine Möglichkeit, das weiche Schalten zu erreichen, ohne den GTO-Thyristor mit sehr hohen Spannungen und Strömen zu belasten, ist in der eingangs erwähnten DE 43 03 147 C1 beschrieben. Die dort angegebene Schaltungsanordnung weist allerdings folgende Nachteile auf:
  • - Der für das weiche Schalten notwendige Clamp- Kondensator muß durch eine zusätzliche Vorlade-Einrichtung auf einen Spannungswert von etwa 110% bis 140% der Gleichspannung (Zwischenkreisspannung) aufgeladen werden.
  • - Mit einem einzigen Schwingkreis-Kondensator ist es sehr schwierig, die abschaltparasitären Induktivitäten für alle GTO-Thyristoren im Stromrichter zu minimieren. Diese Induktivitäten verursachen beim Abschalten jedes GTO- Thyristors eine hohe Spannungsspitze, die einen zulässigen Grenzwert nicht überschreiten darf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine zusätzliche Vorlade-Einrichtung für den Clamp- Kondensator nicht benötigt wird und bei der die Wirkungen von parasitären Induktivitäten beim Abschalten weitmöglichst vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Eine aufwendige Vorlade-Einrichtung für den Clamp- Kondensator ist also nicht notwendig. Auch werden anordnungsmäßig die parasitären Induktivitäten gering gehalten. Die gespeicherte Beschaltungsenergie, die bei den bekannten Schaltungen in Wärme umgesetzt oder durch eine aufwendige Rückspeise-Vorrichtung zurückgespeist werden muß, wird vorteilhafterweise für den Zweck des Null- Spannungs-Einschaltens verwendet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für eine weiche Kommutierung (Soft-Kommutierung) gemäß der Erfindung eines aus GTO-Thyristoren aufgebauten Stromrichters,
Fig. 2 eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit verteilten Clamp-Kondensatoren,
Fig. 3 eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit symmetrischen Abschaltkommutierungskreisen,
Fig. 4 eine weitere Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ebenfalls mit symmetrischen Abschalkommutierungskreisen,
Fig. 5 Strom- und Spannungsverläufe bei den Bauelementen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bei einer­ bestimmten Betriebsart und
Fig. 6 Strom- und Spannungsverläufe bei den Bauelementen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bei einer anderen Betriebsart.
Fig. 1 zeigt einen selbstgeführten, dreiphasigen Stromrichter, der aus einer Konstant-Gleichspannungs­ quelle Ud (die zum Beispiel ein Gleichspannungszwischenkreis in einem Umrichter sein kann) gespeist wird und Wechselspannungsanschlüsse U, V, W aufweist, an die üblicherweise eine (nicht gezeigte) Last angeschlossen ist.
In dreiphasiger Brückenschaltung angeordnete GTO- Thyristoren T₁ bis T₆ sowie ihnen jeweils antiparallelgeschaltete Rückarbeitsdioden D₁ bis D₆ bilden die drei Stränge des Stromrichters. Zwischen der Gleichspannungsquelle Ud und dem Stromrichter ist ein Schwingkreis angeordnet. Dieser besteht aus einer in der Zuleitung vom positiven Pol der Gleichspannungsquelle Ud zu den GTO-Thyristoren T₁ bis T₃ der oberen Brückenhälfte liegenden Schwingkreis-Drossel Lr sowie einer parallel zum Eingang des Stromrichters angeordneten Reihenschaltung aus einem Schwingkreis-Kondensator Cr7 und einem mit seiner Kathode an die Schwingkreis-Drossel Lr angeschlossenen Schwingkreis-Thyristor Tr. Dem Schwingkreis-Kondensator Cr7 liegt eine Clamp-Beschaltung parallel. Diese besteht aus der Reihenschaltung eines Clamp-Kondensators Cc mit einem kathodenseitig unmittelbar an die Anode des Schwingkreis- Thyristors Tr angeschlossenen Clamp-GTO-Thyristor Tc, dem eine Clamp-Diode Dc antiparallelgeschaltet ist.
Gemäß der Erfindung ist den mit ihrer Anode an die Zuleitung von dem positiven Pol der Gleichspannungs­ quelle Ud angeschlossenen GTO-Thyristoren T₁, T₂, T₃ jeweils eine Reihenschaltung aus einer ersten Schwingkreis- Diode Dr1 bzw. Dr2 bzw. Dr3 und einem zusätzlichen Schwingkreis-Kondensator Cr1 bzw. Cr2 bzw. Cr3 parallelgeschaltet. Drei zweite Schwingkreis-Dioden Ds1, Ds2 und Ds3 verbinden die Kathoden der drei ersten Schwingkreis-Dioden Dr1 Dr2 und Dr3 mit der Kathode des Clamp-GTO-Thyristors Tc.
Die Schwingkreis-Drossel Lr muß so dimensioniert werden, daß die maximal zulässige Stromsteilheit beim Einschalten nicht überschritten wird. Ferner müssen die Schwingkreis- Kondensatoren Cr1 bis Cr3 und Cr7 so dimensioniert werden, daß die maximal zulässige Spannungssteilheit beim Abschalten des maximal abzuschaltenden Stromes durch einen der GTO-Thyristoren T₁ bis T₆ nicht überschritten wird. Der Clamp-Kondensator Cc ist größer zu dimensionieren als die Schwingkreis-Kondensatoren Cr1 bis Cr3 und Cr7. Günstig ist eine Relation, bei der der Clamp-Kondensator Cc 20 bis 50mal größer ist als die Schwingkreis-Kondensatoren Cr1 bis Cr3 und Cr7.
In Abhängigkeit von der Höhe der am Clamp-Kondensator Cc anliegenden Clamp-Spannung Uc ergeben sich drei unterschiedliche Betriebsarten:
  • a) eine Betriebsart mit einem beschalteten Ein- und Abschalten der GTO-Thyristoren T₁ bis T₆ wird verwendet, wenn die Spannungsdifferenz zwischen der Clamp-Spannung Uc und der von der Gleichspannungsquelle Ud bereitgestellten Gleichspannung sehr klein ist. Zum Beispiel beim Starten des Stromrichters wird der Clamp-Kondensator Cc durch diese Betriebsart auf die für die anderen Betriebsarten benötigte Spannung (140% der von der Gleichspannungsquelle Ud gelieferten Gleichspannung) aufgeladen.
  • Nachstehend wird die Funktionsweise in dieser Betriebsart beim Ein- und Abschalten des GTO-Thyristors T₁ anhand der in Fig. 5 gezeigten Strom- und Spannungsverläufe beschrieben. Die Zeitabschnitte in der Zeitachse entsprechen zum Beispiel jeweils 50 µs. Folgende Stromverläufe sind über der Zeit t aufgezeigt: ic durch den Clamp-Kondensator Cc, iLr durch die Schwingkreis- Drossel Lr, iCr1 durch den zusätzlichen Schwingkreis- Kondensator Cr1, iD4 durch die Rückarbeitsdiode D₄ und iT1 durch den GTO-Thyristor T₁. Die Spannungsverläufe sind über der Zeit t mit uc am Clamp-Kondensator Cc, mit uCr1 am zusätzlichen Schwingkreis-Kondensator Cr1, mit uT4 am GTO- Thyristor T₄ und mit uT1 am GTO-Thyristor T₁ bezeichnet.
  • Der Laststrom fließt zunächst in der Rückarbeitsdiode D₄ zur Last. Beim Einschalten des GTO-Thyristors T₁ zum Zeitpunkt t₁ steigt der Anodenstrom iT1 lineare auf (diT1/dt = Ud/Lr), der Strom in der Rückarbeitsdiode D4 nimmt dagegen linear ab. Sobald die Rückarbeitsdiode D₄ stromlos geworden ist, fließt ein Entladestrom in dem Kreis aus Gleichspannungsquelle Ud, Schwingkreis-Drossel Lr, GTO- Thyristor T₁, zusätzlichem Schwingkreis-Kondensator Cr1, erster Schwingkreis-Diode Dr1, Clamp-Diode Dc und Clamp- Kondensator Cc, wodurch der zusätzliche Schwingkreis- Kondensator Cr1 entladen wird. Wenn die Kondensatorspannung uCr1 des zusätzlichen Schwingkreis-Kondensators Cr1 den Wert Null erreicht hat, kommutiert der Entladestrom in die erste Schwingkreis-Diode Dr1.
  • Die Energie des zusätzlichen Schwingkreis-Kondensators Cr1 wird beim Einschalten des GTO-Thyristors T₁ zunächst in der Schwingkreis-Drossel Lr zwischengespeichert und schließlich im Clamp-Kondensator Cc gespeichert. Die Spannung uc im Clamp-Kondensator Cc steigt entsprechend an.
  • Beim Abschalten des GTO-Thyristors T₁ zum Zeitpunkt t₂ kommutiert der Strom in den zusätzlichen Schwingkreis- Kondensator Cr1. Die Anodenspannung uT1 des GTO-Thyristors T₁ steigt linear an. Wenn die Kondensatorspannung UCr1 am zusätzlichen Schwingkreis-Kondensator Cr1 den Wert der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle Ud erreicht hat, übernimmt die Rückarbeitsdiode D₄-den Laststrom. Der Strom in der Schwingkreis-Drossel Lr fließt über die erste Schwingkreis-Diode Dr1 und die zweite Schwingkreis- Diode Ds1 in den Clamp-Kondensator Cc, bis die Energie in der Schwingkreis-Drossel Lr vollständig abgebaut ist.
  • b) Eine Betriebsart mit einem Null-Spannungs-Einschalten und ein beschaltetes Abschalten soll bevorzugt verwendet werden, da hier die Schaltverluste der GTO-Thyristoren wegen des Null-Spannungs-Einschaltens am kleinsten sind. Die Funktionsweise in dieser Betriebsart wird anhand der Strom- und Spannungsverläufe in Fig. 6 beim Ein- und Abschalten des GTO-Thyristors T₁ beschrieben. Zusätzlich zu den Strom- bzw. Spannungsverläufen mit den bereits zu Fig. 5 erläuterten Symbolen den Strom- bzw. Spannungsverlauf sind hier noch weiterhin der Spannungsverlauf uCr7 am Schwingkreis-Kondensator Cr7, der Stromverlauf iCr7 durch den Schwingkreis-Kondensator Cr7, der Spannungsverlauf uTc am Clamp-GTO-Thyristor Tc, der Stromverlauf iTc durch den Clamp-GTO-Thyristor Tc, der Spannungsverlauf uTr am Schwingkreis-Thyristor Tr sowie der Stromverlauf iTr durch den Schwingkreis-Thyristor Tr aufgezeigt.
  • Soll im Stromrichter der Laststrom von einer der Rückarbeitsdioden auf einen GTO-Thyristor umkommutieren (Einschaltvorgang), so werden zunächst der Clamp-GTO- Thyristor Tc und der Schwingkreis-Thyristor Tr eingeschaltet. Da der Schwingkreis-Kondensator Cr7 auf den Wert der Clamp-Spannung Uc am Clamp-Kondensator Cc aufgeladen ist fließt in ihm zunächst kein Strom. Durch die Schwingkreis-Drossel Lr fließt über den Clamp- Kondensator Cc und den Clamp-GTO-Thyristor Tc sowie den Schwingkreis-Thyristor Tr ein linear ansteigender Strom.
  • Wenn der Strom durch die Schwingkreis-Drossel Lr einen Wert erreicht hat, der eine ausreichende Energiespeicherung für das Schwingen des Schwingkreises gewährleistet, wird der Clamp-GTO-Thyristor Tc abgeschaltet. Der Strom in der Schwingkreis-Drossel Lr fließt über den Schwingkreis- Thyristor Tr weiter und entlädt die zusätzlichen Schwingkreis-Kondensatoren Cr1 bis Cr3 sowie den Schwingkreis-Kondensator Cr7. Der Schwingkreis-Thyristor Tr wird einige Mikrosekunden später als der Clamp-GTO- Thyristor Tc, nachdem sein Strom Null geworden ist, sperren.
  • Die Energie in der Schwingkreis-Drossel Lr wird über die Rückarbeitsdioden D₁ bis D₆ in die Gleichspannungsquelle Ud (also bei einem Umrichter in den Zwischenkreis) zurückgespeist. Während die Rückarbeitsdioden D₁ bis D₆ Strom führen, werden die gewünschten Einschaltbefehle an die GTO-Thyristoren des Stromrichters gegeben. Sie schalten nun, da die Zwischenkreisspannung uE zu Null abgeschwungen ist, unter Nullspannung um. Damit ist eine optimale Voraussetzung des Schaltens ohne nennenswerte Schaltverluste im Stromrichter geschaffen.
  • Der Schwingkreis-Kondensator Cr7 wird dann wieder über die Schwingkreis-Drossel Lr und die Spannungsquelle Ud aufgeladen. Seine Spannung wird durch die Clamp-Diode Dc und den Clamp-Kondensator Cc auf den Wert der Clamp- Spannung Uc begrenzt.
  • Je nach Schaltzustand des Stromrichters werden die zusätzlichen Schwingkreis-Kondensatoren Cr1 bis Cr3 auf die für den nächsten Abschaltvorgang richtigen Spannungswerte aufgeladen.
  • Während dieses Schaltvorgangs hat der Clamp-Kondensator Cc mehr Energie an die Gleichspannungsquelle Ud (Zwischenkreis) abgegeben, als er zurückerhalten hat, da er während des Null-Spannungsintervalls über die Rückarbeitsdioden D₁ bis D₆ Energie an den Zwischenkreis geliefert hat, die vom Gesichtspunkt der Energiebilanz im Clamp-Kondensator Cc nicht nötig wäre. Dieses Null- Spannungsintervall ist aus praktischen Gründen erforderlich, damit die GTO-Thyristoren trotz ihrer Zündverzögerungszeit sicher unter Null-Spannung einschalten.
  • Um die Energieverluste im Clamp-Kondensator Cc zu kompensieren, wird der Abschaltvorgang als normal beschaltetes Abschalten durchgeführt. Die Energie in der Schwingkreis-Drossel Lr wird während des Abschaltens im Clamp-Kondensator Cc gespeichert. Dadurch ist es möglich, die Ladung des Clamp-Kondensators Cc zu regeln.
  • c) Die Betriebsart eines Null-Spannungs-Einschaltens und -Abschaltens soll nur dann gewählt werden, wenn die Spannung Uc des Clamp-Kondensators Cc höher ist als der vordefinierte Wert von ca. 140% der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle Ud. Hier wird der Schwingkreis auch beim Abschaltvorgang umgeschwungen, obwohl es eigentlich nicht erforderlich ist, da der entsprechende zusätzliche Schwingkreis-Kondensator Cr1, Cr2, Cr3 mit dem richtigen Spannungswert als Beschaltungskondensator zur Verfügung steht. Dadurch wird die Überladung des Clamp-Konden­ sators Cc abgebaut. (Der Clamp-Kondensator Cc gibt während des Abschaltvorgangs einen Teil seiner Energie an die Gleichspannungsquelle Ud (Zwischenkreis) ab).
Der Clamp-Kondensator Cc gemäß der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung wird in Reihe mit den entsprechenden zusätzlichen Schwingkreis-Kondensatoren Cr1 bis Cr3 zur Entlastung der kathodenseitig am Minuspol der Gleichspannungsquelle Ud liegenden GTO-Thyristoren T₄, T₅ und T₆ beim Abschalten geschaltet. Praktisch ist es aus geometrischen Gründen schwierig, die parasitären Induktivitäten in diesem Abschalt-Kommutierungskreis zu minimieren, um die Abschalt-Spannungsspitze zu begrenzen. Fig. 2 zeigt eine Schaltungsvariante, die dieses Problem vermeidet. Der Clamp-Kondensator Cc wird nun zusätzlich - unter Fortfall der dem Clamp-GTO-Thyristor Tc unmittelbar antiparallelgeschalteten Clamp-Diode Dc - auf die drei Stränge des Stromrichters verteilt. Je Wechselspannungsphase ist ein zusätzlicher Clamp- Kondensator Cc1, Cc2, Cc3 vorgesehen, der jeweils zum einen an die Kathode der ersten Schwingkreisdiode Dr1, Dr2, Dr3 über eine in gleicher Richtung gepolte Zusatz-Clamp-Diode Dc1, Dc2, Dc3 angeschlossen ist. Die Kathoden der Zusatz- Clamp-Dioden Dc1, Dc2, Dc3 sind jeweils über eine zusätzliche Schwingkreis-Diode Ds4, Ds5, Ds6 mit der Anode des Clamp-GTO-Thyristors Tc verbunden. Dadurch ist es möglich, die zusätzlichen Clamp-Kondensatoren Cc1, Cc2, Cc3 so eng an den jeweiligen GTO-Thyristor zu placieren, daß die parasitären Induktivitäten im Abschaltkreis minimiert werden können.
Die Schaltungsanordnungen in Fig. 1 und Fig. 2 sind in bezug auf die GTO-Thyristoren T₁ bis T₃ und die GTO- Thyristoren T₄ bis T₆ nicht symmetrisch. Die GTO- Thyristoren T₁, T₂ und T₃ haben kleinere parasitäre Induktivitäten in den Abschalt-Kommutierungskreisen aus den ersten Schwingkreis-Dioden Dr1, Dr2, Dr3 und den zusätzlichen Schwingkreis-Kondensatoren Cr1, Cr2, Cr3 als die anderen drei GTO-Thyristoren T₄, T₅ und T₆, da der Clamp-Kondensator Cc in Reihe mit dem jeweiligen zusätzlichen Schwingkreis-Kondensator Cr1 bis Cr3 im Abschalt-Kommutierungskreis der GTO-Thyristoren T₄ bis T₆ geschaltet ist.
Fig. 3 zeigt eine Schaltungsvariante, die diese Nachteile nicht aufweist. Die GTO-Thyristoren T₄ bis T₆ sind wie die anderen drei GTO-Thyristoren T₁ bis T₃ jeweils ebenfalls über eine weitere erste Schwingkreis-Diode Dr4, Dr5, Dr6 in Reihe mit einem zusätzlichen Schwingkreis-Kondensator Cr₄l Cr5 Cr6 beschaltet. Die Abschalt-Kommutierungskreise der GTO-Thyristoren T₄ bis T₆ haben nun die gleichen Voraussetzungen zur Minimierung der parasitären Induktivitäten im Abschaltkreis wie die anderen.
Der Einschaltvorgang der GTO-Thyristoren T₄, T₅ und T₆ ist verlustbehaftet, da die zusätzlichen Schwingkreis- Kondensatoren Cr4, Cr5 und Cr6 über Beschaltungs- Widerstände R₁, R₂ und R₃ beim Einschalten der ihnen parallelgeschalteten GTO-Thyristoren T₄ bis T₆ entladen werden. Die Beschaltungsverluste sind allerdings sehr klein, da diese Betriebsart nur zum Starten des Stromrichters verwendet wird.
Die zusätzlichen Schwingkreis-Kondensatoren Cr4, Cr5 und Cr6 werden über die Widerstände R₁, R₂, R₃ von der Clamp- Spannung Uc auf die von der Gleichspannungsquelle Ud gelieferte Gleichspannung entladen. Um eine harte Nachladung dieser Kondensatoren beim Einschalten der Schwingkreis-Halbleiter, nämlich des Clamp-GTO-Thyristors Tc und des Schwingkreis-Thyristors Tr zu vermeiden, ist eine Beschaltungsdrossel Lb zwischen den Schwingkreis- Thyristor Tr und den Stromrichter geschaltet. Durch die teilweise Entladung und Wiedernachladung entstehen Beschaltungsverluste, die von der Differenz zwischen Clamp- Spannung Uc und der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle Ud abhängig sind.
Eine weitere, in Fig. 4 gezeigte Schaltungsanordnung arbeitet wie die Schaltungsvarianten entsprechend den Fig. 1 und Fig. 2 ohne prinzipbedingte Beschaltungsverluste und bietet trotzdem symmetrische Abschalt-Kommutierungskreise für alle GTO-Thyristoren T₁ bis T₆ im Stromrichter. Dazu muß allerdings neben dem bisher bereits vorhandenen (ersten) Schwingkreis-Thyristor (hier statt Tr mit Tr1 bezeichnet) ein zweiter- Schwingkreis-Thyristor Tr2 eingesetzt werden, der gleichzeitig mit dem ersten Schwingkreis-Thyristor Tr1 angesteuert wird. Der zweite Schwingkreis-Thyristor Tr2 ist anodenseitig unmittelbar an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle Ud und kathodenseitig an den Clamp-Kondensator Cc angeschlossen. Auch den mit ihren Kathoden an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle Ud liegenden GTO-Thyristoren T₄ bis T₆ ist - wie bereits bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 - jeweils eine Reihenschaltung aus einem mit seinem einen Belag unmittelbar an die Anode des jeweiligen GTO- Thyristors T₄ bis T₆ angeschlossenen zusätzlichen Schwingkreis-Kondensator Cr4 bis Cr6 und einer weiteren ersten Schwingkreis-Diode Dr4 bis Dr6 parallelgeschaltet. Die Anoden der weiteren ersten Schwingkreis-Dioden Dr4 bis Dr6 sind jeweils über eine weitere zweite, in gleicher Richtung gepolte Schwingkreis-Diode Ds4 bis Ds6 mit der Kathode des zweiten Schwingkreis-Thyristors Tr2 verbunden.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung für einen selbstgeführten Stromrichter mit quasi-resonantem Gleichspannungs-Zwischenkreis zum Schalten von GTO-Thyristoren bei einer durch Null schwingenden Zwischenkreisspannung (uE)
  • - bei dem der Wechselspannungsanschluß (U, V, W) je Wechselspannungsphase jeweils am gemeinsamen Verbindungspunkt eines zwischen den Polen des Gleichspannungs-Zwischenkreises (UE) liegenden Zweigpaares aus einem GTO-Thyristor (T₁ bis T₆) und diesem jeweils antiparallelgeschalteter Rückarbeitsdiode (D₁ bis D₆) vorgesehen ist,
  • - bei dem in der Zuleitung von dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle (Ud) zu dem positiven Pol des Gleichspannungs-Zwischenkreises (UE) eine Schwingkreis- Drossel (Lr) angeordnet ist, die die maximal zulässige Stromsteilheit beim Einschalten eines der GTO-Thyristoren (T₁ bis T₆) begrenzt und die zusammen mit einer parallel zu den Zweigpaarschaltungen angeordneten Reihenschaltung eines Schwingkreis-Kondensators (Cr7) mit einem in Richtung auf den positiven Pol des Gleichspannungs- Zwischenkreises (UE) gepolten Schwingkreis-Thyristor (Tr) einen Reihenschwingkreis bildet,
  • - bei dem zwischen dem Verbindungspunkt von Schwingkreis-Kondensator (Cr7) und dem Schwingkreis- Thyristor (Tr) und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) die Reihenschaltung eines die Spannung im Schwingkreis begrenzenden Clamp- Kondensators (Cc) mit einem in Richtung auf den Verbindungspunkt gepolten Clamp-GTO-Thyristor (Tc) und einer zwischen diesem Verbindungspunkt und der Anode des Clamp-GTO-Thyristors (Tc) antiparallel gepolten Clamp-Diode (Dc) geschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß den mit ihrer Anode an den positiven Pol des Gleichspannungs-Zwischenkreises (UE) angeschlossenen GTO- Thyristoren (T₁, T₂, T₃) jeweils eine Reihenschaltung aus einer ersten, mit ihrer Anode an dem positiven Pol des Gleichspannungs-Zwischenkreises (UE) liegenden Schwingkreis- Diode (Dr1, Dr2, Dr3) und einem zusätzlichen Schwingkreis- Kondensator (Cr1, Cr2, Cr3) parallelgeschaltet ist und die Kathoden der ersten Schwingkreis-Dioden (Dr1, Dr2, Dr3) jeweils über eine zweite, in gleicher Richtung gepolte Schwingkreis- Diode (Ds1, Ds2, Ds3) mit der Kathode des Clamp-GTO-Thyristors (Tc) verbunden sind (Fig. 1).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Fortfall der dem Clamp-GTO-Thyristor (Tc) unmittelbar antiparallelgeschalteten Clamp-Diode (Dc in Fig. 1) für jede Wechselspannungsphase jeweils ein zusätzlicher Clamp-Kondensator (Cc1, Cc2, Cc3) vorgesehen ist, der jeweils zum einen an die Kathode der ersten Schwingkreis-Diode (Dr1, Dr2, Dr3) über eine in gleicher Richtung gepolte Zusatz-Clamp- Diode (Dc1, Dc2, Dc3) und zum anderen unmittelbar an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) angeschlossen ist, wobei die Kathoden der Zusatz-Clamp-Dioden (Dc1, Dc2, Dc3) jeweils über eine zusätzliche, in gleicher Richtung gepolte Schwingkreis-Diode (Ds4, Ds5, Ds6) mit der Anode des Clamp-GTO- Thyristors (Tc) verbunden sind (Fig. 2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auch den mit ihren Kathoden an dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) liegenden GTO-Thyristoren (T₄ bis T₆) jeweils eine Reihenschaltung aus einer weiteren ersten, an die Anode des jeweiligen GTO-Thyristors (T₄ bis T₆) angeschlossenen Schwingkreis-Diode (Dr4 bis Dr6) und einem zusätzlichen Schwingkreis-Kondensator (Cr4 bis Cr6) parallelgeschaltet ist,
daß die Kathoden der weiteren ersten Schwingkreis-Dioden (Dr4 bis Dr6) jeweils über eine weitere zweite, in gleicher Richtung gepolte Schwingkreis-Diode (Ds4 bis Ds6) mit der Kathode des Clamp-GTO-Thyristors (Tc) verbunden sind und jeder der weiteren ersten Schwingkreis-Dioden (Dr4 bis Dr6) ein Beschaltungs- Widerstand (R₁ bis R₃) parallelgeschaltet ist (Fig. 3).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß neben dem (ersten) Schwingkreis-Thyristor (Tr1) ein mit diesem gleichzeitig in den leitenden Zustand gesteuerter zweiter Schwingkreis-Kondensator (Tr2) vorgesehen ist, der anstelle der direkten Verbindung zwischen dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) und dem Clamp-Kondensator (Cc) anodenseitig unmittelbar an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) und kathodenseitig an den Clamp- Kondensator (Cc) angeschlossen ist und
daß auch den mit ihren Kathoden an dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (Ud) liegenden GTO-Thyristoren (T₄ bis T₆) jeweils eine Reihenschaltung aus einem mit seinem einen Belag unmittelbar an die Anode des jeweiligen GTO-Thyristors (T₄ bis T₆) angeschlossenen zusätzlichen Schwingkreis- Kondensator (Cr4 bis Cr6) und einer weiteren ersten Schwingkreis-Diode (Dr4 bis Dr6) parallelgeschaltet ist und die Anoden der weiteren ersten Schwingkreis-Dioden (Dr4 bis Dr6) jeweils über eine weitere zweite, in gleicher Richtung gepolte Schwingkreis-Diode (Ds4 bis Ds6) mit der Kathode des zweiten Schwingkreis-Thyristors (Tr2) verbunden sind (Fig. 4).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor die Anoden der mit diesen Anoden am positiven Pol des Gleichspannungs-Zwischenkreises (UE) angeschlossenen GTO-Thyristoren (T₁ bis T₃) eine Beschaltungsdrossel (Lb) in die Zuleitung geschaltet ist (Fig. 3).
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Schwingkreis-Kondensatoren (Cr1 bis Cr7) derart dimensioniert sind, daß beim Abschalten eines der GTO- Thyristoren (T₁ bis T₆) die maximal zulässige Spannungssteilheit bei einem durch den jeweiligen GTO-Thyristor (T₁ bis T₆) fließenden Strom nicht überschritten wird.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Clamp-Kondensator (Cc) bzw. die zusätzlichen Clamp- Kondensatoren (Cc1 bis Cc3) 20 bis 50mal größer als jeder der Schwingkreis-Kondensatoren (Cr1 bis Cr7) bemessen sind.
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