FI88088B - Laoginduktiv anod-katod-koppling av en fraonslagbar effekttyristor - Google Patents

Description

1 88088

Katkaistavan tehotyristorin induktioköyhä anodi-katodi-kytkentä

Keksinnössä lähdetään patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisesta katkaistavan tehtyristorin induktioköyhästä anodi-katodi-kytkennästä.

Tällä johdanto-osalla keksintö ottaa kantaa katkaistavan tehotyristorin induktioköyhien anodi-katodi-kytkentöjen tekniikan tasoon, joka on esitetty julkaisussa IEEE Transactions on Industry Applications, osa IA-19, 3 (1983) s. 343-344. Ajoneuvojen käyttölaitteita varten, joissa on 600 kVA:n teho, kytketään kaksi katkaistavaa, niin kutsuttua GTO-tyristoria, jotka on suunniteltu 2500 V/1000 A:lle, rinnan virrantasaus-kuristimien kautta. Jokaisen GTO-tyristorin suhteen on kytketty diodi antiparalleelisesti ja rinnan katkaisuntasaus-piiri, joka koostuu kytkentädiodista, joka on rinnan vastuksen suhteen, ja tämän suhteen sarjaan kytketystä kondensaattorista. Pääasiassa katkaisuntasauspiirin komponenttien ja johtojen hajainduktassien johdosta tyristoria katkaistaessa saadaan tässä aikaan jyrkkä jännitteennousu, joka saa aikaan : : : sarven tai pulssisakaran, mikä voi johtaa tyristorin rikkou- ·; tumiseen. Katkaisuntasauspiirin induktanssin pienentämiseksi . käytetään induktioköyhiä kondensaattoreita ja diodeja sekä lyhyitä johtoja, etenkin joustavia koaksiaali johto ja.

'/ Keksintö, joka on määritelty patenttivaatimuksessa 1, ratkaisee tehtävän saada aikaan katkaistavan tehotyristorin anodi-katodi-kytkentä, jossa on pienempi hajainduktanssi.

’ : : Keksinnön eräänä etuna on tehotyristorin parantunut katkaisuteho ;·. tai vast, parantunut sallittu katkaisuvirta ja pienemmät kytken- ·. tähäviöt.

Keksinnön patenttivaatimuksen 2 mukaisella edullisella raken-:teella saadaan aikaan katkaisuntasauspiirin kokonaisinduktans-sin pieneneminen käyttämällä useita rinnankytkettyjä, teholtaan 2 88088 heikompia ja halvempia diodeja sekä pienempiä, induktanssi-köyhempiä kondensaattoreita.

Patenttivaatimuksen 3 mukaisena etuna on katkaisuntasauspii-rin komponenttien tasainen kuormitus.

Patenttivaatimuksen 4 mukainen katkaisuntasauspiirin komponenttien järjestys takaa selvemmän rakenteen ja rationaalisen valmistuksen.

Patenttivaatimuksen 5 mukainen rakenne soveltuu etenkin korkeisiin jännitteisiin ja mahdollistaa tavanomaisten ja halvempien komponenttien käytön, jotka on suunniteltu pienempiä jännitteitä varten.

Diodin ja kondensaattoreiden patenttivaatimusten 6 ja 7 mukainen sähköliitäntöjen symmetrinen liitäntä johtaviin levyihin vähentää edelleen johtojen hajainduktansseja.

Keksintöä selitetään seuraavassa sovellutusesimerkkien avulla. Piirustuksessa kuvio 1 esittää kytkentäkuvaa katkaistavan tehotyristorin anodi-katodi-kytkennästä, kuvio 2 esittää jännite- ja virta-aikakaaviota patenttivaatimuksen 1 mukaisen kytkentäkuvan toiminnan selittämisek-: si, kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaista anodi-katodi-kytkentää, jossa on useita rinnankytkettyjä kytkentädiodeja ja -konden-. : saattoreita, 3 88088 kuviot 4a ja 4b esittävät kuvioiden 1 ja 4 mukaisen kytkentä-diodin ja -kondensaattorin levyliitäntää leikkauskuvana ja päällyskuvana, kuviot 4c-4f esittävät kytkentädiodin ja -kondensaattorin erilaisten levyliitäntämahdollisuuksien periaatekuvia, kuviot 5a ja 5b esittävät useiden kytkentädiodien ja -konden-saattoreiden sarjakytkennän periaatekytkentäkuvaa sekä näiden komponenttien tähän kuuluvaa kytkentää rinnakkaisten johtavien levyjen avulla, kuvio 6a esittää tehotyristorin, kytkentädiodien ja -kondensaat-toreiden ympyränsektorinmuotoista järjestystä päällyskuvana, kuvio 6b esittää komponenttien järjestyksen yksikertaistettua leikkauksena pitkin viivaa B-B kuviossa 6a, kuvio 7 esittää kuvion 3 mukaisen anodi-katodi-kytkennän osittain leikattua, perspektiivistä kuvaa, jossa on yhdensuuntaiset johtavat levyt, kuviot 8 ja 9 esittävät kytkentädiodien ja -kondensaattoreiden koaksiaalisia järjestelyjä.

Kuviossa 1 on kirjaimella L merkitty kuristinta, joka on tarkoitettu virrannousun rajoittamiseksi ja joka on yhdistetty katkaistavan tai vast. GTO-tehotyristorin Th anodiin sähköi-sesti. Rinnan tehotyristorin Th suhteen on liitetty tyristori-. kytkentä tai vast, katkaisuntasauspiiri 1. Katkaisuntasauspii- ; ri koostuu kytkentädiodista D, jossa on sama navoitus kuin teho- tyristorissa Th, vastuksesta R, joka on kytketty rinnan kytken-*/.' tädiodin suhteen, sekä kondensaattorista tai vast, kytkentäkon-densaattorista C, joka on kytketty sarjaan kytkentädiodin D ja vastuksen R suhteen. merkitsee mainittujen komponenttien ·.'· liitäntöjen tai vast, tulojohtojen hajainduktansseja, ic mer- ' : kitsee kondensaattorin C varaus- ja purkausvirtaa ja UTh mer- kitsee tehotyristorin Th anodin ja katodin välissä olevaa jän-nitettä.

Kuviossa 2 on esitetty tehotyristorin Th anodi- katodi-jännite " UTh -^a tehotyristorin Th virta i tai vast, anodivirta ift ja kondensaattorivirta ic mielivaltaisina yksikköinä ajasta t riip- 4 88088 puvaisina. Katkaisuajankohtana tehotyristori katkaistaan asettamalla negatiivinen veräjäjännite tai veräjävirta. Teho-tyristorin Th anodivirta ift laskee ensin hitaasti, sitten ajankohtaan t2 mennessä jyrkästi ja lopuksi jälleen hitaasti. Katkaistaessa anodivirta ift kommutoi olennaisesti kytkentäradalla kytkentädiodin D, kondensaattorin C ja hajainduktanssin LÄ kautta, jolloin virta i^, nousee ensin voimakkaasti, laskee jälleen saavuttaessaan maksimiin ja saavuttaa ajankohtana t^ arvon nolla. Virranmuutoksen di/dt johdosta kytkentäradalla muodostuu L.^:ssa lyhytaikaisesti ensimmäinen voimakas jännitemuutos dU^/dt, joka johtaa anodi-katodijännitteen UTh voimakkaaseen nousuun, jossa on ensimmäinen maksimi pulssisakarajännitteessä Us ajankohtana Pienen jännitteenlaskun jälkeen tehotyris- torin Th anodi-katodi-jännite ϋτ^ nousee kondensaattorin C varauksen johdosta toiseen maksimiin asti ajankohtana t^ pysyäkseen tätä seuraavan laskun jälkeen lähes vakiossa arvossa.

Erittäin tärkeää on LA:n suhteen verrannollisen pulssisakara-jännitteen Ug pieneneminen, koska korkea pulssisakarajännite johtaa korkeaan hukkatehoon ja siten korkeaan lämmönkehitykseen tehotyristorissa Th, etenkin aikavälillä ^2-ΐ1' Kun Pu^ssisa-karajännite ylittää kriittisen arvon, tehotyristori Th rik-koutuu katkaisutapahtumassa. Pulssisakarajännitteen Ug pieneneminen saa lisäksi aikaan kytkentähäviöiden vähenemisen teho-tyristorissa Th. Näistä syistä hajainduktanssin tulisi olla ;mahdollisimman pieni.

Eräs mahdollisuus hajainduktanssin pienentämiseksi on esitetty kuviossa 3. Siinä on kytketty rinnan kaksi kytkentädiodia /·] Dl ja D2, joissa on sisäiset ha jainduktanssit ja , niin että verrattuna ainoastaan yhden ky tkentädiodin D käyttöön, ku-viossa 1 esitetyn kytkennän mukaisesti, saadaan tuloksena pienempi hajainduktanssi. Tämän lisäksi on kytketty rinnan neljä '·”* kondensaattoria C1...C4, joissa on sisäiset hajainduktanssit LCl-Lc4' jokaisessa kondensaattorissa 1/4 on katkaisun- *:··; tasauspiirin pitokapasitanssi. Näiden rinnankytkettyjen kon- densaattoreiden hajainduktanssi on pienempi kuin ainoastaan yhden pitokapasitanssin omaavan kondensaattorin C hajainduktanssi.

5 88088

Eräs mahdollisuus komponenttien johtoliitäntöjen hajainduk-tanssin pienentämiseksi on esitetty kuviossa 4. Numerolla 2 on merkitty olennaisesti rinnakkain toistensa suhteen kulkevia johtavia levyjä, jotka koostuvat kuparista, alumiinista tai jostakin hyvin johtavasta, korroosiota kestävästä lejeeringistä, numerolla 3 on merkitty eristyskerroksia, jotka koostuvat sähköisesti eristävästä, korroosiota kestävästä työaineksesta, numerolla 4 on merkitty metallilankoja, jotka yhdistävät sähköisesti kytkentädiodin D ja kytkentäkondensaattorin C sähköiset liitäntäpinteet vastaavien johtavien levyjen 2 kanssa, ja numerolla 5 on merkitty jäähdytyskappaletta. Jäähdytyskappale 5 on hyvässä lämpökosketuksessa kytkentädiodin D kanssa, vrt. kuvio 4a.

Kuvio 4b esittää kuvion 4a mukaista levyliitosta päällyskuvana. Komponenttien sähkoliitäntää varten on järjestetty useita symmetrisesti järjestettyjä lankoja 4.

Kuviot 4c-4f esittävät kaaviomaisesti kuvion 4a suhteen erilaisia kytkentädiodin D, kondensaattorin C ja johtavien levyjen 2 liitäntämahdollisuuksia, jolloin yksinkertaisuuden vuoksi eris-:Y: tykset 3 ja jäähdytyskappale 5 on jätetty pois. Kuten kuvioissa 4a ja 4b on kuvioiden 4c-4f mukaisessa kytkentädiodissa D ja . .·. kondensaattorissa C sama akselisuunta A-A niiden tilamuodon ♦ « · suhteen. Esitetyssä tapauksessa komponentit on järjestetyt Γ" toistensa suhteen yhdensuuntaisakselisesti.

• 1 Kuviossa 5a on esitetty useiden kytkentädiodien D ja kondensaat-toreiden C sarjakytkentä korkeita jännitteitä varten ja kuvios-sa 5b on esitetty tähän kuuluva kytkentämahdollisuus tasoyhden-: suuntaisten johtavien levyjen 2 ja väliin sijoitettujen eristys- kerrosten 3 kanssa.

Γ Kuvion 6a mukaisesti on järjestetty kaksi kytkentädiodia Dl, D2 sekä viisi kondensaattoria C1...C5 kulloinkin ympyräviivoja *:2: pitkin ympyrän keskellä olevan tehotyristorin Th ympärille.

2

Johtavat levyt 2, joista päällyskuvassa on esitetty vain ylin.

6 88088 on muodostettu ympyränsektorin muotoisiksi. Kuvio 6b esittää komponenttien Th, D ja C liitäntöjen johtaviin levyihin 2 leikkauskuvassa kuvion 6a leikkausviivaa B-B pitkin.

Kuvion 7 mukaisessa keksinnön perspektiivisesti esitetyssä muodossa on neljä kondensaattoria kytketty rinnan toistensa suhteen johtavien levyjen 2 avulla ja järjestetty symmetrisesti kahden samoin rinnankytketyn kytkentädiodin Dl ja D2 suhteen kuvion 3 kytkennän mukaisesti. Tablettimainen teho-tyristori Th, diodit Dl, D2 ja kondensaattorit C1...C4 on suunnattu yhdensuuntaisakselisesti toistensa suhteen.

Kuvioissa 8 ja 9 esitetyissä sovellutusmuodoissa kytkentädiodi D ja kondensaattori C on järjestetty koaksiaalisesti toistensa suhteen ja yhdistetty välittömästi keskenään sähköisesti. Siten jää käytännössä pois näiden komponenttien välinen liitäntäjoh-to. Sähköinen palautus tai vast, liitäntä ei-esitettyyn teho-tyristoriin on taattu koaksiaalisen suojauksen 6 tai vast, koaksiaalikaapelin kautta. Numerolla 3 on merkitty jälleen eristyskerrosta. Kuviossa 9 esitetyssä järjestelyssä on kuviossa 8 esitetyn suhteen se etu, että kytkentädiodi D voidaan varus-::: taa yksinkertaisella tavalla jäähdytyskappaleella 5.

Kytkentädiodit ja kondensaattorit on muodostettu mieluummin induktioköyhinä. Edelleen on edullista käyttää kuvioiden 4-7 mukaisissa komponenttien järjestelyissä lankojen 4 sijasta kellomaisia, sähköisesti hyvin eristäviä suojuksia kytkentä-diodien ja -kondensaattoreiden kontaktipinteiden liitäntöjä varten johtaviin levyihin 2. Näillä toimenpiteillä voidaan ·. : tehotyristorin Th katkaisuvirtaa korottaa noin 30%:lla ver- : rattuna alussa mainittuun tunnettuun kytkentään.

Claims (7)

7 88088

1. Katkaistavan tehotyristorin (Th) induktioköyhä anodi-katodi -kytkentä, a) jossa on vähintään yksi kytkentädiodi (D), jossa on sama navoitus kuin tehotyristorissa, b) johon diodiin on kytketty kondensaattori (C) sarjaan, c) jolloin tämä kytkentädiodista ja kondensaattorista koostuva sarjakytkentä on kytketty rinnan tehotyristorin kanssa ja d) kytkentädiodin, kondensaattorin ja tehotyristorin väliset sähköliitännät (2, 4) on muodostettu induktioköyhinä, e) jolloin tehotyristori (Th), kytkentädiodi tai -diodit (D, Dl, D2) ja kondensaattori tai kondensaattorit (C, C1...C5) kukin omaa geometrisen pääakselin sekä komponentin akselisuunnan (A-A) sekä vastakkaisissa päissään sähköiset liitäntäelementit tai -kosketuspinnat, tunnettu siitä, että f) tehotyristori (Th), kytkentädiodi tai -diodit (D, Dl, D2) ja kondensaattori tai kondensaattorit (C, C1...C5) ovat yhdistetyt toisiinsa sähköisesti johtavilla levyillä (2), jotka ovat sähköisesti eristetyt keskenään sekä ulottuvat ainakin osittain keskenään rinnakkain, ja g) katkaistavalla tehotyristorilla (Th), kytkentädiodeilla . . (D, Dl, D2) ja kondensaattoreilla (C, C1...C5) on keskenään yhdensuuntaiset akselit, jolloin komponenttisuunta (A-A) on suunnilleen kohtisuora komponentteja yhdistäviä, sähköisesti johtavia levyjä (2) vastaan.

2. Läginduktiv anod-katod-koppiing enligt patentkravet 1, kännetecknad av att anod-katod-koppiingen inne-fattar flera parallellkopplade koppiingsdioder (D, Dl, D2) och/eller flera parallellkopplade läginduktiva kondensatorer (C, Cl...C5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen induktioköyhä anodi-katodi -kytkentä, tunnettu siitä, että anodi-katodi-kytkennässä on useita rinnankytkettyjä kytkentädiodeja (D, Dl, D2) ja/tai useita rinnankytkettyjä induktioköyhiä kondensaattoreita (C, C1...C5).

3. Läginduktiv anod-katod-koppiing enligt patentkravet 2, kännetecknad av att sinsemellan parallellkopplade koppiingsdioder (D, Dl, D2) och/eller kondensatorer (C, C1...C5) i anod-katod-koppiingen ligger pä samma avständ I frän effekttyristorn (Th) .

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen induktioköyhä anodi-katodi -kytkentä, tunnettu siitä, että keskenään rinnankytketyillä kytkentädiodeilla (D, Dl, D2) ja/tai konden- 8 88088 saattoreilla (C, C1...C5) on sama etäisyys tehotyristorista (Th) .

4. Läginduktiv anod-katod-koppling enligt patentkravet 3, kännetecknad av att sinsemellan parallellkoppla-de koppi ingsdioder (D, Dl, D2) och/eller kondensatorer (C, C1...C5) i anod-katod-koppiingen är anordnade längs cirkel-bägar kring en i centrum belägen effekttyristor (Th).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen induktioköyhä anodi-katodi -kytkentä, tunnettu siitä, että keskenään rinnankytketyt kytkentädiodit (D, Dl, D2) ja/tai kondensaattorit (C, C1...C5) on järjestetty ympyräviivoja pitkin ympyrän keskellä olevan tehotyristorin (Th) ympärille.

5. Läginduktiv anod-katod-koppling enligt nägot av patent-kraven 1-4, kännetecknad av att flera kopplings- 10 88088 dioder (D, Dl, D2) och/eller kondensatorer (C, C1...C5) är kopplade i serie.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen induktioköyhä anodi-katodi-kytkentä, tunnettu siitä, että useita kytkentädiodeja (D, Dl, D2) ja/tai kondensaattoreita (C, C1...C5) on kytketty sarjaan.

6. Läginduktiv anod-katod-koppling enligt nägot av patent-kraven 2-5, kanne tecknad av att de elektriska anslutningarna (4) mellan de ledande plattorna (2) och kopp-lingsdioderna (D, Dl, D2) och/eller kondensatorerna (C, (Ί . . .C5) Ar symmet.riskt utformade.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen induktioköyhä anodi-katodi-kytkentä, tunnettu siitä, että johtavien levyjen (2) ja kytkentädiodien (D, Dl, D2) ja/tai kon-densaattoreiden (C, C1...C5) väliset sähköliitännät (4) on muodostettu symmetrisesti.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen induktioköyhä anodi-katodi-kytkentä, tunnettu siitä, että johtavien levyjen (2) ja kytkentädiodien (D, Dl, D2) ja/tai kon- .. densaattoreiden (C, C1...C5) väliset sähköliitännät (4) on ‘; muodostettu suojusmaisesti. l. Läginduktiv anod-katod-koppiing av en fränslagbar ef-fekttyristor (Th) a) med minst en kopplingsdiod (D) med samma polning som effekttyristorn, fc>) tili vilken diod en kondensator (C) är seriekopplad, c) varvid denna seriekoppling av kopplingsdiod och kondensator är parallellkopplad effekttyristorn och d) de elektriska anslutningarna (2, 4) mellan kopplingsdiod, kondensator och effekttyristor är utförda lägindukti-va, 9 88088 e) varvid effekttyristorn (Th), koppiingsdioden eller -dioderna (D, Dl, D2) och kondensatorn eller kondensatorerna (C, C1...C5) var och en uppvisar en geometrisk huvudaxel respektive komponentaxelriktning (A-A) och vid sinä motsatta ändar elektriska anslutningselement eller -kontaktytor, kännetecknad av f) att effekttyristorn (Th), koppiingsdioden eller -dioderna (D, Dl, D2) och kondensatorn eller kondensatorerna (C, C1...C5) är förbundna med varandra genom elektriskt ledande plattor (2), vilka är elektriskt isolerade gentemot varandra och sträcker sig ätminstone delvis parallellt med varandra, samt g) att den frdnslagbara effekttyristorn (Th), kopplings-dioderna (D, Dl, D2) och kondensatorerna (C, C1...C5) är anordnade med sinsemellan parallella axlar, varvid kompo-nentaxelriktningen (A-A) är i stort sett vinkelrät mot de komponenterna förenande, elektriskt ledande plattorna (2).

7. Läginduktiv anod-katod-koppling enligt nägot av patent-kraven 2-5, kännetecknad av att de elektriska anslutningarna (4) mellan de ledande plattorna (2) och kopp-lingsdioderna (D, Dl, D2) och/eller kondensatorerna (C, C1...C5) är utförda käpformade.