WO2009097929A1 - Schutzbeschaltung für eine thyristorbrückenschaltung - Google Patents

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WO2009097929A1
WO2009097929A1 PCT/EP2008/066645 EP2008066645W WO2009097929A1 WO 2009097929 A1 WO2009097929 A1 WO 2009097929A1 EP 2008066645 W EP2008066645 W EP 2008066645W WO 2009097929 A1 WO2009097929 A1 WO 2009097929A1
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WO
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thyristor
voltage
thl
bridge circuit
ignition
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Wilfried HOFMÜLLER
Heinz Pichorner
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Siemens AG Oesterreich
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Siemens AG Oesterreich
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    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
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    • H02M7/145—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/162—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration

Definitions

  • the invention relates to a thyristor bridge circuit comprising at least two parallel branches, each with two thyristors arranged in series, an alternating voltage being present at connection points between the thyristors arranged in series and a load being arranged parallel to the branches.
  • Thyristor bridge circuits are typically operated as controlled rectifiers.
  • the input side a two-phase or three-phase AC voltage, which is connected by means of gate control by alternately igniting the thyristors in the branches of the bridge circuit to an output side load.
  • a predetermined control angle determines the ignition timing of the thyristors and thus the value of the output-side averaged voltage.
  • the inductive components of an output-side load cause the load current to flow even when the polarity of the voltage present on the input side reverses.
  • the conductive thyristors of a branch remain turned on until the phase position of the input-side AC voltage reaches the control angle specified for the reverse polarity and a commutation takes place on the then ignited branch. In this way, it is usually ensured that always a branch is conductive.
  • faults can occur that cause the commutation to be suppressed to another branch. This is the case, for example, when the input AC voltage is interrupted, for example, by a falling contactor in case of power failure.
  • An output-side load inductance continues to force a load current through the still conductive branch of the thyristor bridge. Only when the load current drops below the holding current of the conductive thyristors, turn off the thyristors of the corresponding branch. The thyristors of the other branch remain switched off, because the control angle is not reached. Thus, all thyristors are switched off when the holding current is reached.
  • Ignition pulses of the thyristors fail, for example, by a failure of the thyristor, without previous power dissipation.
  • the negative effect of a voltage applied to the turned off thyristors voltage is further amplified by the input side applied AC voltage.
  • so-called inverter tipping often occurs.
  • Thyrsitor Supremenscrien which is arranged parallel to the load overvoltage protection element or provide a resistance.
  • Such a freewheeling circuit is an additional circuit complexity, possibly with its own control, is a parallel resistor also leads to an undesirable power loss.
  • the invention has for its object to provide an improvement over the prior art for a thyristor bridge circuit of the type mentioned.
  • the bridge circuit comprises at least two parallel branches, each with two thyristors arranged in series, wherein an AC voltage is present at connection points between the thyristors arranged in series and wherein a load is arranged parallel to the branches ,
  • each thyristor is assigned a respective passive ignition circuit, which connects the anode to the gate of the respective thyristor in such a way that a voltage applied between the anode and the cathode of the thyristor causes an ignition pulse at the gate of the thyristor when a predetermined threshold value is reached.
  • Each firing circuit thus utilizes the voltage developed between the anode and the cathode of the associated thyristor to derive an ignition pulse for firing the thyristor.
  • the threshold value is set so that an ignition pulse occurs before a thyristor ignites overhead.
  • the passive ignition circuits are fed in a fault directly from the remaining in a load inductance residual energy.
  • the corresponding ignition circuit switches at least part of this voltage Gate and cathode of the thyristor by pulling the gate to the potential of the anode.
  • the load current from the load inductance then flows through the branch of the means
  • Ignition circuits ignited thyristors back to the load and builds on ohmic resistors of this freewheeling path.
  • each ignition circuit comprises a tilting element with a predetermined
  • Breakdown voltage which is arranged between the anode and gate of the respective thyristor. In this way, simple ignition circuits for simple applications can be realized.
  • a resistor is arranged in series with each tilting element with a predetermined breakdown voltage.
  • the resistor limits the Zündstromimpuls, which is caused by ignition circuit, to a definable maximum value.
  • a diode in series with each tilting element with a predetermined breakdown voltage.
  • the forward direction of the diode extends from the anode to the gate of the corresponding thyristor, so that a
  • Another advantage for securing the tilting elements with a predetermined breakdown voltage is achieved by the arrangement of antiparallel protection diodes.
  • the protective diodes cause the tilting elements are not loaded against the direction of breakthrough.
  • each tilting element with a predetermined breakdown voltage is called a break-over diode (Shockley diode).
  • Diode Diode
  • Break-over diodes support the ignition of the thyristors due to their special tilting behavior.
  • a break-over diode ignites only at high voltages (eg 1600V) and on the other hand shows the characteristic of a break-over diode after exceeding the high voltages (eg 1600V) and on the other hand shows the characteristic of a break-over diode after exceeding the
  • Breaking voltage a strong voltage dip, so that in any case a sufficiently high ignition current or a sufficiently steep ZündstromanTA is achieved to actually ignite a connected to the ignition circuit thyristor.
  • a further embodiment of the invention provides that a series connection, consisting of a resistor and a capacitor, is arranged parallel to each thyristor. This additional wiring limits the shutdown voltage peaks during commutation.
  • thyristor bridge circuit when a field winding of a DC machine is provided as the load.
  • Fully controlled thyristor bridges are particularly suitable for the two-squarely control of DC machines with the ability to actively lower the load current in the excitation winding by reversing the applied voltage and thus reduce the exciter field.
  • FIG. 1 Structure of a thyristor bridge circuit for
  • a first branch comprises two series connected
  • Thyristors THl, TH2 wherein at a connection point between the thyristors THl, TH2 a first phase IVl of AC voltage is applied.
  • another branch of the bridge circuit is arranged with two series thyristors TH3, TH4.
  • a connection point between the thyristors TH3, TH4 of this second branch there is a second phase IUI of the input-side AC voltage.
  • the bridge circuit comprises a third branch with two further thyristors with a third alternating voltage phase applied to a connection point between these thyristors.
  • All thyristors TH1, TH2, TH3, TH4 are controlled via a control, not shown, which, when a control angle coincides with the respective phase angle of the
  • the trimmed, rectified AC voltage is applied via output-side terminal contacts ICl, IDl to a DC load, for example to a field winding of a DC machine with an inductive component L and an ohmic component R.
  • An optional carrier memory effect circuit is arranged in parallel with each thyristor TH1, TH2, TH3, TH4.
  • a carrier memory effect circuit limits the voltage peaks during commutation and consists of a capacitor Cl or C2 or C3 or C4 in series with a resistor Rl or R2 or R3 or R4.
  • a bridge branch for example due a power failure or a control error.
  • the energy stored in the inductive portion L of the load causes the load current to continue to flow, charging capacitive elements of the circuit, and optionally the capacitors Cl, C2, C4, C5 of the carrier memory effect circuits.
  • the voltages at these capacitors C 1, C 2, C 4, C 5 thus lie between the anode and cathode of the thyristors TH 1, TH 2, TH 3, TH 4 and would lead to the overhead ignition of the thyristors TH 1, TH 2, TH 3, TH 4 without the inventive measure described below.
  • a branch of the bridge circuit is equipped with ignition circuits connected between anode and gate G1, G2 or G3, G4 of the thyristors TH1, TH2 or TH3, TH4. Even with a three-phase embodiment, the additional wiring of a branch with two ignition circuits according to the invention is sufficient.
  • a first ignition circuit is arranged between the anode and gate G1 of the first thyristor TH1, and a second ignition circuit is arranged between the anode and gate G2 of the second thyristor TH2.
  • Each ignition circuit comprises as a tilting element with a predetermined breakdown voltage a break-over diode BODl or BOD2, wherein the breakdown direction of the anode to the gate Gl or G2 of the respective thyristor THl or TH2 runs.
  • the breakdown voltage forms the threshold value up to which the voltage between anode and cathode of a thyristor TH1 or TH2 may rise before the corresponding ignition circuit generates an ignition pulse to ignite the thyristor TH1 or TH2.
  • break-over diodes BOD1, BOD2 other tilting elements, for example gas-filled ones, can also be used.
  • resistor RvI or RV2 is arranged in series with each break-over diode BOD1 or BOD2.
  • resistors RvI and Rv2 are tuned to the predetermined breakdown voltage of the break-over diode BODl, BOD2. In this way, the resistors RvI, Rv2 determine the maximum ignition current.
  • an antiparallel protection diode D4 or D4 is arranged for each break-over diode BOD1 or BOD2.
  • the ignition current at the gate Gl or G2 of the thyristor TH1 or TH2 leads to the same.
  • the ignition then drops below the holding current of the break-over diode BODl or BOD2 and the ignition circuit returns to the initial state.
  • the current flow through the first thyristor TH1 or TH2 ignited in the branch increases the voltage between anode and cathode of the other thyristor TH2 or TH1, so that also its ignition circuit as described above, an ignition pulse generated.
  • the other thyristor TH2 or TH1 is thus ignited immediately after the first thyristor THl or TH2 and the branch is available as a freewheeling path for reducing the inductive component L of the load energy available, as soon as the load current below the holding current of a thyristor THl or TH2 drops, this locks and the freewheeling path is interrupted again. Depending on the residual energy present in the inductive component L of the load, further ignition processes can then take place by means of the ignition circuits.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Thyristorbrückenschaltung, wenigstens zwei parallele Zweige mit jeweils zwei in Reihe angeordneten Thyristoren (TH1, TH2 bzw. TH3, TH4) umfassend, wobei an Verbindungspunkten zwischen den in Reihe angeordneten Thyristoren (TH1, TH2 bzw. TH3, TH4) eine Wechselspannung (1U1, 1V1) anliegt und wobei parallel zu den Zweigen eine Last (R, L) angeordnet ist. Dabei ist in einem der Zweige jedem Thyristor (TH1, TH2 oder TH3, TH4) jeweils eine passive Zündschaltung zugeordnet, welche die Anode mit dem Gate (G1 bzw. G2 oder G3 bzw. G4) des jeweiligen Thyristors (TH1 bzw. TH2 oder TH3 bzw. TH4) in der Weise verbindet, dass eine zwischen Anode und Kathode des Thyristors (TH1 bzw. TH2 oder TH3 bzw. TH4) anliegenden Spannung bei Erreichung eines vorgegebenen Schwellenwertes einen Zündimpuls am Gate (G1 bzw. G2 oder G3 bzw. G4) des Thyristors (TH1 bzw. TH2 oder TH3 bzw. TH4) hervorruft.

Description

SCHUTZBESCHALTUNG FÜR EINE THYRISTORBRÜCKENSCHALTUNG
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Thyristorbrückenschaltung, wenigstens zwei parallele Zweige mit jeweils zwei in Reihe angeordneten Thyristoren umfassend, wobei an Verbindungspunkten zwischen den in Reihe angeordneten Thyristoren eine Wechselspannung anliegt und wobei parallel zu den Zweigen eine Last angeordnet ist.
Thyristorbrückenschaltungen werden in der Regel als gesteuerte Gleichrichter betrieben. Dabei liegt eingangsseitig eine zweiphasige oder dreiphasige Wechselspannung an, welche mittels Anschnittsteuerung durch abwechselndes Zünden der Thyristoren in den Zweigen der Brückenschaltung an eine ausgangsseitige Last geschaltet wird. Ein vorgegebener Steuerwinkel bestimmt dabei den Zündzeitpunkt der Thyristoren und damit den Wert der ausgangsseitigen gemittelten Spannung.
Die induktiven Anteile einer ausgangsseitigen Last führen dazu, dass der Laststrom auch noch dann fließt, wenn sich die Polarität der eingangsseitig anliegenden Spannung umkehrt. Die leitenden Thyristoren eines Zweiges bleiben dabei so lange eingeschaltet, bis die Phasenlage der eingangsseitigen Wechselspannung den für die umgekehrte Polarität vorgegebenen Steuerwinkel erreicht und eine Kommutierung auf den dann gezündeten Zweig erfolgt. Auf diese Weise ist in der Regel sichergestellt, dass immer ein Zweig leitend ist.
Es können jedoch Störungen auftreten, die dazu führen, dass die Kommutierung auf einen anderen Zweig unterdrückt wird. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die eingangsseitige Wechselspannung unterbrochen wird, zum Beispiel durch ein abfallendes Schütz bei Netzausfall. Eine ausgangsseitige Lastinduktivität erzwingt dabei weiterhin einen Laststrom durch den noch leitenden Zweig der Thyristorbrücke. Erst wenn der Laststrom unter den Haltestrom der leitenden Thyristoren abfällt, schalten die Thyristoren des entsprechenden Zweigs ab. Die Thyristoren des anderen Zweigs bleiben abgeschaltet, weil der Steuerwinkel nicht erreicht wird. Somit sind bei Erreichung des Haltestromes alle Thyristoren abgeschaltet.
Die in der Lastinduktivität verbleibende Restenergie bewirkt jedoch weiterhin einen Stromfluss, der aufgrund des unterbrochenen Stromkreises zu einem Spannungsanstieg in kapazitiven Elementen der Schaltung führt. Diese kapazitiven Elemente bewirken zudem oft gemeinsam mit der Lastinduktivität Schwingungen, welche Spannungsspitzen zwischen Anode und Kathode der abgeschalteten Thyristoren hervorrufen können. Diese Spannungsspitzen lösen bei Überschreiten der Blockierspannung ein sogenanntes Überkopfzünden der Thyristoren aus, welches in der Regel zur Zerstörung der Thyristoren führt.
Derselbe negative Effekt kann auch auftreten, wenn die
Zündimpulse der Thyristoren ausbleiben, beispielsweise durch einen Ausfall der Thyristoransteuerung, ohne vorherigen Stromabbau. Dabei wird die negative Wirkung einer an den abgeschalteten Thyristoren anliegenden Spannung durch die weiterhin eingangsseitig anliegende Wechselspannung verstärkt. In derartigen Betriebsfällen kommt es oft zum sogenannten Wechselrichterkippen .
Um die Zerstörung der Thyrsitoren im Fehlerfall zu vermeiden, kennt man beispielsweise aus der DE 23 00 754
Überkopfzündfeste Thyristoren. Bei Thyristorbrücken zur Ansteuerung induktiven Lasten können jedoch auch bei Überkopfzündfesten Thyristoren infolge eines schwingenden Laststromes unzulässig hohe Bauteilbelastungen auftreten.
Man kennt deshalb auch Thyrsitorbrückenschaltungen, welche ein parallel zur Last angeordnetes Überspannungsschutzelement oder einen Widerstand vorsehen. Eine solche FreilaufSchaltung stellt einen zusätzlichen Schaltungsaufwand, gegebenenfalls mit eigener Ansteuerung, dar. Ein Parallelwiderstand führt zudem zu einer unerwünschten Verlustleistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Thyristorbrückenschaltung der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dabei umfasst die Brückenschaltung wenigstens zwei parallele Zweige mit jeweils zwei in Reihe angeordneten Thyristoren, wobei an Verbindungspunkten zwischen den in Reihe angeordneten Thyristoren eine Wechselspannung anliegt und wobei parallel zu den Zweigen eine Last angeordnet ist. In einem der Zweige ist jedem Thyristor jeweils eine passive Zündschaltung zugeordnet, welche die Anode mit dem Gate des jeweiligen Thyristors in der Weise verbindet, dass eine zwischen Anode und Kathode des Thyristors anliegenden Spannung bei Erreichung eines vorgegebenen Schwellenwertes einen Zündimpuls am Gate des Thyristors hervorruft.
Jede Zündschaltung nutzt somit die sich zwischen der Anode und der Kathode des zugeordneten Thyristors aufbauende Spannung, um daraus einen Zündimpuls zur Zündung des Thyristors abzuleiten. Der Schwellenwert ist dabei so festgelegt, dass ein Zündimpuls erfolgt, bevor ein Thyristor Überkopfzündet . Damit ist ein sicherer Schutz aller Thyristoren gegeben, unabhängig vom Status der
Schaltungsanordnung. Die passiven Zündschaltungen werden bei einem Störfall direkt aus der in einer Lastinduktivität verbleibenden Restenergie gespeist. Sobald die Spannung zwischen Kathode und Anode eines Thyristors infolge des weiterhin fließenden Laststromes über den vorgegebenen Schwellenwert steigt, schaltet die entsprechende Zündschaltung zumindest einen Teil dieser Spannung zwischen Gate und Kathode des Thyristors, indem das Gate auf das Potenzial der Anode gezogen wird. Dabei fließt ein Zündstromimpuls von der Anode über die Zündschaltung zum Gate des Thyristors und zündet diesen. Der Laststrom aus der Lastinduktivität fließt dann über den Zweig der mittels
Zündschaltungen gezündeten Thyristoren zurück zur Last und baut sich an ohmschen Widerständen dieses Freilaufpfades ab.
In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung umfasst jede Zündschaltung ein Kippelement mit einer vorgegebenen
Durchbruchspannung, welches zwischen Anode und Gate des jeweiligen Thyristors angeordnet ist. Auf diese Weise sind einfache Zündschaltungen für einfache Anwendungen realisierbar .
Dabei ist es von Vorteil, wenn in Serie zu jedem Kippelement mit vorgegebener Durchbruchspannung ein Widerstand angeordnet ist. Der Widerstand begrenzt den Zündstromimpuls, welcher mittels Zündschaltung hervorgerufen wird, auf einen festlegbaren Höchstwert.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, in Serie zu jedem Kippelement mit vorgegebener Durchbruchspannung eine Diode anzuordnen. Die Durchlassrichtung der Diode verläuft von der Anode zum Gate des entsprechenden Thyristors, sodass ein
Stromfluss vom Gate zur Anode unabhängig von der Bauweise des in Serie liegenden Kippelements sicher verhindert wird.
Ein weiterer Vorteil zur Absicherung der Kippelemente mit vorgegebener Durchbruchspannung wird durch die Anordnung antiparalleler Schutzdioden erreicht. Die Schutzdioden bewirken, dass die Kippelemente nicht entgegen der Durchbruchrichtung belastet werden.
Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn in einer vorteilhaften Ausprägung jedes Kippelement mit vorgegebener Durchbruchspannung als sogenannte Break-over-Diode (Shockley- Diode) ausgebildet ist. Break-over-Dioden unterstützen durch ihr spezielles Kippverhalten die Zündung der Thyristoren. Einerseits zündet eine Break-over-Diode erst bei hohen Spannungen (z.B. 1600V) und anderseits zeigt die Kennlinie einer Break-over-Diode nach dem Überschreiten der
Durchbruchspannung einen starken Spannungseinbruch, sodass in jedem Fall ein ausreichend hoher Zündstrom bzw. ein ausreichend steiler Zündstromanstieg erreicht wird, um einen mit der Zündschaltung verbundenen Thyristor tatsächlich zu zünden.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung sieht vor, dass parallel zu jedem Thyristor eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand und einem Kondensator, angeordnet ist. Diese zusätzliche Beschaltung begrenzt die Abschaltspannungsspitzen beim Kommutieren.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Thyristorbrückenschaltung, wenn als Last eine Erregerwicklung einer Gleichstrommaschine vorgesehen ist. Vollgesteuerte Thyristorbrücken eignen sich besonders für die Zweiquadratenansteuerung von Gleichstrommaschinen mit der Möglichkeit, den Laststrom in der Erregerwicklung durch Umkehrung der anliegenden Spannung aktiv abzusenken und damit das Erregerfeld abzubauen.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Aufbau einer Thyristorbrückenschaltung zum
Anschließen einer steuerbaren Gleichstromlast an eine zweiphasige Wechselspannung
Ein erster Zweig umfasst zwei in Reihe geschaltete
Thyristoren THl, TH2, wobei an einem Verbindungspunkt zwischen den Thyristoren THl, TH2 eine erste Phase IVl der Wechselspannung anliegt. Parallel zu diesem Zweig ist ein weiterer Zweig der Brückenschaltung mit zwei in Reihe liegenden Thyristoren TH3, TH4 angeordnet. An einem Verbindungspunkt zwischen den Thyristoren TH3, TH4 dieses zweiten Zweigs liegt eine zweite Phase IUI der eingangsseitigen Wechselspannung an.
Im Falle einer dreiphasigen Wechselspannung umfasst die Brückenschaltung einen dritten Zweig mit zwei weiteren Thyristoren mit einer an einem Verbindungspunkt zwischen diesen Thyristoren anliegenden dritten Wechselspannungsphase.
Angesteuert werden alle Thyristoren THl, TH2, TH3, TH4 über eine nicht dargestellte Steuerung, welche bei Übereinstimmung eines Steuerwinkels mit dem jeweiligen Phasenwinkel der
Wechselspannung Zündimpulse an die entsprechenden Gates Gl, G2 bzw. G3, G4 der Thyristoren THl, TH2 bzw. TH3, TH4 eines Zweigs schaltet. Auf diese Weise werden beide Thyristoren THl, TH2 bzw. TH3, TH4 eines Zweiges im Wesentlichen gleichzeitig gezündet, wobei die Zweige alternierend leitend werden .
Die angeschnittene, gleichgerichtete Wechselspannung liegt über ausgangsseitige Anschlusskontakte ICl, IDl an einer Gleichstromlast, beispielsweise einer Erregerwicklung einer Gleichstrommaschine mit einem induktiven Anteil L und einem ohmschen Anteil R an.
Parallel zu jedem Thyristor THl, TH2, TH3, TH4 ist eine optionale Trägerspeichereffektbeschaltung angeordnet. Eine Trägerspeichereffektbeschaltung beschränkt die Spannungsspitzen beim Kommutieren und besteht aus einem Kondensator Cl bzw. C2 bzw. C3 bzw. C4 in Reihe mit einem Widerstand Rl bzw. R2 bzw. R3 bzw. R4.
Im Störungsfall unterbleibt die Zündung der Thyristoren THl, TH2 bzw. TH3, TH4 eines Brückenzweigs, beispielsweise infolge eines Netzausfalls oder eines Steuerungsfehlers. Die im induktiven Anteil L der Last gespeicherte Energie bewirkt, dass der Laststrom weiter fließt und kapazitive Elemente der Schaltung wie gegebenenfalls die Kondensatoren Cl, C2, C4, C5 der Trägerspeichereffektbeschaltungen auflädt. Die Spannungen an diesen Kondensatoren Cl, C2, C4, C5 liegen somit zwischen Anode und Kathode der Thyristoren THl, TH2, TH3, TH4 an und würden ohne die im Folgenden beschriebene erfindungsgemäße Maßnahme zum Überkopfzünden der Thyristoren THl, TH2, TH3, TH4 führen.
Erfindungsgemäß ist ein Zweig der Brückenschaltung mit zwischen Anode und Gate Gl, G2 bzw. G3, G4 der Thyristoren THl, TH2 oder TH3, TH4 geschaltete Zündschaltungen ausgestatte. Auch bei einer dreiphasigen Ausführungsform ist die zusätzliche Beschaltung eines Zweigs mit zwei erfindungsgemäßen Zündschaltungen ausreichend.
Im vorliegenden Beispiel ist zwischen Anode und Gate Gl des ersten Thyristors THl eine erste Zündschaltung und zwischen Anode und Gate G2 des zweiten Thyrsitors TH2 eine zweite Zündschaltung angeordnet. Jede Zündschaltung umfasst als Kippelement mit vorgegebener Durchbruchspannung eine Break- over-Diode BODl bzw. BOD2, wobei deren Durchbruchrichtung von der Anode zum Gate Gl bzw. G2 des jeweiligen Thyristors THl bzw. TH2 verläuft. Die Durchbruchspannung bildet dabei den Schwellenwert, bis zu dem die Spannung zwischen Anode und Kathode eines Thyristors THl bzw. TH2 ansteigen darf, bevor die entsprechende Zündschaltung einen Zündimpuls zur Zündung des Thyristors THl bzw. TH2 generiert.
Alternativ zu Break-over-Dioden BODl, BOD2 können auch andere Kippelemente, beispielsweise gasgefüllte
Überspannungsabieiter, Zenerdioden mit Thyristoren etc. angeordnet werden. In Serie mit jeder Break-over-Diode BODl bzw. BOD2 ist eine schnelle Diode Dl bzw. D2 geschaltet. Diese Dioden Dl, D2 verhindern einen unerwünschten Stromfluss vom Gate Gl bzw. G2 zur Anode des jeweiligen Thyristors THl bzw. TH2. Eine zusätzliche Ausfallsicherheit bietet die Anordnung von zwei Dioden in Reihe anstelle einer Diode Dl bzw. D2 pro Zündschaltung .
Des Weiteren ist in Serie mit jeder Break-over-Diode BODl bzw. BOD2 ein Widerstand RvI bzw. Rv2 angeordnet. Die
Dimensionierung dieser Widerstände RvI bzw. Rv2 ist auf die vorgegeben Durchbruchspannung der Break-over-Dioden BODl, BOD2 abgestimmt. Auf diese Weise bestimmen die Widerstände RvI, Rv2 den maximalen Zündstrom.
Um die Break-over-Dioden BODl, BOD2 gegen eine Spannung in verkehrter Richtung zu schützen, ist zu jeder Break-over- Diode BODl bzw. BOD2 eine antiparallele Schutzdiode D4 bzw. D4 angeordnet.
Überschreitet im Störfall die Spannung zwischen Anode und Kathode eines Thyristors THl bzw. TH2 die vorgegebene Durchbruchspannung der zugeordneten Break-over-Diode BODl bzw. BOD2, wird diese schlagartig niederohmig. Der Potenzialunterschied zwischen Gate Gl bzw. G2 und Kathode des entsprechenden Thyristors THl bzw. TH2 ruft einen Zündstrom hervor, welcher mittels Widerstand RvI bzw. Rv2 begrenzbar ist .
Der Zündstrom am Gate Gl bzw. G2 des Thyristors THl bzw. TH2 führt zum Zünden desselben. Der Zündstrom fällt daraufhin unter den Haltestrom der Break-over-Diode BODl bzw. BOD2 ab und die Zündschaltung kehrt in den Ausgangszustand zurück. Der Stromfluss durch den in dem Zweig zuerst gezündete Thyristor THl bzw. TH2 erhöht die Spannung zwischen Anode und Kathode des anderen Thyristors TH2 bzw. THl, sodass auch dessen Zündschaltung wie oben beschrieben einen Zündimpuls generiert. Der andere Thyristor TH2 bzw. THl wird somit unmittelbar nach dem ersten Thyristor THl bzw. TH2 gezündet und der Zweig steht als Freilaufpfad zum Abbau der im induktiven Anteil L der Last vorhanden Energie zur Verfügung, Sobald der Laststrom unter den Haltestrom eines Thyristors THl bzw. TH2 abfällt, sperrt dieser und der Freilaufpfad ist wieder unterbrochen. Abhängig von der im induktiven Anteil L der Last vorhanden Restenergie können daraufhin weitere Zündvorgänge mittels der Zündschaltungen erfolgen. Dies geschieht solange, bis die Restenergie in ohmschen Elementen des Freilaufpfades soweit verbraucht ist, dass die sich zwischen Anode und Kathode eines Thyristors THl bzw. TH2 aufbauende Spannung nicht mehr den Schwellenwert der entsprechenden Zündschaltung erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Thyristorbrückenschaltung, wenigstens zwei parallele Zweige mit jeweils zwei in Reihe angeordneten Thyristoren (THl, TH2 bzw. TH3, TH4) umfassend, wobei an
Verbindungspunkten zwischen den in Reihe angeordneten Thyristoren (THl, TH2 bzw. TH3, TH4) eine Wechselspannung (IUI, IVl) anliegt und wobei parallel zu den Zweigen eine Last (R, L) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Zweige jedem Thyristor (THl, TH2 oder TH3, TH4) jeweils eine passive Zündschaltung zugeordnet ist, welche die Anode mit dem Gate (Gl bzw. G2 oder G3 bzw. G4) des jeweiligen Thyristors (THl bzw. TH2 oder TH3 bzw. TH4) in der Weise verbindet, dass eine zwischen Anode und Kathode des Thyristors (THl bzw. TH2 oder TH3 bzw. TH4) anliegenden
Spannung bei Erreichung eines vorgegebenen Schwellenwertes einen Zündimpuls am Gate (Gl bzw. G2 oder G3 bzw. G4) des Thyristors (THl bzw. TH2 oder TH3 bzw. TH4) hervorruft.
2. Thyristorbrückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zündschaltung ein Kippelement (BODl bzw. BOD2) mit einer vorgegebenen Durchbruchspannung umfasst, welches zwischen Anode und Gate (Gl bzw. G2 oder G3 bzw. G4) des jeweiligen Thyristors (THl bzw. TH2 oder TH3 bzw. TH4) angeordnet ist.
3. Thyristorbrückenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu jedem Kippelement (BODl bzw. BOD2) mit vorgegebener Durchbruchspannung ein Widerstand (RvI bzw. Rv2) angeordnet ist.
4. Thyristorbrückenschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu jedem Kippelement (BODl bzw. BOD2) mit vorgegebener Durchbruchspannung eine Diode (Dl bzw. D2) angeordnet ist.
5. Thyristorbrückenschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Kippelement (BODl bzw. BOD2) mit vorgegebener Durchbruchspannung eine antiparallele Schutzdiode (D3 bzw. D4) angeordnet ist.
6. Thyristorbrückenschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kippelement (BODl bzw. BOD2) mit vorgegebener Durchbruchspannung als sogenannte Break-over-Diode ausgebildet ist.
7. Thyristorbrückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jedem Thyristor (THl, TH2, TH3, TH4) eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand (Rl, R2, R3, R4) und einem Kondensator (Cl, C2, C3, C4), angeordnet ist.
8. Thyristorbrückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (R, L) als Erregerwicklung einer Gleichstrommaschine ausgebildet ist.
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