DE1538814C - Kommutierungsschaltung für einen Thyristor - Google Patents

Description

giefluß durch eine Belastung in zwei Richtungen möglich ist,

F i g. 4 ein weiteres Ausführüiigsbeispiel ähnlich wie das der Fig. 3,

F i g. 5 eine Abwandlung des Ausfühhingsbeispiels der Fig. 4,

Fig. 6 eine Wechselrichtersch^rung mit einer Kommutierungsschaltung gemäß defEirfindüng,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dein ein Diac-Element verwendet wird,

F i g. 8 ein Ausführungsbeispiei, bei dem die Belastung über einen Wandler angeschlossen ist,

Fig. 9 eine Abwandlung des Äüsführüngsbeispiels der Fig. i.

rungskondensators 23 und der Sperrdiode 24 sowie der Speiseleitung 19 geschaltet sind, kann vorgesehen werden, damit gewährleistet ist, daß der erste Kommutierungskondensator 23 vor dem Kommutierungs-

Intervall geladen wird, so daß sichergestellt ist* daß die Kommutierungschaltung das Triac-Element 11 während der Kommütierungsintervalle vollständig sperrt:

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung der

ίο Fig. 1 wird angenommen, daß das Triac-Element 11 seinen Sperzustand im Anschluß an ein vorausgehendes stromieitendes Intervall eingenommen hat und daß der Laststrom durch die Belastung 22 über

die Giättungsspule 21 und die Freiläufdiode 17 ge-

Die in der F i g. 1 gezeigte Schaltung weist eine i₅ führt wird. Während dieses Intervalls wird der Kom-Kommütierungsschaltung auf, die eine weiche Korn- mutierungskondensator 23 auf das volle Potential der

mutierung eines Triäc-Elementes ergibt, welches zur Steuerung des durch feine Belastung fließenden Stromes verwendet wird. Dieses Triäc-Element Ii kann

Gleichspannungsquelle E$ über die Diode 24, die

ström durch das Triac-Element Ü von der klemme 12 zur Klemme 13 fließen. Wenn andererseits die Lästideinme 13,positiv iii bezug auf die Lästkiemme 12 ist, erfolgt der Laststrdmflüß von der Klemme 13 zur Klemme 12. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß in der Schaltungsanordnung gemäß der Fig.l eine Strömieitfähigkeit in beiden Richtungen nicht erforderlich ist urid daß ein gewöhnlicher, gesteuerter Siliciumgleichrichter 15 an Stelle des Triac-Elementes Il verwendet werden käiin.

Das den Belastüngsstrom führende Triae-Element ίί ist in Reihe mit einer Dämpfungsspule 16 und einer Freilaüfdiöde 17 mit zwei Speiseleitungen 18 und 19 verbunden, die ihrerseits an eine Gleichspan-

Giättungsspule 21 und die Belastung 22 aufgeladen^ wobei die Polarität des Potentials am Kommütie-Strom in einer von zwei Richtungen iii Abhängigkeit 20 rungskondehsator 23 auf der Seite des Punktes deii von der Polarität des Potentials äii seihen Lastklem- Wert Null hat. Der Kommutierungskondensator 27 men 12 und 13 führen·, wenn an seine Steuerelektrode ist auf der Punktseite über die Diode 28 negativ auf-14 ein Steuerimpuls angelegt wird. Wenn das Poten- geladen. Wenn die Schaltung im unbelasteten ZU-rial der Lastklemme 12 des Triäc-Elementes 11 posi- stand betrieben wird, kann die Aufladung des ersten tiv in bezug auf die Lästkiemme 13 ist, wird ein Last- ₂₅ Kommutierungskondensators 23 über die Ladespule

„₊,™ «,,^u j^ nr_:^ "'^^^ ^- J-- +- ₂₉ und die Ladediode31 erreicht werd.en: Wenn die

Schältung diesen Zustand einnimmt,; wird das Triac-Element eingeschaltet, indem ein Steuerimpuls auf die Steuerelektrode 14 gegeben wird.

Unmittelbar nach dem Einschalten des Triac-Elementes 11 wird der Aufbau des Lastströmes durch die Dämpfungsspule 16 begrenzt, die eine große Änderung der Geschwindigkeit des Strömaufbaues (d//di) im Triac-Element 11 verhindert, so daß das Element gegen Beschädigung geschützt wird: Die Dämpfungsspule 16 dient ferner auch zur Begrenzung der Amplitude des entgegengesetzt gerichteten Stromes; der durch die Freilaüfdiöde 17 fließt. Wenn der Laststrom durch das Triac-Element 11

nüngsquelie angeschlossen sind. Es wird angenom- 40 einen Wert erreicht hat; der etwa gleich dem in der men, daß die Speiseleitung 18 positiv in bezug auf die Belastung 22 fließenden Strom ist, sperrt die Frei-Speiseieituhg 19 ist. Eine Giättungsspule 21 und eine ^:" " ~" " " ~" ~

Belastung 22 sind der Dämpfungsspule und der in Reihe damit geschalteten Freilaüfdiöde 17 parallel geschaltet.

Um das den Belastungsstrom führende Triac-Elemerit 11 in entsprechenden Intervallen zu sperren,
ist eine Kommutierungsschaltung vorgesehen, die
einen Kommutierungskondensator 23 aufweist; welcher in Reihe mit einer Sperrdiode 24 an die Last- 50 umgekehrt. Die in der Dämpfungsspule 16 gespeiklemmeh des Triac-Elementes 11 angeschlossen ist. eherte Energie geht somit nicht verloren; sondern Der Kommutierungskondensator 23 dient zur Be- wird zur Löschung des Triae-Elementes verwendet,
grenzung der Anstiegsgeschwindigkeit der an das Um das Triac-Element 11 abzuschalten, wird der

Triäc-Element wiederholt angelegten Spannung, Thyristor 25 gezündet. Die beiden Kommutierungswenn das Element in den nicht stromleitenden Sper- 55 kondensatoren 23 und 27 und die Resonanzspule 26 rungszustand zurückkehrt. Damit das Triac-Element sind entsprechend der gewünschten Kommutierungs-11 in den nicht stromleitenden Sperrzustand zurück- frequenz auf Serienresonanz abgestimmt, so daß beim geführt werden kann, ist die Verbindung des Korn- Zünden des Thyristors 25 die Ladung des Kondenmutierungskondensators 23 und der Sperrdiode 24 sators 27 auf den Kondensator 23 schwingt. Die Poüber einen weiteren Thyristor 25 und eine Resonanz- 60 larität des Potentials am Kommutierungskondensator spuie 26 an einen weiteren Kommutierungskonden- 23 wird dadurch umgekehrt, so daß dieser nunmehr sator27 angeschlossen. Die Verbindung des Kommu- auf der Punktseite positiv wird. Wenn dies eintritt, tierungskondensators 27 und der Resonanzspule 26 ist wird die Sperrdiode 24 stromleitend, wodurch die Poüber eine Rückkoppelungsleitung 33, in der eine larität" des Potentials an den Lastklemmen 12 und 13 Rückkopplungsdiode 28 liegt, mit der Dämpfungs- 65 des Triac-Elementes 11 umgekehrt wird, was eine

laufdiode 17. Bei einer Einschaltung des Triac-Elementes 11 verhindert die Sperrdiode 24 eine Entladung des Kommutierungskondensators 23. Während die Freilaüfdiöde 17 ihren Sperrzustand einnimmt, wird die in der Dämpfungsspule 16 gespeicherte Energie über die Rückkopplungsdiode 28 auf den Kommutierungskondensator 27 übertragen und damit die Polarität der am Kondensator vorhandenen Ladung

spule 16 verbunden. Eine Hilfsladeschaltung, die eine Ladespule 29 und eine Ladediode 31 aufweist^ welche in Reihe zwischen der Verbindung des Kommutie-

Abschaltung bewirkt. Nach der Abschaltung des Triac-Elementes 11 steigt die Vofwärtsspannung an dem Triac-Element mit einer verhältnismäßig gerin-

gen Anstiegsgeschwindigkeit (d v/d t) auf Grund des Kondensators 23, der somit zur Begrenzung des an das Triac-Element 11 angelegten Wertes von dv/dt dient.

Die Schaltung gemäß F i g. 1 kann auch betrieben werden, wenn der Thyristor 25 und die Rückkopplungsdiode 28 in der Rückkopplungsleitung 33 weggelassen werden. Diese vereinfachtgiSchaltung arbeitet in ähnlicher Weise wie die Schaltung gemäß der

d. h. bei geringen Belastungsströmen oder bei Betrieb ohne Last, sind eine Ladespule 29 und eine Ladediode 31 vorgesehen, wie in gestrichelten Linien dargestellt ist. Damit ist gewährleistet, daß der Kommu-5 tierungskondensator 23 zwischen jedem Kommutierungsintervall vollständig geladen ist. Zusätzlich kann eine Begrenzerschaltung vorgesehen werden, um zu gewährleisten, daß das Potential an dem den Belastungsstrom führenden Triac-Element 11 nicht zu

Kondensators negativ ist. Nachdem das Triac-Element 11 eingeschaltet ist, spert die Sperrdiode 24 und verhindert dabei, daß sich der Kommutierungskondensator 23 entlädt. Um das Triac-Element 11 abzu-

Fig. 1. Bei dieser vereinfachten Schaltung wird je- io hohe Werte annimmt; diese Begrenzerschaltung weist doch durch die Einschaltung des Triac-Elementes 11 die zusätzliche Sekundärwicklung 45 und eine Koppgleichzeitig auch das Kommutierungsintervall ein- lungsdiode 46 auf, die in Reihe an die Speiseleitungen geleitet, so daß es nicht möglich ist, die Zeitdauer zu 18 und 19 gelegt sind, wie gestrichelt dargestellt ist. beeinflussen, in der das Triac-Element 11 eingeschal- Wenn in Betrieb die beiden Triac-Elemente 11 und

tet ist. Dieses Zeitintervall ist in diesem Falle durch 15 43 ihren Sperrzustand einnehmen, wird der Kommudie Parameter der Kommutierungsschaltung vorge- tierungskondensator 23 von dem durch die Belastung geben. Eine Änderung des Laststromes kann dann 22 fließenden Strom an der Punktseite negativ auf das nur durch Änderung der Frequenz der Steuerimpulse volle Potential der Gleichspannungsquelle aufgelaerzielt werden. den. Bei kleinem Laststrom wird diese Aufladung

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der 20 über die Ladespule 29 und die Ladediode 31 erfol-Schaltung gemäß der Fig. 1 kann der Kommutie- gen. Wenn nun das Triac-ElementIl eingeschaltet rungskondensator 27 weggelassen sein, wobei dann wird, fließt ein Strom durch die Belastung 22. Wenn der Thyristor 25 in Reihe mit der Resonanzspule 26 das Triac-Element 11 abgeschaltet werden soll, wird direkt mit der Speiseleitung 18 verbunden ist. . das Triac-Element 43 gezündet. Hierbei wird der _.

Im Betrieb wird dann vor dem Einschalten des 25 Kommutierungskondensator 23 umgeladen, so daß^U Triac-Elementes 11 wiederum der Kommutierungs- : die Polarität auf der Punktseite ins Positive geht, kondensator 23 über die Sperrdiode 24, die Glät- Diese Umladung erfolgt über die Reihenschaltung tungsspule21 und die Belastung 22 aufgeladen, bis aus dem Kondensator 23, der Rückkopplungsdiode die Kondensatorspannung die Speisespannung er- 44, der Resonanzspule 26, der Primär- und Sekunreicht hat, wobei das Potential auf der Punktseite des 30 därwicklung 42 und über das Triac-Element 11.

Wenn das Potential am Kommutierungskondensator 23 auf der Punktseite ins Positive zu gehen beginnt, wird die Diode 24 stromleitend und bewirkt, daß ein Potential umgekehrter Polarität an das Triac-Element schalten, wird der Thyristor 25 gezündet. Der Korn- 35 gelegt wird, so daß dieses abschaltet. Danach wird mutierungskondensator 23 wird umgeladen, da die der Kommutierungskondensator 23 über das Triac-Resonanzspule 26 und der Kommutierungskonden- Element 43, die Primärwicklung 41 und die Sperrsator 23 bei der Kommutierungsfrequenz auf Reihen- diode 24 wieder aufgeladen. Wenn der Kommutieresonanz abgestimmt sind. In dem Augenblick, in rungskondensator 23 seinen vollaufgeladenen Zudem das Potential am Kommutierungskondensator 23 40 stand erreicht hat, wird das Triac-Element 43 autoauf der Punktseite positiv zu werden beginnt, wird matisch abgeschaltet. Nahezu gleichzeitig wird ein die Sperrdiode 24 stromleitend und legt das Poten- entsprechender Steuerimpuls an die Steuerelektrode tial umgekehrter Polarität an die Lastklemme des gelegt, damit dieses in der umgekehrten Richtung Elementes 11, so daß dieses abschaltet. Wenn das wieder stromleitend wird, so daß der Belastungsstrom Triac-Element abgeschaltet ist, wird der Kommutie- 45 weiterfließen kann. Das Triac-Element 43 führt dann rungskondensator 23 wieder auf der Punktseite nega- so lange weiter Strom, bis das den Belastungsstrom tiv aufgeladen, wobei eine Begrenzung der Anstiegs- führende Triac-Element 11 erneut angesteuert wird, geschwindigkeit der an das Triac-Element 11 ange- und der durch das Triac-Element 11 fließende Strom legten Spannung erfolgt. - den Wert des durch das Triac-Element fließenden

Die F i g. 2 der Zeichnung zeigt ein Ausführungs- 50 Stromes erreicht. Dann wird das leerlaufende Triacbeispiel, bei dem ein in zwei Richtungen stromleiten- Element 43 erneut automatisch abgeschaltet. Der des Triac-Element 43 an Stelle der Freilaufdiode 17 Belastungsstrom, der in umgekehrter Richtung durch vorgesehen ist. Das den Belastungsstrom führende die Primärwicklung 41 während des Leerlaufinterval-Triac-Element 11 ist in Reihe mit dem Triac-Element les fließt, rückmagnetisiert den Kern des Wandlers 43 und der Primärwicklung 41 eines Wandlers mit 55 mit den Wicklungen 41 und 42. zwei induktiv gekoppelten Sekundärwicklungen 42 Bevor der Kern des Wandlers 41 und 42 in die

und 45 geschaltet. Eine Glättungsspule 21 und eine negative Sättigung auf Grund des in umgekehrter Belastung 22 sind parallel zu der Reihenschaltung Richtung durch das Triac-Element 43 fließenden Beder Primärwicklung 41 und des Triac-Elementes 43 lastungsstromes gebracht worden ist, können zu hohe geschaltet. Die Kommutierungsschaltung enthält 60 Spannungen an dem den Belastungsstrom führenden einen Kommutierungskondensator 23 und eine Sperr- Triac-Element erzeugt werden. Um dies zu vermeidiode 24, die in Reihenschaltung parallel zu dem den, sind die Sekundärwicklung 45 und die "Kopp-Triac-Element 11 gelegt sind. Die Verbindung des lungsdiode 46 an die Speiseleitungen 18 und 19 in der Kommutierungskondensators 23 und der Sperrdiode in Fi g. 2 dargestellten Weise gelegt, wodurch das 24 ist über eine Rückkopplungsdiode 44 und eine 65 Anlegen zu hoher Spannungen dadurch verhindert Resonanzspule 26 mit der Sekundärwicklung 42 des wird, daß das Potential an dem Triac-Element 11 auf Wandlers verbunden, die an der Speiseleitung 19 an- den Wert des Speisepotentials begrenzt wird, geschlossen ist. Für bestimmte Betriebsbedingungen, Die F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Er-

findung, bei dem ein Energiefluß in zwei Richtungen möglich ist. In der Schaltungsanordnung der F i g. 3 sind zwei Triac-Elemente 11 und 43 in Reihenschaltung mit einer Dämpfungsspule 16 an zwei Speiseleitungen 18 und 19 gelegt. Eine Mittelanzapfung der Dämpfungsspule 16 ist über eine Glättungsspule 21 an eine Belastung 22 angeschlossen. EM Kommutierungskondensator 23 und eine Sperrdrode 24 sind in Reihe dem Triac-Element 11 parallel geschaltet. Eine Rückkopplungsdiode 28 und eine Resonanzspule 26 sind in Reihe zwischen die Verbindung des Kommutierungskondensators 23 und der Sperrdiode 24 einerseits und die Verbindung des Triac-Elementes 43 und der Dämpfungsspule 16 andererseits geschaltet, um die Energie, die in der Dämpfungsspule 16 gespeichert wird, in den Kommutierungskondensator 23 zurückzuführen. Ein weiterer Kommutierungskondensator 51 ist zwischen die Speiseleitung 19 und die Verbindung der Rückkopplungsdiode 28 und der Resonanzspule 26 gelegt.

Bei der Schaltungsanordnung der F i g. 3 kann einerseits Energie von einer Gleichspannungsquelle der Belastung 22 zugeführt, andererseits Energie, die in der Belastung 22, beispielsweise bei Zugmotoren eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges erzeugt wird, in die Gleichspannungsquelle zurückgeführt werden. Wenn Energie der Belastung 22 zugeführt wird, wird die Schaltungsanordnung der Fig. 3 in der gleichen Weise wie die Schaltungsanordnung der F i g. 1 betrieben.

Soll Energie von der Belastung 22 in die Speisequelle zurückgeführt werden, wird das Triac-Element 43 in kurzen Abständen ein- und abgeschaltet, so daß während der Einschaltperiode ein Belastungsstrom von der Belastung 22 durch die Glättungsspule 21 und das Triac-Element 43 fließt. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall wird das Triac-Element 43 durch die Kommutierungschaltung abgeschaltet, die aus der Dämpfungsspule 16, der Diode 24, der Resonanzspule 26 und dem Kommutierungskondensator 51 besteht, wobei die Polarität der Ladung am Kommutierungskondensator 51 umgekehrt und das Triac-Element 43 abgeschaltet wird. Unmittelbar im Anschluß an die Abschaltung des Triac-Elementes 43 wird das Triac-Element 11 eingeschaltet, so daß die in der Glättungsspule 21 gespeicherte Energie in die Gleichspannungsquelle zurückgeführt wird. Nach einer gewissen Zeit nimmt der Energiefluß so weit ab, daß die Polarität des Potentials an dem Triac-Element 11 umgekehrt wird, so daß das Triac-Element 11 automatisch abgeschaltet wird.

Die in der F i g. 3 gezeigte Schaltung kann in der Weise abgeändert werden, daß ein drittes Triac-Element 52 in Reihe mit der Resonanzspule 26 eingeschaltet wird. Die zusätzliche Anordnung des dritten Triac-Elementes 52 ergibt eine Unabhängigkeit in der Steuerung des Zeitintervalls, in welchem die Triac-Elemente 11 und 43 stromleitend sind. Die Einschaltung des dritten Triac-Elementes 52 leitet eine Kommutierung entweder des Triac-Elementes 11 oder des Triac-Elementes 43 ein, je nachdem, welches Element stromleitend ist.

Die Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, die ebenfalls einen Energiefluß in zwei Richtungen ermöglicht und bei der wie bei der Schaltung der F i g. 3, die Einschaltzeit der Triac-Elemente 11 und 53 geändert werden' kann, hier ist jedoch ein drittes Triac-Element nicht erforderlich.

Wenn Strom in die Belastung 22 über das Triac-Element 11 fließt, wird eine Kommutierung des Triac-Elementes 11 durch Einschalten des Triac-Elementes 43 mittels der Kommutierungselemente 16 b, 48 b, 28 b, 27 b, 23 b, 26 b und 24 b in ähnlicher Weise wie bei der Schaltungsanordnung der Fig. 2 erreicht. Während des Intervalles, in welchem das Triac-Element 11 stromleitend ist, wird der sättigbare Wandler 16<z gesättigt, so daß die Kommutierungselemente 48 α, 28 α, 27 α, 26 α und 23 α unwirksam bleiben.

Wenn Energie zurückgeführt werden soll, wird das Triac-Element 43 in kurzen Abständen ein- und abgeschaltet. Die Abschaltung wird durch Einschalten des Triac-Elementes 11 mittels der Kommutierungselemente 16 a, 48 a, 28 a, 27 a, 26 a, 23 a und 24 a in ähnlicher Weise wie bei der Schaltungsanordnung der F i g. 3 erreicht. Während des Zeitintervalles, in welchem das Triac-Element 43 stromleitend ist, wird der sättigbare Wandler 16 b in seine Sättigung gebracht, und die zugeordneten Kommutierungselemente bleiben unwirksam.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 4 kann so abgeändert werden, daß eine einzige, mittenangezapfte ,,-■

Resonanzspule an Stelle der beiden Resonanzspulen ** 48 α und 48 b verwendet wird.

Die Fig. 5 der Zeichnung zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die beiden Resonanzspulen 48 a und 48 b der Anordnung der F i g. 4 weggelassen sind. Durch die zusätzliche Einschaltung zweier Dioden 53 und 54 ist es dann möglich, die Sättigungsdauer des Wandlers 16 b zur Steuerung der Einschaltzeit des Triac-Elementes 11 und die Sättigungsdauer des Wandlers 16 a zur Steuerung der Einschaltdauer des Triac-Elementes 43 zu verwenden.

Die Zeitdauer während der die Triac-Elemente 11 und 43 eingeschaltet bleiben, kann nämlich durch entsprechende Auslegung der sättigbaren Wandler 16 a und 16 δ bestimmt werden. Beachtet man, daß der Wandler 16 α gesättigt bleibt, wenn der Belastung

22 Energie zugeführt wird, so ist die Zeit während der das Triac-Element 11 eingeschaltet bleibt, kurz, wenn die Primär- und Sekundärwindungen im Wandler 16 b gleich sind. Wird das Triac-Element 11 eingeschaltet, fließt der Primärstrom des Wandlers 16 b durch den Kommutierungskondensator 23 α und die Diode 24 a, während der Sekundärstrom durch die Diode 54, die Resonanzspule 26 b, die Diode 29 b und den Kommutierungskondensator 23 b fließt. Die beiden Kommutierungskondensatoren 23 α und 23 b werden somit gleichzeitig geladen, und eine Kommutierung wird dann rasch eingeleitet.

Eine längere Einschaltdauer für das Triac-Element 11 kann dadurch erzielt werden, daß die Anzahl von Sekundärwindungen klein im Vergleich zur Anzahl der Primärwindungen des Wandlers 16 & gewählt wird. Bei einer derartigen Anordnung wird die Aufladung des Kommutierungskondensators 23 b und

23 a lange genug verzögert, weil zunächst der Wandler 16 & gesättigt wird. Nachdem der Wandler 16 b gesättigt ist, wird der Kommutierungskondensator 23 b über die Diode 54 geladen. Im Anschluß daran wird der Kommutierungskondensator 23 α über die Diode 28 a, die Resonanzspule 26 a, die Sekundärwicklung des Wandlers 16 b, die Resonanzspule 26 & und die Diode 28 b geladen.

Die F i g. 6 zeigt eine Wechselrichterschaltung mit einer Kommutierungsschaltung gemäß der Erfindung.

209 551/151

Eine Belastung 71 ist in der einen Diagonale einer Brückenschaltung angeordnet, in deren Brückenzweigen jeweils ein Triac-Element 11, 11', 43 bzw. 43' jeweils in Reihe mit der Primärwicklung eines Wandlers 16 a, 16 a', 160 bzw. 16 b' liegt.

Die Kommutierungsschaltungen,. die jedem der Triac-Elemente 11, 11', 43 und 43iⁱzugeordnet sind, sind identisch mit der Kommutierungsschaltung der F i g. 4 und arbeiten in der gleichen Weise. Die Steuerung ist so ausgelegt, daß die Triac-Elemente 11 und 43' zuerst angesteuert und dann durch die Kommütierungsschaltung abgeschaltet werden und daß im Anschluß daran die Triac-Elemente 43 und 11' angesteuert und dann von der zugeordneten Kommutierungsschaltung abgeschaltet werden. Wird die Schaltung in dieser Weise betrieben, liegt an der Belastung 71 eine Wechselspannung.

Bei der Schaltungsanordnung wird an Stelle eines Triac-Elementes zur Steuerung des Belastungsstromes ein Diac-Element 72 verwendet. Es kann aber auch ein gesteuerter Siliziumgleichrichter 73 an Stelle des Diac-Elementes 72 verwendet werden, der so ausgelegt ist, daß er in den stromleitenden Zustand durch einen scharfen Potentialanstieg an den Lastklemmen des Elementes gebracht werden kann, wobei die Steuerelektrode freibleibt. Das Diac-Element 72 wird durch eine Steuerschaltung 74 eingeschaltet und ist in Reihe mit einer Dämpfungsspule 75 und mit einer Freilauf diode 17 geschaltet. Der übrige Teil ""der Schaltung entspricht der Zeitschaltung der F i g. 1 mit der Ausnahme, daß der Kommutierungskondensator 27 und die Rückkopplungsdiode 28 weggelassen sind.

Im Betrieb wird das Diac-Element in ähnlicher Weise abgeschaltet, wie in Verbindung mit der Schaltung der F i g. 1 beschrieben worden ist. Die Einschaltzeit des Diac-Elementes 72 kann durch einen zusätzlichen Thyristor 35 gesteuert werden. Das Potential an dem Kommutierungskondensator 23 bleibt an der Punktseite negativ, bis die Kommutierung durch Einschalten des Thyristors 35 eingeleitet wird. Im Anschluß daran wird die Polarität am Kommutierungskondensator 23 durch die Resonanzspule 26 umgekehrt, und das Diac-Element wird abgeschaltet.

Die Schaltungsanordnung der F i g. 7 kann in der Weise abgeändert werden, daß eine Kommutierungsschaltung verwendet wird, die der in Verbindung mit der F i g. 1 beschriebenen Schaltung entspricht. Bei einer derartigen abgeänderten Schaltung schwingt die Ladung am Kommutierungskondensator 23 zuerst in den zweiten Kommutierungskondensator und wird dann an das Diac-Element 72 gelegt, damit dieses abgeschaltet wird.

Die F i g. 8 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die Belastung über einen Wandler 89 angeschlossen ist, der mit der Mittenanzapfung seiner Primärwicklung direkt mit der einen Speiseleitung 19 verbunden ist, so daß die Primärwicklung in zwei Wicklungshälften 91 und 92 geteilt ist. Diese sind induktiv mit einer Sekundärwicklung 93 gekoppelt, die über einen Gleichrichter und einen Filter an die Belastung angeschlossen sind. Die Primärwicklungshälfte 91 ist mit ihrem freien Ende über eine Kopplungsdiode 94 und einen den Belastungsstrom führenden, gesteuerten Siliziumgleichrichter 95 mit der anderen Speiseleitung 18 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Wicklungshälfte 92 über eine Kopplungsdiode 96 mit einem zweiten, den Laststrom führenden, gesteuerten Siliziumgleichrichter 97 verbunden. Die Kommutierungsschaltungen für die gesteuerten Siliziumgleichrichter 95 und 97 weisen die Elemente 23, 26, 27, 24 und 48 auf. Die Kommutierungsschaltungen arbeiten etwa in der gleichen Weise wie die bei der Schaltung der Fig. 1. Zusätzlich sind Sekundärwicklungen98 und 99, wie gestrichelt dargestellt ist, über Begrenzerdioden 101 und 102 an die Speiseleitung 18 angeschlossen, damit das Potential, das an den Primärwicklungshälften 91 und 92 auftritt, auf einen vor-, bestimmten Wert begrenzt wird.

Im Betrieb kann die Schaltung der F i g. δ dazu verwendet werden, dem Verbraucher Gleichstromenergie niedriger Spannung aus einer Hochspannungsquelle zuzuführen. Der Stromkreis kann aber auch bei geeigneter Auslegung zur Erzielung einer Aufwärtstransformierung der Spannung verwendet werden. Durch entsprechende Auslegung der Kopplung zwischen der Wicklungshälfte 92 und der entsprechenden Wicklungshälfte der Sekundärwicklung 93 ergibt der Wandler eine d ild i-Dämpfung für den gesteuerten Siliziumgleichrichter 97. In ähnlicher Weise ergibt die Wicklungshälfte 91 eine d ijd /-Dämpfung fü^

den gesteuerten Siliziumgleichrichter 95. Die Kopp-'* lung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen des Wandlers muß jedoch groß genug sein, damit ein gewünschter Energiefluß zur Belastung zustande kommt. Es ist ferner erwünscht, daß die Wicklungen so ausgelegt sind, daß eine verhältnismäßig hohe Streureaktanz zwischen den beiden Wicklungshälften 91 und 92 erzielt wird, so daß beispielsweise verhindert wird, daß ein hoher Kommutierungsstrom in die Kommutierungskondensatoren 23 und 27 fließt.

Diese hohe Streureaktanz ergibt eine verhältnismäßig geringe Kopplung zwischen den beiden Wicklungshälften 91 und 92, so daß eine d v/d i-Dämpfung für die gesteuerten Siliziumgleichrichter 95 und 97 erreicht wird. Dies ist der Fall, wenn beispielsweise der gesteuerte Siliziumgleichrichter 95 eingeschaltet wird und die volle Spannung plötzlich an die Wicklungshälfte 91 gelegt wird. Die hohe Streureaktanz zwischen den Wicklungshälften 91 und 92 verhindert, daß ein rascher Spannungsanstieg in der Wicklungshälfte 92 dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 97 aufgegeben wird. Diese Streureaktanz ist in ihrer Wirkung in Reihe mit den Kommutierungskondensatoren 23 und 27 dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 95 zugeordnet. Infolgedessen steigt die Spannung an dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 97 langsam an, wenn der gesteuerte Siliziumgleichrichter 95 eingeschaltet wird. In gleicher Weise steigt die Spannung am gesteuerten Siliziumgleichrichter 95 langsam an, wenn der gesteuerte Siliziumgleichrichter 97 eingeschaltet wird. Die Kommutierungsschaltung, die durch die Elemente 23, 24, 26, 27 und 48 dargestellt ist, ergibt somit eine weiche Kommutierung während der Abschaltung der gesteuerten Siliziumgleichrichter, wobei eine zuverlässige Betriebsweise der Schaltung gewährleistet ist.

Für sehr niedrige Belastungsströme ist eine,,zusätzliche Aufladung der Kommutierungskondensatoren nach jedem Kommutierungsintervall erforderlich. Zu diesem Zweck dient der Wandler 89. In dieser Hinsieht übt die Primärwicklung des Wandlers 89 die Funktion der Ladespule 29 aus, die bei der Schaltung der F i g. 1 für geringe Belastungsströme verwendet wird. Im Betrieb bleibt die Spannung an der Primär-

wicklungshälfte größer als die Speisegleichspannung, bis der Kern des Wandlers 89 gesättigt ist. Nach der Sättigung werden die Kommutierungskondensatoren auf mehr als das Doppelte der Speisegleichspannung während einer halben Periode der Schwingung durch die gesättigte Wicklungshälfte geladen.-Wenn dieser Zustand erreicht ist, sperrt eine der. Dioden 94 und 96, so daß der Kommutierungskondensator für ein neues Kommutierungsintervall geladen bleibt.

In bestimmten Anwendungsfällen kann eine zu große Änderung in der Amplitude der Spannung an den Kommutierungskondensatoren nach dem Entladen auftreten, wenn die Belastung sich ändert. Aus diesem Grunde sind die Sekundärwicklungen 98 und 99 und die Begrenzerdioden 101 und 102 vorgesehen.

Es ist zu bemerken, daß die Auslegungsbedingungen für den Wandler 89 kritisch sind. Die Wicklungen des Wandlers 89 müssen eine ausreichend hohe Induktivität aufweisen, wenn der Kern gesättigt ist, um die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit an den Kommutierungskondensatoren und den gesteuerten Siliziumgleichrichtern 95 und 97 zu begrenzen. Eine zu geringe Induktivität in den gesättigten Wicklungen würde ein zu hohes dv/di und eine zu hohe Kondensatorspannung bewirken. Die gesättigte Induktivität der Wicklungshälften 92 und 91 muß niedrig genug sein, damit eine zu große Verzögerung beim Laden der Kommutierungskondensatoren nach dem Kommutierungsintervall vermieden wird.

Die F i g. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung ähnlich der Schaltung der Fig. 1. Sie unterscheidet sich von dieser darin, daß zusätzlich ein Thyristor 25 und eine Resonanzspule 112 in der Rückkopplungsleitung 33 der Dämpfungsspule 16 angeordnet sind. Weiterhin ist ein Kondensator 111 zwischen die Rückkopplungsleitung 33 und die Speiseleitung 19 geschaltet.

Bei der Schaltungsanordnung der F i g. 9 werden alle drei Kommutierungskondensatoren 23, 27 und 111 auf im wesentlichen das volle Potential der Gleichspannungsquelle geladen. Wenn der den Belastungsstrom führende, gesteuerte Siliziumgleichrichter 15 stromleitend ist, wird der Thyristor 25 eingeschaltet, um den Gleichrichter 15 abzuschalten, in der gleichen Weise wie in Verbindung mit der Schaltung der F i g. 1 beschrieben worden ist. Die wesentliehen Unterschiede zwischen der Schaltung der F i g. 9 und der Schaltung der F i g. 1 liegen darin, daß der Thyristor 25 verhindert, daß die Ladung am Kommutierungskondensator 27 während der stromleitenden Intervalle des gesteuerten Siliziumgleichrichters 15 abgeleitet wird. Dies ist bei der Schaltung der Fig. 1 nicht der Fall, bei der vielmehr dann, wenn die stromleitenden Intervalle des Triac-Elementes 11 genügend groß sind, eine Möglichkeit besteht, daß die Ladung des Kommutierungskonden-

ao sators 27 über die Diode 28 und die Dämpfungsspule 16 durch die Belastung 22 abfließt. Dies würde eine Verringerung der Energiemenge ergeben, die zur Kommutierung während des Kommutierungsintervalles zur Verfügung steht. Bei der Schaltungsanord- ,,-·

nung der F i g. 9 ist diese Möglichkeit ausgeschaltet. ** Zusätzlich ist zu bemerken, daß der dritte Kommutierungskondensator 111 zur Verfügung steht, um zusätzliche Energie einzuspeisen, die für die Belastung während der Kommutierung des gesteuerten Siliziumgleichrichter 15 erforderlich sein kann. Das Vorhandensein dieses Kondensators, der direkt der Freilaufdiode 17 parallel geschaltet ist, glättet außerdem eventuell auftretende Spannungsspitzen, die während des Kommutierungsintervalls erzeugt werden und die andernfalls direkt über die Freilaufdiode zurückgeführt würden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 . gehören, ist so ausgelegt, daß sie im Gleichstromkreis Patentansprüche: einer Abschaltung von außen bedürfen, wenn sie sich

1. Kommutierungsschaltung für einen Thyristor im stromleitenden Zustand befinden. Der Abschaltmit einem umladbaren, in einem Parallelzweig Vorgang, der üblicherweise eine Umkehr der Polarizu dem Thyristor liegenden Kommutierungskon- 5 tat des Potentials an den Lastklemmen des Thyristors densator, dadurch gekennzeichnet, daß oder eine Umkehr der Richtung des Stromflusses der Kommutierungskondensator (23) in dem Par- durch den Thyristor erfordert, wird als Kommutieallelzweig derart mit einer Sperrdiode (24) in rung bezeichnet.

Reihe geschaltet ist, daß er die Anstiegsgeschwin- Es gibt eine Reihe von bekannten Kommutierungsdigkeit der Thyristorspannung nach dem Kommu- io schaltungen für Thyristoren der eingangs erwähnten tieren begrenzt, daß weiterhin an die Verbindung Art, die in zahlreichen Anwendungsfällen durchaus zwischen der Sperrdiode (24) und dem Kommu- zufriedenstellend arbeiten. So ist beispielsweise aus tierungskondensator (23) eine Resonanzspule (26, der Zeitschrift »VDE-Fachberichte«, 1962, Band I, 48) angeschlossen ist, die mit dem Kommutie- S. 23 bis 28, bereits eine Kommutierungsschaltung rungskondensator einen Serienresonanzkreis bil- 15 bekannt, bei der der Kommutierungskondensator in det, und daß zum Begrenzen der Anstiegsge- Reihe mit einem Widerstand parallel zu dem Thyschwindigkeit des Thyristorstromes beim Zünden ristor geschaltet ist, um den Thyristor gegen kurzzeieine Dämpfungsspule (16, 41, 75, 89) mit dem tige Überspannungen zu schützen und um die Span-Thyristor (11, 15, 43, 72, 73, 95, 97) in Reihe nungsänderungsgeschwindigkeit am Ende des Komgeschaltet ist. ao mutierungsvorganges zu verkleinern. Durch diese be-

2. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 1, kannte Maßnahme wird die positive Spannungsfestigdadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzspule keit des Thyristors in bestimmten Betriebsfällen ver-(26, 48) in Reihe mit einem weiteren Kommutie- größert. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen rungskondensator (27) dem Kommutierungskon- die bekannten Kommutierungsschaltungen nicht ver·^ densator (23) parallel geschaltet ist. 35 wendet werden können. Dies ist dadurch bedingt, daß

3. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 1 viele vorhandene Thyristoren nicht in der Lage sind, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reso- bei hohen Änderungsgeschwindigkeiten der wiedernanzspule (26, 48) mit einem Thyristor (25, 35, holt angelegten Spannung (hohes d v/d t) oder großen 52) in Reihe geschaltet ist. Stromänderungsgeschwindigkeiten (hohes di/dt) zu

4. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 1, 30 arbeiten, ohne daß Elemente vorgesehen werden, die 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämp- Verluste insbesondere bei höheren Betriebsfrequenfungsspule (16, 41, 75, 89) mit einem der Kom- zen mit sich bringen.

mutierungskondensatoren (23, 27) durch eine Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Rückkopplungsanordnung derart verbunden ist, Kommutierungsschaltung für einen Thyristor zu

daß die in der Dämpfungsspule gespeicherte 35 schaffen, die bei möglichst geringen Schaltverlusten

Energie zu dem Kommutierungskondensator (23 beim Kommutieren übermäßige Spannungs- und

bzw. 27) zurückgeführt wird. Stromanstiegsgeschwindigkeiten verhindert.

5. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 4, Diese Aufgabe wird bei einer Kommutierungsdadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs- schaltung der eingangs erwähnten Art erfindungsanordnung durch eine Rückkopplungsdiode (28, 40 gemäß dadurch gelöst, daß der Kommutierungs-44) gebildet ist. kondensator in dem Parallelzweig derart mit einer

6. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 5, Sperrdiode in Reihe geschaltet ist, daß er die Andadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsspule Stiegsgeschwindigkeit der Thyristorspannung nach (41) eine Sekundärwicklung (42) aufweist, die dem Kommutieren begrenzt, daß weiterhin an die über die Resonanzspule (26) und die Rückkopp- 45 Verbindung zwischen der Sperrdiode und dem Komlungsdiode (44) an die Verbindung zwischen dem mutierungskondensator eine Resonanzspule ange-Löschkondensator (23) und der Sperrdiode (24) schlossen ist, die mit dem Kommutierungskondenangeschlossen ist. _ sator einen Serienresonanzkreis bildet, und daß zum

Begrenzen der Anstiegsgeschwindigkeit des Thyristor-So stromes beim Zünden einer Dämpfungsspule mit dem

Thyristor in Reihe geschaltet ist.

Bei dieser erfindungsgemäßen Schaltung begrenzt der Kommutierungskondensator die Anstiegsge-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kommutie- schwindigkeit der wiederholt an den Thyristor angerungsschaltung für einen Thyristor mit einem um- 55 legten Spannung, wenn der Thyristor in den nicht ladbaren, in einem Parallelzweig zu dem Thyristor stromleitenden Zustand zurückkehrt. Die mit dem liegenden Kommutierungskondensator. Thyristor in Reihe geschaltete Dämpfungsspule be-

Derartige Kommutierungsschaltungen dienen zur grenzt die Anstiegsgeschwindigkeit des durch den Kommutierung von Thyristoren, bei denen eine Po- Thyristor fließenden Laststroms beim Einschalten, laritätsumkehr des Potentials an den Lastklemmen 60 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach- oder eine Umkehr der Richtung des Stromflusses er- stehend an Hand der Zeichnungen beschrieben". Dabei forderlich ist, um die Stromleitung durch den Thy- zeigt

ristor zu unterbrechen. F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung

Die Anwendung von Thyristoren zur Steuerung des durch eine Belastung fließenden Stromes mit einer von elektrischer Energie ist auf allen Gebieten der 65 Kommutierungsschaltung gemäß der Erfindung, Elektrotechnik üblich geworden. Ein wesentlicher F i g. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfin-

Teil dieser Thyristoren, zu denen der gesteuerte Si- dungsgemäßen Kommutierungsschaltung, liziumgleichrichter, das Triac- und das Diac-Element F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Ener-