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"Schaltungsanordnung zum Schutz der Löschthyristoren von Stromrichtern"
Die Erfindung bezieb-t sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz der Lösch-thyris-toren
von Stromrichtern, insb. von selbstgeführten Wechselrichtern gegen Überbeanspruchung.
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Bei Wechselrichtern in sog. sperrspannungsfreier Schaltung mit über
antiParallel zueinander angeordneten Löschventilen angeschlossenem Kommutierungskondensator
waren die Löschthyristoren bisher immer so auszulegen, daß der im Falle einer Durcbzündung
der Hauptthyristoren an diesen Löschthyristoren einsetzende plötzliche Potentialsrung
diese Löschthyristoren nicht gefährdete oder zerstörte. Während bei normalem Betileb
an diesen Löschthyrls-toren nur der Wert der halben Cleichspannung der Speisespannungsquelle
anliegt, verdoppelt sich dieser Wert in Falle einer Störung nämlich dem Durchzünden
der Hauptthyristoren des Wechselrichters. In diesem Falle kommt der volle Wert der
Speisegleichspannung an den Löschthyristoren zu liegen, so daß die Gefahr des Kippens
oder der Zersörulig besteht.
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Es wurde bereits versucht, die Löschthyristoren im Falle des Durchzündens
der EIauptthyristoren ebenfalls zu zünden, um den dort anfallenden Potentialsprung
abzubauen bzw. nicht erst entstehen
zu lassen.
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Dem stehen jedoch zwei Tatsachen entgegen: 1. Es ist mit einer einmaligen
Zündung der Löschthyristoren nicht getan, da dann der Kommutierungskondensator nur
umschwingen würde und damit die Spannung anschließend in der anderen Polarität,
aber in der gleichen Höhe anstünde. Es mußten die Löschthyristoren also mit einem
Dauerimpuls beaufschlagt werden, wofür aber die Zündeinrichtung (Endstufe + Ubertrager)
üblicherweise nicht ausgelegt ist.
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2. Würde man durch entsprechende Auslegung der Zündeinrichtung oder
andere Mittel die Dauerzündung der Löschthyristören erreicher, so hätte man einmal
eine hohe Strombeanspruchung in den Löschthyristoren und vor allem überlagerte sich
dieser Strom dem Kurzschlußstrom aus dem Glättungskondensator in den Lastthyristoren
und würde damit deren Belastung erheblich erhöhen.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Uberbeanspruchung der Thyristoren
durch zu starken Strom oder zu hohe Spannung im Störungsfall zu vermeiden und eine
Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welehe eine Auslegung
der Löschthyristoren für den halben Wert der Speisegleichspannung gestattet.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß den Löschthyristoren
ein Schalterelement parallel geschaltet ist, mittels dessen die Löschthyristoren
im Falle der Durchzündung der Haupt thyristoren überbrückbar sind.
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\(orteilhafteneise ist das Schalte'lement als Thyristor aufgebaut
der den zu schützenden Löschthyristor im Störungsfalle überbrückt; für die Betätigung
ist zwischen Anode und Zündelektrode wenigstens ein Bauelement mit spantlungsabhätlgiger
Strom-Spannungskennlinie geschaltet, welche den Thyristor bein überschreiten
der
durch die Kennlinie dieses Bauelementes gegebenen Spannungswertes zündet.
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Damit einerseits der Uberbrückungsthyristor (möglichst kleiner Thyristor)
nicht durch übermäßigen Stromfluß gefährdet wird und andererseits ein Spannungsabfall
bei gezündetem Thyristor entsteht, der den halben Wert der Gleichspannung der Speisespannungsquelle
nicht überschreitet, ist dem Thyristor ein Widerstand R vorgeschaltet, dessen optimaler
Wert bei einem bestimmten Dämpfungsfaktor D, von der wirksamen Kreis-Induktivität
Lk und der Größe des Kommutierungskondensators Ck abhängig ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird nicht jedem Löschthyristor
ein Uberbrückungsthyristor parallel geschaltet, sondern die beiden antiparallel
zueinander geschalteten Löschthyristoren werden mit den Mittelpunkten einer Gleichrichterbrücke
verbunden, deren Gleichstromausgang durch einen einzigen Überbrückungsthyristor
überbrückbar ist.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung
anhand der Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 das Schaltbild für eine Phase eines mehrphasigen
selbstgeführten Wechselrichters, Fig. 2 die an den Löschventilen auftretenden Spannungen
und Potentiale für Normalbetrieb und im Fall einer S-törung, Fig. 3 die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung zum Schutz der Löschthyristoren, Fig. 4 die an einer Gleichrichterbrücke
angeschlossenen Löschthyristoren, deren Gleichstromausgang durch einen einzigen
Löschthyristor überbrückbar ist Fig. 5 eine alternativ anwendbare Anordnung der
Glättungs-und Kommutierungs-Kondensatoren.
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In Fig. 1 ist an 1 der positive Pol und an 2 der negative Pol der
Gleichspannungsquelle angeschlossen. Mit 3 ist der Mittelpunkt zwischen den beiden
gleich großen Glättungskondensatoren Cd bezeichnet, der das Bezugs-Potential Null
aufweist.
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Punkt 3 ist über den Kommutierungskondensator Ck und die Drossel Lk
mit Punkt B verbunden. 2frischen Punkt Ä und Punkt B sind diejßeiden parallel zueinander
angeordneten I.öschthyristoren V3, V+ angeordnet, wobeI A zugleich der Mittelpunkt
der beiden zwischen den Punkten 4 und 6 in Reihe geschalteten Fiauptthyristoren
V1, V2 ist, denen die Freilaufdioden V11 bzw. V21 antiparallel
geschaltet
sind. Der Punkt A ist ferner mit der (nicht gezeigten) Last verbunden. Weitere Phasen,
die analog, wie die in Fig. 1 gezeigte Phasen aufgebaut sind, können vorgesehen
sein und an den Punkten 7,8 angeschlossen werden.
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In normalem Betrieb sind die beiden Lösch-thyristoren VD,V4 zwischen
den Punkten A und B, wie in Fig. 2 gezeigt, lediglich mit dem halben Wert der Gleichspannung
Ud der Gleichspannungsquelle beaufschlagt. Dies ändert sich sofor-t, wenn im Falle
einer Störung (Blitzsymbol in Fig.2)die beiden Hauptventile V1,V2 durchzünden und
ein Potentialunterschied in Höhe des Wertes der Gleichspannung an den Löschthyristoren
auftritt. Es is-t zum einen unvirtschaftlich, die Löschthyristoren ftir den 2-fachen
Wert der im Normalfall auftrrtenden Spannung auszulegen, insbesondere, wenn der
Ubergang auf eine Reihenschaltung notwendig wird und damit auch der Raumbedarf steigt.
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Nach der Erfindung wird daher, wie in Fig. 3 gezeigt, jedem der beiden
Löschthyristoren V3,V4 ein Überbrückungsthyristor V5, wie er beispielshaft für V4
gezeigt ist, parallel geschaltet, der bei einem Spannungsanstieg zwischen den Punkten
P und B durch zwischen Anode und Zündanschluß angeordnete Bauelemente B1,B2 mit
spannungsabhängiger Spanm mgs-Stromkennlinie ausgeflihrt. Beim Anstieg des Potentials
über einen bes-timmten Betrag hinaus, werden diese Bauelemente B1, B2, die beispielsweise
als Zenerdioden, Avalanche-Dioden,*u.a.m. ausgebildet sein können, stromleitend
und zünden en Thyristor V5, in dessen Strombabn ein Widerstand R eingefügt ist.
Dieser Widerstand R ist eingefügt, um den durch V5 fließenden Strom zu begrenzen
und um einen Spannungsabfall zwischen A und B hervorzurufen, der maximal dem halben
Wert der Speisegleichspannung Ud entspricht.
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*Vierschichtdioden
Zum Schutz - v -von V3 ist analog
ein uberbrückungsthyristor in 7 vorgesehen,der bei übermäßigem Spannungsanstieg
in der Gegenrichtung wirksam wird.
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Ein Überbrückungsthyristor kann eingespart werden, wenn die Punkte
A,B mit den Wechselstromanschlüssen einer Gleichrichterbrüclçe verbunden wird, wobei
der Gleichstromausgang durch eine einzigen Überbrückungsthyristor V5 überbrückbar
ist.Dieses Gleichrichterbrücke besteht aus den Dioden V6,V7,V8,V9, die weniger Raum
einnehmen und billiger sind als ein weiterer Überbrückungthyristor.
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Anstelle der in Fig.1 gezeigten Anordnung 1Cr die Kondensatoren Cd
und Ck ist auch eine Anordnung möglich, wie sie in Fig.5 gezeigt ist. Hierbei sind
zwei der Kommutierung dienende Kondensatoren*vorgesehen, die zwischen Punkt 1 und
Punkt 5 bzw.
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2 und 5 angeordnet sind, wobei in diesem Fall nur ein einziger Glättungskondensator
Cd benötigt wird. Der Glättungskondensator Cd hat nur den haben Wert des Glättiingskondensators
Cd nach Fig.1; ebenfalls weisen die Kommutierungskondensatoren Ck nach Fig. 5 nur
den halben Wert des Kommutierungskondensators Ck nach Fig. 1 auf. Da auch bei einer
derartigen Kondensatoran-Ordnung im Störungsfall ein Potentialsprung auftritt, kann
die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch bei selbstgeführten Wechselrichtern
mit einer derartigen Kondensatoranordnung vorteilhaft angewendet werden.
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Der 8.ficlers-tancl R nach Fig. 3 und 4 ist vorteilhafterweise so
zu bemessen, daß R # 2 D Z ist, wobei für den Wert D0,55 anzusetzen ist und Z =
ist. L bedeutet in diesem Fall die aus den Induktivitäten Lk in Fig 1 bestehende
wirksame Kreis-Induktivität und für C ist der Wert der resultierenden KreiskapazitEt
anzusetzen.
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*Ck