DE2640623C2 - Schutzbeschaltung für mehrere parallel geschaltete Thyristoren - Google Patents

Description

a) daß jedem Thyristor (1 a bis 1 c) ein gesondertes ÄC-Glied (4a bis 4c_>jzugeordnet ist,

b) daß jede Drossel (7,7a bis Tc) sättigbar ist,

c) daß ihre Ummagnetisierung-»zeit an die Zündverzugszeitsireuung des verwendeten Thyristortyps angepaßt ist und

d) daß ihr Slufensirom an die zulässige Einschslistrombelastbarkeit des verwendeten Thyristortyps angepaßt ist.

2. Schutzbeschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen jeder Drossel (7, Ta bis Tc) und dem zugehörigen Thyristor (la bis ic) über eine in Durchlaßrichtung der Thyristoren (ta bis ic) gepolte Diode (12a bis YIc) mit der Verbindung zwischen dem zugehörigen RC-G\\cd (4a bis 4c) und der Drossel (7, 7a bis Tc) verbunden ist.

3. Schutzbeschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle sättigbaren Drosseln zu einer Drossel (7) zusammengefaßt sind, die in die Stromzuleitung (8) der Thyristoren (la bis ic) eingeschaltet ist.

4. Schutzbeschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drossel (7) und jedem zugehörigem /?C-Glied (4a bis 4c) eine in Sperrichtung der Thyristoren gepolte Diode (lia bis geschaltet ist.

Die Erfindung betrifft eine Schutzbeschaltung für mehrere parallel geschaltete Thyristoren mit mindestens einem RC-CWed, das den Thyristoren parallel geschaltet ist, wobei zu jedem /?C-Glied eine Drossel so in Reihe geschaltet ist, daß diese im Entladestromkreis des y?C-Giieds über dem zugehörigen Thyristor liegt und derart bemessen ist, daß der Entladestrom des /?C-Glieds auf einen für den Thyristor ungefährlichen Wert begrenzt wird.

Eine derartige Schutzbeschaltung ist aus der DE-OS 88 862 bekannt. Dabei ist mehreren parallel geschalteten Thyristoren ein gemeinsames /?C-Glied parallel geschaltet. Zu jedem der parallel geschalteten Thyristoren ist eine Drossel in Serie geschaltet, die sowohl den Hauptstrom als auch die Entladeströme des parallel geschalteten RC-GWeds begrenzt. Deren Induktivität wirkt sich jedoch, wenn sie zu groß gewählt wird, störend aus, weil sie auch den im Spannungsteiler auftretenden Ladestrom für die Kondensatoren begrenzt und beim Abschalten der Thyristoren aufgrund des Trägerspeichereffekts an der Drossel eine Spannungsspitze entsteht. Wünschenswert wäre daher eine Drossel, die nach dem Durchzünden samtlicher parallelgeschalteter Thyristoren zumindest während des Ladevorgangs der Kondensatoren eine geringe Induktivität aufweist, aber andererseits bei Umkehr des Stroms, also bei Beginn der Entladung des Kondensators, diesem einen hohen Widerstand entgegensetzt.

Aus der DE-OS 16 13 703 ist ein Thyristorstromrichter bekannt, bei dem Thyristoren in Serienschaltung vorgesehen sind. Parallel zu jedem Thyristor liegt ein RC-Güzd mit einer in Reihe geschalteten Drossel. Diese Drossel soll ebenfalls den Entladestrom des Kondensators des ÄC-Glieds beim Einschalten des zugeordneten Thyristors begrenzen. Um eine unnötig große Strombegrenzung zu vermeiden, kann die Drossel als sättigbare Drossel ausgeführt werden, wobei jedoch die Bemessung nicht näher angegeben ist.

Aus dem BBC Silizium Stromrichter Handbuch, Baden, Mai 1971, Seiten 92 und 93 ist eine Schaltungsanordnung mit mehreren parallel geschalteten Thyristoren bekannt, bei der jedem Thyristor ein RC-G\ied parallel geschalte! ist Um den Enüadestrom aller ÄC-Glieder auf den zuerst zündenden Thyristor zu begrenzen, ist jeder Parallelschaltung von Thyristor und RC-GUed eine Drosssl in Reihe geschaltet. Auch diese Drosseln im Hauptstromkreis wirken sich jedoch wegen der Spannungsüberhöhung beim Abschalten der Thyristoren sowie wegen der Begrenzung des Ladesiroms der /?C-Glieder störend aus.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schutzbeschaltung der eingangs genannten Art so aufzubauen,

daß die Induktivität der Drossel nach Übergang aller parallel geschalteter Thyristoren in den leitenden Zustand so klein wie möglich gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

3S Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Beschallung wird die Entladung aller /fC-Glieder durch die Drosseln der /?CGIieder bzw. durch die allen /?C-Gliedern gemeinsame Drossel auch für den zuerst einschaltenden

■»o Thyristor auf zulässige Werte begrenzt. Sobald die Drossel durch den Ladestrom des Kondensators des /?C-Glieds gesättigt ist, wird die Induktivität klein, so daS sie den Ladevorgang nicht mehr wesentlich beeinflußt. Beim Einschalten des Thyristors ist die Drossel zunächst noch gesättigt, so daß die auftretende Spannungsspitze sehr gering bleibt. Sobald sich der Strom jedoch umkehrt, also der Kondensator entlädt, wird die Induktivität der Drossel sehr groß. Durch die Anpassung der Ummagnetisierungszeit an die Zündverzugszeitstreuung des verwendeten Thyristortyps sowie des Stufenstroms an die zulässige Einschaltstrombelastbarkeit des verwendeten Thyristortyps wird eine optimale Anpassung an die durch die Thyristoren vorgegebenen Betriebswerte erreicht. Eine Ummagnetisierung der Drossel, nach der die Induktivität der Drossel wieder absinkt, tritt erst auf, wenn mit Sicherheit alle Thyristoren der Parallelschaltung gezündet haben. Dann verteilt sich jedoch der Entladestrom der RC-GWeder auf alle parallel geschalteten Thyristoren und wird somit unschädlich.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Beschallung beispielhaft anhand der Fi g. 1 und 2 näher erläutert. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen

^b3 versehen.

Fig. 1 zeigt das schematische Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung. Mehrere Thyristoren la, lound Ic sind Darallel zueinander zwischen Klemmen 2

und 3 geschaltet, von denen sich die Klemme 2 auf höherer Spannung als die Klemme 3 befindet. Jedem Thyristor ist zur Beschaltung ein ÄC-Glied 4a bis 4c zugeordnet, das jeweils aus der Reihenschaltung eines Kondensators 5abis 5cund eines Widerstandes6abis 6c besteht. Jedes /?C-G!ied 4a bis 4c ist zu dem zugehörigen Thyristor la bis Ic parallel geschaltet. Bemessungsregeln für die RC-Beschaltung sind in der ETZ-A, Bd. 90 (1969), Seiten 347 bis 352 enthalten. Zu jedem /?C-Glied 4a bis 4c ist eine Drossel 7 in Reihe geschaltet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine gemeinsame Drossel 7 für alle /?C-Glieder 4a bis 4c eingesetzt. Diese Drossel 7 ist in der Stromzuleitung 8 für die Thyristoren la bis Ic den Thyristoren vorgeschaltet. '

Wie bei einer üblichen KC-Beschaltung zum Schutz von Thyristoren gegen schädliche Überspannungen aufgrund des Trägerspeichereffekts entladen sich bei der erfindungsgemäßen Beschaltung gemäß F i g. 1 beim Einschalten die Kondensatoren 5a bis 5c der /?C-Glieder 4a bis 4cüber ihre Widerstände 6a bis 6cauf die Thyristoren la bis Ic Dabei wird jedoch durch die Drossel 7 die Entladung der Summe aller /?C-Glieder 4a bis 4cblockiert und auf einen Wert begrenzt, der für den zuerst einschaltenden Thyristor zulässig ist. Zu dieser ²^ Begrenzung ist lediglich eine Drossel 7 mit sehr kleiner Induktivität L erforderlich, für deren Bemessung die Beziehung

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L =

gilt, worin LJ die Spannungsdifferenz zwischen den

Klemmen 1 und 2 und (— j die zulässige kritische

Stromsteilheit beim Durchschalten ist, die der Thyristor ohne bleibende Beeinträchtigung seiner Eigenschaften verträgt. Die Drossel 7 ist eine sättigbare Drossel. Wird die Ummagnetisiei ungszeit dieser sättigbaren Drossel 7 ίο der Zündverzugszeitstreuung der Thyristoren angepaßt, die bei einer Vielzahl parallel geschalteter Thyristoren bis zu 2 ns betragen kann und wird der Stufenstrom der sättigbaren Drossel 7 auf die zulässige Einschaltstrombelastbarkeit der Thyristoren abgestimmt, die mehr als «5 30 A zusätzlich zum Entladestrom der /?C-Glieder 4a bis 4c beträgt, so erhält man eine weitgehend optimale Anpassung der Beschaltung an die durch die Thyristoren vorgegebenen Betriebswerte. Versuche ergaben, daß durch die mit der sättigbaren Drossel erhaltene so Begrenzung des Einschaltstroms für den zuerst zündenden Thyristor das Einschaltverhalten gegenüber bekannten Beschaltungen bei einem wesentlich einfacheren Aufbau der Beschaltung verbessert wird. Wobei nach der Einschaltverzögerungszeitdifferenz, die ungefähr 2 μ5 beträgt auch die anderen Thyristoren durchlässig werden und der zuerst zündende Thyristor entlastet wird.

Beim Abschalten der Thyristoren entsteht aufgrund des Trägerspeichereffekts an der unbeschalteten Drossel 7 eine Spannungsspitze. Da jedoch der Rückstrom aus dem Trägerspeichereffekt nicht plötzlich abreißt, sondern in einer endlichen Zeit abklingt, ist diese Spannungsspitze an der Drossel 7, die eine relativ kleine Induktivität besitzt, relativ klein und eilt außerdem der Spannung an den /?C-Gliedern 4a bis 4c derart voraus, daß die zulässige Spitzenspannung der Thyristoren la bis Ic auf keinen Fall überschritten wird. Versuche ergaben, daß das Ausschaltverhalten der erfindungsgemäßen Beschaltung nach F i g. 1 durch die zusätzliche Drossel 7 nicht verschlechtert wird. Als zusätzliche Hilfsmaßnahme zum Abbau der Spannungsspitze an der Drossel 7, die beim Abschalten auftritt, kann der Drossel 7 ein RC-G\\ed 9 mit dem Kondensator 10 und dem Widerstand 11 parallel geschaltet sein, wie in der Fig. 1 mit gestrichelter Linie angedeutet ist.

Um die Funktion der erfindungsgemäßen Beschaltung auch für die—-Begrenzung auszunützen, kann es

di

erforderlich sein, die Verbindung zwischen jeder Drossel 7 und dem zugehörigen Thyristor la bis Ic über eine in Durchlaßrichtung der Thyristoren la bis Ic gepolte Diode 12a bis 12c mit der Verbindung zwischen dem zugehörigen ÄC-GIied 4a bis 4c und der Drossel 7 zu verbinden. Außerdem kann es bei der Anordnung mit einer gemeinsamen Drossel 7 zweckmäßig sein, zwischen die flC-Glieder 4a bis 46 und die Drossel 7 jeweils eine Diode 13a bis Ü3c einzufügen, die in Sperrichtung der Thyristoren la bis Ic gepolt sind. Mit diesen in der F i g. 1 gestrichelt eingezeichneten Dioden 12a bis 12c und 13a bis 13c werden getrennte Stromwege für die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung

geschaffen und damit eine—Begrenzung erreicht, die di

mit der-—Begrenzung bekannter Schaltungen zumindest vergleichbar ist.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschaltung. Bei dieser Ausführungsform sind anstelle der gemeinsamen Drossel 7 zu jedem ÄC-Glied 4a bis 4c gesonderte Drosseln 7a bis 7c in Reihe geschaltet. Bezüglich der Bemessung der Induktivitäten der Drossel 7a bis 7c und bezüglich ihrer Wirkungsweise ist auf die Ausführungen zu F i g. 1 zu verweisen. Auch die dort näher abgehandelten Abwandlungsmöglichkeiten zum Abbau von Spannungsspitzen an den Drosseln 7 und zur Verbesserung der—^-Begrenzung lassen sich bei der Schaltung nach

F i g. 2 anwenden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungsgemäßen Beschaltung das Einschaltverhalten parallel geschalteter Thyristoren wesentlich verbessert und ihr Ausschaltverhalten durch die zusätzliche Induktivität nicht verschlechtert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schutzbeschaltung für mehrere paralle'geschaltete Thyristoren mit mindestens einem RC-GWed, das den Thyristoren parallel geschaltet ist, wobei zu jedem RC-G\\ed eine Drossel so in Reihe geschaltet ist, daß diese im Entladestromkreis des V?C-Glieds über den zugehörigen Thyristor liegt und derart bemessen ist, daß der Entladestrom des RC-GWeds auf einen für den Thyristor ungefährlichen Wert begrenzt wird, gekennzeichnet durch die Kombination,