DE3410580C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Abschaltthyristormodul mit
einem Gehäuse rechteckigen Querschnitts, in dem
mindestens ein Abschaltthyristor vorgesehen ist, mit je
einem Anodenhauptanschluß, einem Kathodenhauptanschluß
und einem Gatesteueranschluß auf der Oberseite des
Gehäuses für jeden Abschaltthyristor, und mit internen
Verbindungsleitungen, über die die genannten Anschlüsse
jeweils entsprechend mit einer Anodenelektrode, einer
Kathodenelektrode und einer Gateelektrode des jeweiligen
Abschaltthyristors verbunden sind.
Derartige Abschaltthyristormodule sind aus der PCT-WO 79/00817 bekannt. Sie finden insbesondere
Anwendung bei neuen Techniken der Energieverteilung.
Es sind starke Anstrengungen unternommen worden,
elektrische Energie durch die Schaffung von verbesserten
Hochleistungsschaltvorrichtungen einzusparen. Die
Verwendung von Abschaltthyristoren (GTO) ist dabei
besonders erfolgversprechend, weil diese in ihren
Abmessungen klein, jedoch hinsichtlich ihrer
Stromschaltfähigkeit außerordentlich leistungsfähig
sind. GTO-Module finden insbesondere Anwendung in
Inverterschaltungen, welche zur Steuerung elektrischer
Motoren verwendet werden.
Es ist üblich, Schaltungen mit GTO in Module aufzuteilen
bzw. auszubilden, um ihre Gesamtgröße zu verringern. In
einem einzigen Modul sind, wie ebenfalls aus der PCT-WO 79/00817 bekannt, beispielsweise
zwei GTO in Reihe miteinander verbunden. Außen am
Modulgehäuse ist ein Anodenhauptanschluß, der mit der
Anodenelektrode des zweiten GTO verbunden ist,
vorgesehen, sowie ein Kathodenhauptanschluß, welcher mit
der Kathodenelektrode des ersten GTO verbunden ist.
Es ist ferner ein gemeinsamer Hauptanschluß im Mittelbereich der Oberseite des Gehäuses vorgesehen,
der mit der Anodenelektrode des ersten GTO und der
Kathodenelektrode des zweiten GTO verbunden ist.
Von außen in einem Endbereich der Oberseite des Gehäuses zugänglich sind ferner ein Gatesteueranschluß
sowie ein weiterer Kathodenanschluß als Kathodensteueranschluß, welche jeweils mit
der Gateelektrode und der Kathodenelektrode des ersten
GTO verbunden sind; sowie ein Gatesteueranschluß und ein
Kathodensteueranschluß, welche jeweils mit der Gateelektrode
bzw. der Kathodenelektrode des zweiten GTO verbunden
sind.
Wird ein Abschaltthyristormodul in einer Inverter- oder
Zerhackerschaltung verwendet, so ist, wie aus der Zeitschrift "Elektrie" 35, 1981, Heft 3, Seiten 119 bis 122 bekannt, eine
Dämpfungsschaltung zwischen der Anodenelektrode und der
Kathodenelektrode des GTO vorgesehen. Einer der Gründe
für die Verwendung der Dämpfungsschaltung ist der, den
durch den GTO fließenden Strom, und zwar im Zeitpunkt
der Abschaltung des GTO, kurzzuschließen, um so den
durch den GTO fließenden Strom schnell abzuschalten.
Hierzu soll der Leistungsverlust in dem GTO verringert
werden. Ein anderer Grund besteht darin, ein
Wiederzünden bei einem Ausschaltversagen des GTO dadurch
zu verhindern, daß eine Spitzenspannung, die durch eine
Induktivität in der Dämpfungsschaltung aufgebaut wird,
während der fallenden Periode überlagert wird.
Die Anschlußleitungen zwischen Dämpfungsschaltung und
Thyristor sind mit Leitungsinduktivitäten behaftet.
Zusätzliche Leitungsinduktivitäten führen jedoch zu
Schaltverlusten beim Abschalten mittels des
Abschaltthyristormoduls. Überschreiten diese
Schaltverluste einen bestimmten Wert, so kann es zur
Zerstörung des GTO kommen. Man wird daher bestrebt sein,
die Längen der Verbindungsdrähte zwischen
Dämpfungsschaltung und Thyristor im Inneren des
Abschaltthyristormoduls möglichst kurz zu halten, um so
die Induktivitäten der Zuleitungen so weit wie möglich
zu verringern.
Bei herkömmlichen Abschaltthyristor-Modulen wird die
erforderliche Dämpfungsschaltung für den GTO zwischen
dem Anoden- und Kathodenhauptanschluß angeordnet. Umfaßt
das Modul zwei Thyristoren, wird die zweite
Dämpfungsschaltung für den zweiten GTO zwischen dessen
Anoden- und Kathodenhauptanschluß vorgesehen. Ein
solches herkömmliches Abschaltthyristormodul weist die
folgenden Nachteile auf:
- (1) Da die Elektrodenhauptanschlüsse gemeinsam als Verbindungsanschlüsse für die Dämpfungsschaltung dienen, ist die gesamte Länge der Leitung der Dämpfungsschaltung sowie der Leitung zu den Elektrodenhauptanschlüssen des GTO grundsätzlich bestimmt durch die Größe der Bauteilvorrichtung. Sogar dann, wenn die externen Leitungsverbindungen der Dämpfungsschaltungen verkürzt würden, würden die gesamten Induktivitäten nicht in ausreichendem Maße verringert werden.
- (2) Da die Elektrodenhauptanschlüsse gemeinsam als Verbindungsanschlüsse dienen, um die Dämpfungsschaltung mit dem GTO zu verbinden, ist es notwendig, zwei Leitungen mit jeder Hauptelektrode zu verbinden, was das Gerät schwierig in seiner Gestaltung und zum Reparieren macht.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein
Abschaltthyristormodul der eingangs genannten Art so zu
verbessern, daß die vorgenannten Nachteile vermieden
werden, also insbesondere die unerwünschten
Leitungsinduktivitäten der Dämpfungsschaltung möglichst
verringert werden; zusätzlich soll der elektrische
Anschluß des Moduls vereinfacht werden.
Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem
Abschaltthyristormodul der eingangs erwähnten Art,
gegebenenfalls mit zwei in einem Gehäuse integrierten
Abschaltthyristoren; gelöst wird die Aufgabe durch die in
den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 2
aufgeführten Merkmale.
Infolge der unterschiedlichen Höhenlage der
Verbindungsanschlüsse für die Dämpfungsschaltung ergibt
sich eine beträchtliche Verkürzung dieser
Verbindungsleitungen. Damit
geht eine wesentliche Herabsetzung der
Leitungsinduktivitäten einher. Das erfindungsgemäß
ausgestaltete Abschaltthyristormodul
zeichnet sich durch ein wesentlich verbessertes
Abschaltverhalten, insbesondere durch verringerte
Schaltverluste aus. Durch das Vorsehen besonderer
Verbindungsanschlüsse an der Außenseite des Gehäuses für
den Anschluß der Dämpfungsschaltung bzw. -schaltungen
wird die Beschaltung des Abschaltthyristormoduls
wesentlich vereinfacht.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des
Abschaltthyristormoduls ergeben sich aus den beiden
Unteransprüchen 3 und 4.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Abschaltthyristormoduls wird nachstehend anhand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1A einen Abschaltthyristor (GTO), welcher in
einer Inverterschaltung vorgesehen ist, in
einem Schaltbild;
Fig. 1B bis 1E die Verläufe für Spannung und Strom an
unterschiedlichen Stellen der Schaltung von
Fig. 1A, welche beim Abschalten des Thyristors
auftreten;
Fig. 2 des Abschaltthyristormodul,
in einem Schaltbild und
Fig. 3 die Außenansicht des Abschaltthyristormoduls
von Fig. 2, in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 1A zeigt einen Abschaltthyristor innerhalb einer
Inverterschaltung mit einer Diode D S , einem Kondensator C S und einem Widerstand R S . Insbesondere ist in Fig. 1A eine
Phase der Inverterschaltung dargestellt. Die Fig. 1B bis
1E zeigen die Verläufe von Spannung und Strom an
entsprechenden Punkten der Schaltung, aufgenommen
während des Abschaltvorgangs. Insbesondere zeigt Fig. 1B
den Verlauf einer Spannung V AK zwischen der Anode und
der Kathode des GTO beim Abschalten. Die Spannung
schwingt über, was durch Δ V AK und V DP angedeutet
ist. V DP tritt während der Abschaltzeit auf. Dies kann
durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:
und
wobei L T 1 = l₃+l₄+l₅+l₆l₇+l₈, L T 2 = l₁+l₂+-l₃+l₄, und
l₁, l₂, l₃, l₄, l₅, l₆, l₇ und l₈ Induktivitäten von
entsprechenden Verbindungsleitungen, wie in Fig. 1A
angedeutet ist, bedeuten. Unter dem Überschwingen ist
Δ V AK wichtig für die Durchbruch- oder Durchschlagspannung
des GTO, während V DP wichtig ist in bezug auf den
Schaltverlust in der GTO im Zeitpunkt der Abschaltung.
Die Spannung V DP nimmt zu proportional zur Induktivität
der Leitung L T 2. Wenn die Leitungsinduktivität L T 2 zunimmt,
nimmt der Schaltverlust beim Abschalten zu. Der
GTO kann tatsächlich zerstört werden, wenn die Schaltverluste
genügend hoch sind.
Die Schaltungsstruktur des erfindungsgemäßen
Abschaltthyristormoduls ist in Fig. 2 dargestellt. Es
enthält zwei Abschaltthyristoren GTO₁ und GTO₂. Es
sind besondere Verbindungsanschlüsse 106, 107 bzw. 104,
105 für den Anschluß von Dämpfungsschaltungen 140 bzw. 150
vorgesehen. Über interne Leitungen sind diese
Verbindungsanschlüsse direkt mit der Anodenelektrode
bzw. der Kathodenelektrode jedes Thyristors GTO₁ und
GTO₂ verbunden. Die die Dämpfungsschaltung verbindenden
Anschlüsse sind sehr nahe an den entsprechenden
Elektroden der Thyristoren GTO₁ und GTO₂ angeordnet.
Die Verbindungsanschlüsse 106, 107 bzw. 104, 105 sind
unabhängig von den Elektrodenhauptanschlüssen 101, 102 und 103 vorhanden.
Die Gatesteueranschlüsse der Thyristoren GTO₁ und GTO₂ sind mit
108 und 110 bezeichnet. Darüber hinaus weist das Abschaltthyristormodul
noch je einen jeweils mit der Kathodenelektrode der Thyristoren GTO₁ und GTO₂
verbundenen Kathodensteueranschluß 109 bzw. 111 auf.
Die internen Leitungen innerhalb des Gehäuses 100 des
Abschaltthyristormoduls sind sehr kurz ausgebildet.
Fig. 3 zeigt die äußere Gestaltung des
Abschaltthyristormoduls. An der Oberseite des Gehäuses
100 sind die Elektrodenhauptanschlüsse 101, 102 und 103
vorgesehen. Unabhängig davon sind an den beiden Seiten
des Gehäuses 100 separate Verbindungsanschlüsse 106, 107
bzw. 104, 105 vorgesehen, welche zum Anschluß von nicht
dargestellten Dämpfungsschaltungen dienen. Die
Verbindungsanschlüsse 104, 105 bzw. 106, 107 sind in
einer gegenüber der Oberseite des Gehäuse 100
unterschiedlichen Höhenlage angeordnet, so daß diese
Verbindungsanschlüsse für die Dämpfungsschaltungen
niedriger als die Elektrodenhauptanschlüsse 101, 102 und
103 liegen. Die Anordnung der Verbindungsanschlüsse 104
bis 107 in einer anderen Ebene gegenüber den
Elektrodenhauptanschlüssen 101 bis 103 erlaubt ein
einfaches und schnelles Anschließen der
Dämpfungsschaltungen 140, 150 (vergleiche Fig. 2), wobei
auch die Elektrodenhauptanschlüsse 101 bis 103 stets
leicht zugänglich bleiben.
Claims (5)
1. Abschaltthyristormodul mit einem Gehäuse rechteckigen
Querschnitts, in dem mindestens ein Abschaltthyristor
vorgesehen ist, mit je einem Anodenhauptanschluß,
einem Kathodenhauptanschluß und einem
Gatesteueranschluß auf der Oberseite des Gehäuses für
jeden Abschaltthyristor, und mit internen
Verbindungsleitungen, über die die genannten
Anschlüsse jeweils entsprechend mit einer
Anodenelektrode, einer Kathodenelektrode und einer
Gateelektrode des jeweiligen Abschaltthyristors
verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß an der Außenseite des Gehäuses (100) Verbindungsanschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für eine Dämpfungsschaltung (140, 150) vorgesehen sind,
- - daß die Verbindunganschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für die Dämpfungsschaltung (140, 150) über interne Verbindungsleitungen mit der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode des jeweiligen Abschaltthyristors (GTO₁ bzw. GTO₂) verbunden sind, und
- - daß die Verbindungsanschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für die Dämpfungsschaltung (140, 150) im Bereich der Seitenflächen des Gehäuses (100) in einer gegenüber der Oberseite des Gehäuses (100) unterschiedlichen Höhenlage angeordnet sind,
- - so daß die internen Verbindungsleitungen der Verbindungsanschlüsse (106, 107 bzw. 104, 105) für die Dämpfungsschaltung (140, 150) kürzer sind als die internen Verbindungsleitungen, die die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode mit dem Anodenhauptanschluß (101) und dem Kathodenhauptanschluß (103 bzw. 102) verbinden.
2. Abschaltthyristormodul nach Anspruch 1, bei dem in
dem Gehäuse ein erster und ein zweiter
Abschaltthyristor in Serienschaltung vorgesehen sind,
mit dem Kathodenhauptanschluß des ersten
Abschaltthyristors als erstem Kathodenhauptanschluß,
dem Anodenhauptanschluß des zweiten
Abschaltthyristors als zweitem Anodenhauptanschluß
und einem gemeinsamen Hauptanschluß für die Anode des
ersten und die Kathode des zweiten Abschaltthyristors
zusammen in einem Mittelbereich der Oberseite des
Gehäuses, mit dem Gatesteueranschluß des ersten und
zweiten Abschaltthyristors als erstem und zweitem
Gatesteueranschluß sowie einem mit der
Kathodenelektrode des ersten Abschaltthyristors
verbundenen ersten und einem mit der
Kathodenelektrode des zweiten Abschaltthyristors
verbundenen zweiten Kathodensteueranschluß in einem
Endbereich der Oberseite des Gehäuses,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der erste Gatesteueranschluß (108) mit dem ersten Kathodensteueranschluß (109) und der zweite Gatesteueranschluß (110) mit dem zweiten Kathodensteueranschluß (111) auf gegenüberliegenden Endbereichen der Oberseite des Gehäuses (100) angeordnet sind,
- - daß die Dämpfungsschaltung aus einer ersten Dämpfungsschaltung (140) für den ersten Abschaltthyristor (GTO₁) und einer zweiten Dämpfungsschaltung (150) für den zweiten Abschaltthyristor (GTO₂) besteht, und
- - daß die Verbindungsanschlüsse für die erste Dämpfungsschaltung (140) ein erstes Paar von Verbindungsanschlüssen (106, 107) und die Verbindungsanschlüsse für die zweite Dämpfungsschaltung (150) ein zweites Paar von Verbindungsanschlüssen (104, 105) bilden.
3. Abschaltthyristormodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das erste Paar von Verbindungsanschlüssen (106, 107) und das zweite Paar von Verbindungsanschlüssen (104, 105) in einander gegenüberliegenden Bereichen der Seitenfläche des Gehäuses (100) angeordnet sind.
4. Abschaltthyristormodul nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Bereiche der Seitenflächen des Gehäuses (100), in denen das erste und das zweite Paar von Verbindungsanschlüssen (106, 107 bzw. 104, 105) angeordnet sind, als von der Oberseite des Gehäuses (100) aus abgestufte Bereiche ausgebildet sind.
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