Elektrischer Gleichrichter Im Hauptpatent sind elektrische Gleichrichter mit Halbleiterventilen bzw. Flächengleichrichtern mit p-n-übergang auf der Basis von Silizium oder Germanium beschrieben, in welchen zur Beherr schung der nachteiligen Erscheinungen, die sich in einer solchen Anlage bei der Kommutierung zweier Ventile zufolge des Trägerstaueffektes an den ein zelnen Halbleiterventilen in Form von unerwünsch ten Spannungsspitzen oder von unerwünschten ther mischen Belastungen ergeben können, den Ventil anordnungen besondere Hilfsschaltungsglieder par allel geschaltet sind.
Nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes zeichnet sich der elektrische Gleichrichter dadurch aus, dass der in dem einzelnen Speiseleitungszug liegenden Gl.eichrichteranordnung elektrische Schal tungsmittel in Reihenschaltung oder Parallelschal tung zugeordnet sind, durch welche zu Beginn der Sperrphase der Gleichrichteranordnung durch eine Änderung der Kurvenform der Sperrspannung an dieser Anordnung einer Sperrstromerhöhung zufolge der noch vom Durchlassstrom im Halbleitermaterial vorhandenen Ladungsträger entgegengewirkt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Wei terbildung des Gegenstand des Patentanspruchs des Hauptpatentes bildenden elektrischen Gleichrichters, bei welchem pro Speiseleitungszug wenigstens eine Reihenschaltung von Halbleiterelementen vorhanden ist, und welcher Gleichrichter sich erfindungs gemäss dadurch auszeichnet, dass pro Speiseleitungs- zug sowohl den einzelnen Halbleiterelementen als auch wenigstens einer Gruppe von solchen Schal tungsmittel, die einer Sperrstromerhöhung entgegen wirken, parallel geschaltet sind.
Es wird nunmehr auf die Ausführungsbeispiele nach den Figuren der Zeichnung Bezug genommen. In Fig. 1 ist zunächst nochmals eine bekannte Schal tung in Form einer Sternpunktschaltung gezeigt, welche von einem dreiphasigen Netz RST gespeist wird, und wobei die Ventilanordnung in jeder, einen Speiseleitungszug darstellenden Phase des Systems aus mehreren in Reihe geschalteten Ventilen besteht, um auf diese Weise eine höhere Sperrspannung be herrschen zu können, als sie ein Ventil allein zu übernehmen in der Lage wäre. In dieser Figur be zeichnet 1 einen Transformator.
Dieser ist primär- seitig mit seinen Wicklungen 2, 3 und 4 an die Phasen RST des Wechselstromnetzes angeschlossen.
Von den Sekundärwicklungen 5, 6 und 7 des Transformators 1 wird über die Einrichtungen S, 9 und 10, welche zunächst einfach als durchgehende Leitungen angenommen werden mögen, sowie die Reihenschaltungen 11, 12, 13 von Halbleiterventilen <I>a, b,</I> und c die Last 15 gespeist, mit welcher in Reihe noch die Drossel 14 liegt. Jede der Ventilanord nungen 11, 12 und 13 besteht aus einer Reihen schaltung dreier Ventile<I>a, b</I> und c.
Um die bei einer Kommutierung zweier Ventilanordnungen auf tretenden Erscheinungen des Trägerstaueffektes und die in Verbindung mit diesen auftretenden Span nungsspitzen sowie evtl. unerwünschten thermischen Belastungen der Ventilanordnungen zu beherrschen, ist in dieser Schaltung jeder der Ventilanordnungen 11 bis 13 eine Reihenschaltung aus einem Konden sator 16 und einem Widerstand 17 parallel geschal tet.
Diese Parallelschaltung ist nur für die Ventil anordnung 13 ausführlich dargestellt, während sie an den Ventilanordnungen 11 und 12 der Einfach heit halber nur durch die gestrichelte Eintragung von Stücken der Verbindungsleitungen zu den parallel geschalteten Hilfsschaltungsgliedern angedeutet ist.
Parallel zu einer solchen Schaltungsanordnung, wie sie in Form dieser Reihenschaltung aus den Gliedern 16 und 17 in Fig. 1 jeweils der gesamten Ventilanordnung, wie z. B. 13, parallel geschaltet veranschaulicht ist, kann noch ein Widerstand 17a geschaltet sein. Bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind nun, wie es die wei teren nur ausschnittweisen beispielsweisen Darstel lungen nach den Fig. 2 bis 5 veranschaulichen, eine Parallelschaltung zu jedem einzelnen Ventil sowie eine Parallelschaltung zu wenigstens einer Gruppe, z.
B. zu der gesamten Reihenschaltung von Einzel ventilen der Gleichrichteranordnung pro Speiselei- tungszug vorhanden, um der Sperrstromerhöhung entgegenzuwirken. Jede dieser Fig. 2 bis 5 ist, wie angedeutet, gewissermassen ein Ausschnitt pro Speiseleitungszug einer Gesamtschaltung, z. B. nach Fig. 1 in Form der Ventilanordnung 13 mit den ent sprechenden parallel geschalteten Hilfselementen.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist jedem der Ventile<I>a, b</I> und c je ein Kondensator 18, 19 bzw. 20 parallel geschaltet. Der gesamten Reihen- Schaltung der Ventile a bis c ist die Reihenschaltung aus dem Kondensator 16 und dem Widerstand 17 parallel geschaltet. Es kann ferner der Gleichrichter anordnung 13 ein Ohmscher Widerstand 17a parallel geschaltet .sein.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist jedem einzelnen der Halbleiterventile a bis c statt eines Kondensators eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand parallel geschal tet. Der Kondensator kann sowohl in Fig. 3 als auch in Fig. 2 in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand als Zweig der Parallelschaltung benutzt werden. Soweit in Fig. 3 wieder die gleichen Schaltungs elemente vorhanden sind wie in Fig. 2, sind für diese Schaltungselemente der Einfachheit halber unmittel bar die gleichen Bezugszeichen beibehalten, worden.
Diese Schaltungsanordnung ist also ergänzt worden durch die Widerstände 21-23. Durch eine solche Schaltung wird, wie es bereits im Hauptpatent des näheren erläutert worden ist, erreicht, dass der ein zelne je einem Halbleiterelement parallel geschaltete Kondensator sich in der Sperrphase des Halbleiter elementes über den ihm parallel liegenden Wider stand wieder entladen kann, und zwar bis auf den jenigen anteiligen Spannungswert, der als Spannungs abfall an dem einzelnen der in Reihe geschalteten Widerstände 21 bis 23, bezogen auf die gesamte an der Reihenschaltung der Ventile liegenden Sperr spannung, entsteht.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, nach welcher in der Ventil anordnung jeder Phase statt einer Reihenschaltung aus drei Halbleiterventilen eine solche aus sechs Halbleiterventilen<I>a</I> bis f dargestellt ist, die sinn gemäss zur Beherrschung einer noch grösseren Sperr spannung bzw. Betriebsspannung gewählt worden ist.
Für die Reihenschaltung der Ventile a bis c und die ihnen parallel geschalteten Hilfselemente, welche bereits in der Schaltung nach Fig. 3 vorhanden waren, sind der Einfachheit halber in Fig. 4 wieder unmittelbar die gleichen Bezugszeichen an den ein zelnen Teilen wie in Fig. 3 beibehalten worden. Den Ventilen<I>d</I> bis f ist je eine der Parallelschaltungen; aus je einem Kondensator und je einem Ohmschen Widerstand 24 und 25 bzw. 26 und 27 bzw. 28 und! 29 parallel geschaltet.
Insoweit die Schaltung bisher besprochen worden ist, liegt also ein gleichartiger Aufbau wie nach Fig. 3 vor. In der Fig. 3 war nun der gesamten Ventilanordnung eine Reihenschal-, tung aus dem Kondensator 16 und dem Widerstand 17 parallel geschaltet. Eine solche Anordnung kann aber bei einer Reihenschaltung einer grösseren An zahl von Ventilen zu aufwendigen Kondensatoren führen, wenn diese in Form einer einzigen Einheit für die Gesamtspannung bereitgestellt werden sollen. Es ergibt sich daher eine einfachere Lösung, wenn für eine Parallelschaltung von Hilfselementen zu der gesamten Reihe der Halbleiterventile statt eines ein zigen Kondensators eine Reihenschaltung mehrerer, z.
B. zweier, Kondensatoren benutzt wird. Soll diese Parallelschaltung zweier in Reihe geschalteter Kon densatoren den gleichen Kapazitätswert wie der frühere einzige Kondensator ergeben, so ist sinn gemäss jede der beiden in Reihe geschalteten Kapa zitäten mit dem doppelten Kapazitätswert jenes ein zigen Kondensators zu bemessen. In der Darstellung nach Fig. 4 ist in diesem Sinne die Kapazität 16 nach Fig. 3 durch die in Reihe liegenden beiden Ka pazitäten 30 und 31 ersetzt worden. In Reihe mit dem Kondensator 31 ist dabei der Widerstand 17 bei behalten worden, der, wie es bereits in dem Haupt patent erläutert worden ist, die Funktion einer Dämpfung von auftretenden Schwingungen erfüllen kann.
Damit die beiden Kondensatoren 30 und 31 sich jeweils in der Sperrphase der Ventilanordnung wieder auf einen gleichen anteiligen Wert an der gesamten Betriebsspannung bzw. Sperrspannung der Ventilanordnung entladen können., ist noch die Par allelschaltung aus den Wid'erständ'en 32 und 33 vor gesehen. Zwischen die Verbindungsleitung der Kon densatoren 30 und 31 sowie die Verbindungsleitung der Widerstände 32, 33 ist noch eine Querverbindung 34 eingeschaltet. Auf diese Weise liegt der Widerstand' 32 parallel zu der Reihenschaltung aus dem Kon densator 30 und dem Widerstand 17. Der Widerstand 33 liegt parallel zum Kondensator 31.
In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind wieder sechs Ventilelemente <I>a</I> bis f vorhanden. Jedem dieser Elemente ist jeweils in tJbereinstim- mung mit der Schaltung nach Fig. 4 je eine Parallel schaltung aus je einem der Kondensatoren 18 bis 20, 24, 26 und 28 und je einem der Ohmschen Wi derstände 21 bis 23, 25, 27 und 29 parallel geschal tet, wenn für diesen Teil der Schaltung, der mit der Fig. 4 übereinstimmt,
der Einfachheit halber wieder an den einzelnen Schaltungselementen unmittelbar die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 beibehalten werden. Eine neue Ausgestaltung hat in dieser Schal tung an denjenigen Elementen stattgefunden, welche der gesamten Ventilanordnung aus der Reihenschal tung der Ventile<I>a</I> bis f parallel geschaltet ist. Wie aus einem Vergleich beider Schaltungen nach den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, ist der gesamten Ventilanordnung nach Fig. 5 nunmehr eine Reihen schaltung aus dem Widerstand 35, dem Kondensator 36, dem Widerstand 37 und dem Kondensator 38 parallel geschaltet.
Die Verbindungsleitung zwischen den Kondensatoren 36 und dem Ohmschen Wider stand 37 sowie die Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 23 und 25 und den Kondensatoren 20, 24 sind durch eine Querverbindung 39 miteinan der verbunden. Wie aus dieser Schaltung abgelesen werden kann, liegt der Reihenschaltung aus dem Kondensator 36 und dem Widerstand 35 die Reihenschaltung aus den Widerständen 21 bis 23 und der Reihenschaltung aus dem Kondensator 38 und dem Widerstand 37 die Reihenschaltung aus den Widerständen 25, 27 und 29 parallel.
Die Funktion, welche die Widerstände 32 und 33 in ihrer Zuordnung zu den Kondensatoren 30 und 31 nach Fig. 4 innehatten, wird nunmehr für die Kon densatoren 36 und 38 bei der Schaltung nach Fig. 5 unmittelbar von den Reihenschaltungen aus den Wi derständen 21 bis 23 bzw. den Reihenschaltungen aus den Widerständen 25, 27 und 29 übernommen. Gleichzeitig ist diese Schaltung ein Beispiel dafür, dass sowohl einzelnen Halbleiterelementen als auch Gruppen oder in Reihe liegenden Halbleiterelemen ten Hilfsschaltungselemente parallel geschaltet sind.
Die in Fig. 1 angedeuteten Einrichtungen 8, 9 und 10 zwischen den Sekundärwicklungen des Transfor mators 1 und den Reihenschaltungen aus Halbleiter ventilen 11, 12 und 13 können je nach dem ver schiedenen Aufbau der elektrischen Anlage ent weder, wie zunächst bereits angegeben wurde, ein fache durchgehende Leitungen sein oder synchron mit der Frequenz des Wechselstromnetzes gesteuerte Schalter bzw.
Regeldrosseln sein, durch welche eine Teilaussteuerung bzw. Phasenanschnitt-Steuerung an der Stromrichteranlage stattfinden kann, so dass also die einzelnen Halbleiterventilanordnungen im Falle dieser Teilaussteuerung erst zu einem späteren Zeit punkt die Stromführung für die Speisung der Last übernehmen bzw. kommutieren, als es durch die na türliche gegenseitige Ablösung im Schnittpunkt der Kurven der Phasenspannungen des Netzes sonst vorgegeben wäre.
Liegt eine Stromrichteranordnung vor, bei wel cher für eine Teilaussteuerung der Stromrichter anordnung an den Stellen der in Fig. 1 mit 8, 9 und 10 bezeichneten Einrichtungen je ein Schalter be nutzt ist, der synchron zur Wechselspannung gesteuert wird, so kann es sich als zweckmässig erweisen, parallel zu der Reihenschaltung aus dem Kondensa tor 16 und dem Widerstand 17 noch einen Ohmschen Widerstand 17a zu schalten, wie er in den Fig. 1 und 2 gestrichelt eingetragen ist.
Dieser erfüllt dann im Zeitraum der Sperrphase der Ventilanordnung die bereits im Hauptpatent angedeutete Funktion eines Entlad'eweges für den aufgeladenen Konden sator 16.
Die Erfindung kann grundsätzlich bei jeder be liebig aufgebauten Gleichrichterschaltung Anwen dung finden, also sowohl einer solchen ein- oder mehrphasigen Charakters als auch bei Stromrichter- brückenschaltungen sowie bei Doppelsternschaltun- gen mit Saugdrossel.