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Eine aus zwei oder mehreren Tyristoren in Parallel- oder Reihenschaltung bestehende Anordnung
Bei Parallel- oder Reihenschaltung von gesteuerten Halbleiterventilen, sogenannten Tyristoren, ist es von grosser Bedeutung, dass sie praktisch gleichzeitig zünden (leitend gemacht werden). Wenn z. B. bei parallelgeschalteten Tyristoren einer von diesen wesentlich vor den andern zündet, nimmt er einen grösseren Strom als die andern auf und wird dadurch überbelastet. Man muss auch die Grenzfälle beachten, bei denen der Zeitunterschied so gross ist, dass die Spannung über den Tyristoren verschwinden kann, ehe sie alle gezündet haben, was natürlich dazu führen kann, dass die Tyristoren in der Schaltung zerstört wer- den.
Wenn bei Reihenschaltung einer oder mehrere Tyristoren wesentlich später zünden als die andern, neh- men dieser oder diese die ganze Spannung auf, für welche sie jedoch nicht bemessen sind. Eine gute Strom- bzw. Spannungsteilung erfordert also, dass der Zeitunterschied zwischen der Zündung der zur Schaltung gehörenden Tyristoren so klein wie möglich wird.
Der Zeitunterschied bei der Zündung kann in verschiedener Weise entstehen. Bei Zündgeräten für Tyristoren ist es in der Praxis nicht möglich, Zündimpulse mit unendlicher Steilheit zu erhalten. Der Grund dafür, dass die Zündspannung während einer endlichen Zeit steigt, ist, dass Induktanzen und Kapazitäten in den Kreisen des Zündgerätes und in den Zuleitungen zu den Tyristoren nicht vermieden werden können., Ausserdem kann die notwendige Zündspannung recht stark zwischen verschiedenen Exemplaren von Tyristoren variieren, so dass sie bei verschiedenen Spannungen zünden, was zur Folge hat, dass, wenn die Spannung als eine Funktion der Zeit steigt, der Tyristor, der bei der niedrigsten Spannung zündet, zuerst zündet,
und die bei höheren Spannungen zündenden Tyristoren zu späteren Zeitpunkten zünden. Die andere Ursache der verschiedenen Zündzeitpunkte ist, dass die Kapazitäten und Induktanzen in den Zuleitungen zu den Tyristoren verschieden sein können, so dass die Impulse nicht dasselbe Aussehen in sämtlichen Zuleitungen haben.
Man kann sich denken, dass die Unterschiede der Zündzeiten dadurch beseitigt werden können, dass man die Impulse sehr steil macht und die Leitungsführung der Zündimpulszuleitungen sehr sorgfältig ausführt. Dies ist jedoch in der Praxis sehr schwer durchzuführen.
Es ist bekannt, bei mehreren Tyristoren in Reihenschaltung eine Fortpflanzungszündung mit Hilfe eines mit jedem Tyristor parallelgeschalteten Kondensators anzuordnen, der sich durch die Zündungsstrecke eines andern Tyristors entlädt, wenn der erstgenannte Tyristor gezündet wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Spannung über dem gezündeten Tyristor scharf abfällt, wenn der Tyristor gezündet wird, was bedeutet, dass die andern mit diesem reihengeschalteten Tyristoren diese Spannung aufnehmen und sie untereinander verteilen müssen. Die im Fortpflanzungskreis zuletzt gezündeten Tyristoren werden deshalb schwer belastet.
Es ist auch bekannt, mehrere in Reihe geschaltete Tyristoren mit einer Fortpflanzungszündung zu ver- sehen, wobei die Zündimpulse mit Hilfe von Spannungshilfstransformatoren zwischen den verschiedenen Phasen in einer Mehrphasenschaltung erzeugt werden. Diese Anordnung ist mit demselben Nachteil wie die oben genannte Anordnung behaftet.
Schliesslich ist es bekannt, eine Fortpflanzungszündung mit Hilfe einer in Reihe mit dem Arbeitsstromkreis eines Transistors eingeschalteten Primärwicklung eines Transformators zu erzeugen, dessen
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Sekundärwicklung zum Zündungskreis eines andern Transistors geschaltet ist.
Diese Anordnung hat den Vorteil gegenüber den zwei obengenannten, dass das Schaltelement kurzweilig die Tyristorspannung übernehmen kann, während die andern Tyristoren gezündet werden, so dass diese nicht überbelastet werden. i Gemeinsam für die bekannten Anordnungen mitFortpflanzungszündung ist, dass bei fehlender Zündung von einem dieser Tyristoren die in der Zündungskette folgenden Tyristoren keine Zündimpulse erhalten, was eine katastrophale Überbelastung des gezündeten Tyristors mit sich bringen kann, weshalb die vorlie- gende Erfindung darauf hinauszielt, dies Problem bei Anordnungen, die aus zwei oder mehreren Tyristoren in Parallel- und bzw. oder Reihenschaltung bestehen in einer viel sichereren und einfacheren Weise zu lösen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Tyristoren, davon mindestens einem Tyristor in jedem Strang, Zündimpulse von einem besonderen Zündgerät zugeführt werden, und dass jeder Zündstromweg dieser Tyristoren zum Erreichen einer gegenseitigen Zündung in einer geschlossenen Zünd- kette ausserdem an mindestens einen andern Hauptstromweg dieser Tyristoren über ein Schaltgerät angeschlossen ist, das einen Zündimpuls abgibt, wenn der an das Zündgerät angeschlossene Tyristor zündet.
Mit dem "Hauptstromweg" und Zündstromweg" eines Tyristors meint man den Weg, den der Laststrom durch den Tyristor zurücklegt bzw. den Weg, den die Zündströme zurücklegen, d. h. im ersten Fall den Reihenkreis durch die Emitter-Kollektorelektrode des Tyristors und im letzteren Fall den Reihenkreis durch die Zünd-Emitterelektrode des Tyristors.
Durch Anordnen der Zündung der Tyristoren in der oben beschriebenen Weise erreicht man zwei grosse Vorteile. Erstens wird die angestrebte Gleichzeitigkeit dadurch erhalten, dass der oder die zum geschlossenen Zündkreis gehörigen Tyristoren, die zuerst zünden, unmittelbar die Zündung zu den andern Tyristoren in der Kette fortpflanzen. Dadurch, dass diese Tyristoren der Zündkette - mindestens einer in jedem Strang - verteilt sind, werden die Stränge praktisch gleichzeitig zünden. Bei Anordnungen, die
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durch die Zündimpulse von dem besonderen Zündgerät gezündet. Diese Tyristoren- pflanzen die Zündung zu den andern Tyristoren in der Anordnung fort, wobei eine sehr grosse Geschwindigkeit erreicht wird, indem mehrere Tyristoren die Zündung in ihrem Teil der Anordnung fortpflanzen.
Der andere Vorteil ist, dass im Gegensatz zu der Anordnung, bei der nur ein Tyristor in einem ein- zigen Strang an das besondere Zündgerät angeschlossen ist, ein oder mehrere Stränge weggeschaltet werden können, ohne dass die Zündung in den restlichen Strängen gefährdet wird. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Anordnungen, die so dimensioniert sind, dass ein Teil der parallelgeschalteten Stränge den ganzen Belastungsstrom führen kann, auch wenn ein kleinerer Teil der Stränge durch Sicherungen weggeschaltet wird, wenn in einem oder mehreren Tyristoren Schäden entstehen sollten.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, in der Fig. 1 eine Anordnung zeigt, die aus vier parallelgeschalteten Tyristoren besteht, Fig. 2 eine aus drei reihengeschalteten Tyristo - ren und Fig. 3 eine aus vier parallelgeschalteten Strängen mit dreireihengeschalteten Tyristoren in jedem Strang bestehende Anordnung zeigt, wo die Tyristoren für die Zündung. ausserdem, dass sie an ein Zündge- rät geschaltet sind, noch gemäss der Erfindung an den Hauptstromweg mindestens eines andern Tyristors geschaltet sind.
Fig. 4 zeigt eine im Verhältnis zu Fig. l alternative Weise, gegenseitige Zündung zwischen vier parallelgeschalteten Tyristoren zu erreichen, und Fig. 5 zeigt, wie zwischen vier paralleleschalteten Strängen mit drei reihengeschalteten Tyristoren in jedem Strang eine Zündung erhalten werden kann, wobei eine "Doppelzündung" für einen Teil der zur Schaltung gehörenden Tyristoren erreicht wird.
Fig. 6 und 7, zeigen, wie Ventile oder Impedanzen in den Zündkreisen angeordnet werden können, um das Zuführen der Zündimpulse zu den Zündelelektroden zu erleichtern.
Fig. l zeigt einen Strang einer Gleichrichterschaltung, bei der jeder Strang aus vier parallelgeschalteten Tyristoren 1, 2, 3, und 4 besteht, und wo Impulstransformatoren 5,6, 7 und 8 auf der Primärseite je mit dem Hauptstromweg ihres Tyristors reihengeschaltet sind. Die Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren sind an die Zündelektrode des anliegenden Tyristors angeschlossen und an ein Zündgerät 12, und ausserdem liegt ein Kondensator 11 parallel zu den Tyristoren. Das Zündgerät erzeugt Zündimpulse zu vorausbestimmten Zeitpunkten und kann z. B. ein für diesen Zweck in der Stromrichtertechnik normaler Typ sein.
Wenn man als Beispiel annimmt, dass ein Zündimpuls vom Zündgerät 12 erst den Tyristor 2 zündet, wird der Laststrom von der Klemme 9 durch den Hauptstromweg des Tyristors 2 fliessen, welcher Strom eineSpannung in derSekundärwicklung des Impulstransformators 6 erzeugt, so dass auch der an die- se Sekundärwicklung geschaltete Tyristor 3 zündet. Dadurch wird ein Impuls in der Sekundärwicklung des Transformators 7 erzeugt, und dieser Impuls zündet den Tyristor 4, wenn dieser nicht schon von Impulsen vom Zündgerät 12 usw. gezündet worden ist.
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Fig. 2 zeigt im Prinzip dieselbe Anordnung wie Fig. l, jedoch mit dem Unterschied, dass die Tyristoren reihengeschaltet sind. In diesem Fall ist jeder Tyristor 13, 14 und 15 je mit der Primärwicklung seines Impulstransformators 16,17 und 18 reihengeschaltet, und jede aus einem Tyristor und einem Impulstransformator bestehende Reihenschaltung ist ausserdem je mit ihrem Kondensator 19,20 bzw. 21 parallelgeschaltet. Die Zündimpulse werden sämtlichen Tyristoren vom Steuergerät 12 über die Sekun- därwicklungen der Impulstransformatoren zugeführt, die weitere Impulse für gegenseitige Zündung zwischen den Tyristoren abgeben, weil der Impulstransformator jedes Tyristors an die Zündelektrode eines andern Tyristors angeschlossen ist.
Da die verschiedenen Tyristoren verschiedenes Potential haben, ist es erforderlich, einen zusätzlichen Impulstransformator 22 mit separaten Sekundärwicklungen für jeden Tyristor zu verwenden.
Man kann z. B. bei Gleichrichteranordnungen reihen-und parallelgeschaltete Tyristoren haben, wenn die Spannung an die die Anordnung angeschlossen ist, zu hoch ist, um von einem Tyristor aufgenommen zu werden, und gleichzeitig der Belastungsstrom zu hoch ist, um durch nur einen Strang von reihengeschalteten Tyristoren geleitet werden zu können. Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Anordnung, die aus vier parallelgeschalteten Strängen mit drei reihengeschalteten Tyristoren in jedem Strang besteht.
Jeder Tyristor ist mit der Primärwicklung seines Impulstransformators reihengeschaltet, z. B. der Impulstransformatoren 36, 37 und 38 im Strang A, der die Tyristoren 23, 27 und 31 enthält. Der Strang B besteht aus den Tyristoren 24, 28 und 32, der Strang C aus den Tyristoren 25,29 und 33 und der StrangD aus den Tyristoren 26, 30 und 34. so dass die oberen Tyristoren 31. 32, 33 und 34 je mit der Primärwicklung ihres Impulstransformators 38 reihengeschaltet sind, die mittleren Tyristoren 27,28, 29 und 30 mit der Primärwicklung je ihres Impulstransformätors 3*7 und die unteren Tyristoren 23,24, 25 und 26 je mit der Primärwicklung ihres Impulstransformators 36. Der Zündelektrode jedes Tyristors werden vom Steuer- gerät 12 in Reihe mit den Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren Zündimpulse zugeführt.
Die Impulstransformatoren haben in diesem Fall teils drei Wicklungen (37 und 38) und teils vier Wicklungen (36). Die Impulstransformatoren übertragen somit die primären Zündimpulse und dienen gleichzeitig zur gegenseitigen Zündung zwischen den Tyristoren. In dem in dieser Figur gezeigten Bei- spiel hat man eine gegenseitige Zündung zwischen den untersten parallelgeschalteten Tyristoren 23, 24,
25 und 26 und zwischen den reihengeschalteten Tyristoren in jedem Zweig. Die gegenseitige Zündung kann natürlich so erweitert werden, dass sie auch zwischen allen parallelliegenden Tyristoren gegenseitig ist, aber in der Praxis ist gewöhnlich eine gegenseitige Zündung ausreichend, wie in der Figur gezeigt ist.
In den oben beschriebenen Anordnungen sind die von den Impulstransformatoren erzeugten Zundim- pulse zu den vom Zündgerät 12 abgegebenen Zündimpulsen durch Spannungsaddition addiert worden, aber die Zündimpulse können auch mittels Stromaddition addiert werden. wie in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem
Fall ist die Sekundärwicklung jedes Impulstransformators 5, 6,7 und 8 mit einem Widerstand 39 reihen- geschaltet, und das Zündgerät 12 ist an die verschiedenen Zündelektroden über den Widerstand 40 an- geschlossen. Die von den Impulstransformatoren erzeugten Stromimpulse in den Sekundärwicklungen ad- dieren sich zu den vom Zündgerät 12 erhaltenen Stromimpulsen, und jeder Tyristor erhält dadurch einen
Zündimpuls vom Zündgerät und einem anliegenden Tyristor.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, die aus reihen-und parallelgeschalteten Tyristoren besteht, wo drei
Tyristoren in jedem Strang A. B, C und D reihengeschaltet sind. Die Impulstransformatoren 36 geben ge- genseitige Zündung zwischen den Tyristoren 23. 24,25 und 26 in den untersten Reihen der parallele- stellten Tyristoren, und zusammen mit den Impulstransformatoren 36 in einer an und für sich bekannten
Weise Zündung ohne Gegenseitigkeit, d. h."Zwangzündung", den zu jedem Strang gehörenden zusätzli- chen Tyristoren 27 und 31 im Strang A, 28 und 32 im Strang B usw.
Diese Ausuhrungsform kann einen vorteilhaften Kompromiss zwischen einerseits der Forderung nach gleichzeitiger und sicherer Zündung aller parallelen Stränge und anderseits der Forderung nach einer nicht allzu komplizierten Leitungsziehungaus- machen, da die Gleichzeitigkeit bei parallelgeschalteten Tyristoren am wichtigsten ist. Bei reihenge- schalteten Tyristoren kann man in der Regel die Kondensatoren ausreichend gross machen, um eine an- nehmbare Spannungsteilung zu sichern, auch wenn die Gleichzeitigkeit nicht die beste ist.
Weil die vom Zündgerät 12 gelieferten Zündimpulse bei Spannungsaddition nach Fig. l, 2. 3 und 5 die Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren passieren müssen, die eine verhältnismässig grosse In- duktanz darstellen, kann es vorteilhaft sein, diese mit Ventilen 41 und Impedanzen 42 nebenzuschliessen, wie in Fig. 6 gezeigt ist. wobei vermieden wird, dass die Wellenfronten der Impulse verdreht werden, und erreicht wird, dass diese die Zündelektroden ohne eine Verspätung erreichen, die die Induktanzen sonst verursachen könnten. Aus demselben Grund kann man Ventile oder Impedanzen parallel mit den Sekundärwicklungen des Transformators 22 in Fig. 2 anordnen und parallel mit den Sekundärwicklungen der
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Transformatoren 16,17 und 18 in derselben Figur.
Bei Stromaddition nach Fig. 4 können in ähnlicher
Weise die Widerstände 39 und 40 durch Ventile 43 und 44 ersetzt oder mit diesen reihengesc-haltet wer- den, wie in Fig. 7, wobei die kleinstmögliche Impedanz in den Zündkreisen erhalten wird.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind ausschliesslich Impulstransformatoren als Schaltgei räte zwischen den zu den Anordnungen gehörenden Tyristoren verwendet worden, aber auch andere Schalt- geräte können benutzt werden, und ebenso können die Fortpflanzungskreise für die Zündimpulse mit und ohne Gegenseitigkeit auf vielerlei Arten innerhalb des Rahmens der Erfindung variiert werden, so dass die
Erfindung nicht an die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen gebunden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung, die aus zwei oder mehreren Tyristoren besteht, die in einem Strang oder mehreren paralIelgeschaltetenSträngen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Tyristoren, davon wenigstens ein Tyristor in jedem Strang, Zündimpulse von einem besonderen Zündgerät zugeführt werden, wobei jeder Zündstromweg dieser Tyristoren zum Erreichen von gegenseitiger Zündung in einer geschlossenen Zündkette ausserdem an mindestens einen andern Hauptstromweg dieser Tyristoren über ein
Schaltgerät angeschlossen ist, das einen Zündimpuls abgibt, wenn dieser an das Zündgerät angeschlossene
Tyristor zündet.