CH630757A5

CH630757A5 - Einem thyristor zugeordnete ueberspannungsschutzschaltung.

Info

Publication number: CH630757A5
Application number: CH320178A
Authority: CH
Inventors: Gunnar Asplund
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1982-06-30
Also published as: CA1117593A; SE7705762L; FR2391582A1; US4237509A; DE2819929A1; JPS53142859A; SE406846B; GB1600712A

Description

Die Erfindung betrifft eine einem Thyristor zugeordnete Überspannungsschutzschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schutzeinrichtung ist vor allem für Thyristorventile in Hochspannungsanlagen, beispielsweise für Hochspannungsstromrichter, von Bedeutung, bei denen eine grosse Anzahl von Thyristoren in Reihe geschaltet sind. Bei einer ungleichmässigen Spannungsverteilung über dem Thyristorventil können Überspannungen über dem ganzen Thyristorventil, aber auch über den einzelnen Thyristoren auftreten.

Um eine Überlastung und Selbstzündung der Thyristoren zu vermeiden, ist es daher bekannt, den Thyristoren-Überspan-nungsableiter parallelzuschalten. Um die Abmessungen für solche Überspannungsabieiter zu begrenzen, ist es bekannt, diese mit einer Zündimpulsvorrichtung für den Thyristor zu kombinieren, damit der Thyristor den Überspannungsabieiter entlasten kann. Als geeigneter Überspannungsabieiter ist eine Avalanche-Diode in Reihe mit einem RC-Kreis bereits vorgeschlagen worden. Die normalerweise hohe Impedanz der Avalanche-Diode sinkt auf einen niedrigeren Wert ab, wenn die über der Avalanche-Diode liegende Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Eine solche Zündung eines Thyristors verursacht jedoch eine Störung. Um unnötige Störungen aufgrund transienter Überspannungen zu vermeiden, die so energiearm sind, dass sie die Sicherheit der Avalanche-Diode nicht gefährden, wird daher vorgeschlagen, eine Überspannungsschutzeinrichtung für einen Thyristor erfindungsgemäss nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 vorzusehen.

Durch die erfindungsgemässe Lösung wird es möglich, die Avalanche-Diode solange wie möglich auszunutzen, während sie gleichzeitig bei richtiger Belastung durch Zündung des Thyristors mit Sicherheit entlastet wird.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Thyristor und einer Überspannungsschutzeinrichtung.

In der Figur ist ein durch eine Zündimpulsvorrichtung 2 gesteuerter Thyristor 1 dargestellt. Dem Thyristor 1 ist eine Überspannungsschutzeinrichtung parallel geschaltet, die eine Avalanche-Diode 3 in Reihe mit mit einem Simulatorkreis zur Anzeige der Belastung des Thyristors aufweist. In Reihe mit der Avalanche-Diode 3 ist auch eine Sperrdiode 7 für die Sperrspannung des Thyrisors 1 geschaltet.

Der Simulatorkreis weist einen mit einem Widerstand 5 in Reihe geschalteten Kondensator 4 sowie einen Parallelwiderstand 6 zur Entladung des Kondensators 4 auf. Bei einer bestimmten Überspannung wird die Avalanche-Diode 3 leitend. Wenn dabei die Spannung über den Simulatorkreis einen bestimmten Wërt übersteigt, dann wird dies von der Impulsvorrichtung 2 erfasst, welche den Thyrisor 1 zündet. Die Impulsvorrichtung 2 kann beispielsweise eine mit einem besonderen Eingang mit Niveaudiskriminator versehene Impulsvorrichtung sein oder es kann eine separate, parallel zur normalen Impulsvorrichtung geschaltete Impulsvorrichtung sein.

Kurzzeitige oder niedrige Überspannungen über dem Thyristor 1, welche die Avalanche-Diode 3 leitend machen, werden vom Kondensator 4 aufgenommen und über den Widerstand 6 entladen. Bei solchen kurzzeitigen oder niedrigen Überspannungen wird die Spannung über dem Simulator- oder Indikatorkreis 4,5 und 6 niemals so hoch, dass die Impulsvorrichtung 2 ausgelöst wird.

Bei energiereicheren Überspannungen von längerer Dauer wird die Spannung über dem Kondensator 4 das Auslöseniveau der Impulsvorrichtung 2 erreichen, wodurch der Thyristor 1 gezündet und die Avalanche-Diode 3 entlastet wird. Dabei dient der durch den Kondensator 4 und den Widerstand 5 fliessende Strom als Mass für die in der Avalanche-Diode 3 entwik-kelten Leistung, während der durch den Widerstand 6 fliessende Entladestrom als Mass derjenigen Leistung dient, die von der Avalanche-Diode 3 abgeführt wird. Die Spannung über dem Simulatorkreis wird daher als Referenz der in der Avalanche-Diode 3 gespeicherten Energie dienen. Durch eine entsprechende Bemessung des Kondensators 4 sowie der Widerstände 5 und 6 wird der Simulatorkreis der thermische Belastung der Avalanche-Diode 3 korrekt abbilden, damit die Ableitungsfähigkeit dieser Diode voll ausgenutzt werden kann.

Bei stärkeren Überspannungen wird der Ableitungsstrom so hoch werden, dass der Spannungsabfall über dem Simulatorkreis die Zündimpulsvorrichtung 2 unmittelbar auslöst.

Der Thyristor 1 ist mit einer Kompensationsdrossel 8 in Reihe geschaltet. Diese Kompensationsdrossel 8 weist eine mit der Anode des Thyristors 1 verbundene erste Wicklung 11 auf, die mit einer zweiten Wicklung 12 der Kompensationsdrossel 8 in Reihe geschaltet ist. Die Verbindungsstelle zwischen der ersten Wicklung 11 und der zweiten Wicklung 12 ist mit der Sperrdiode 7 verbunden, so dass die zweite Wicklung 12 nicht nur mit dem Thyristor 1, sondern auch mit der als Impedanzorgan dienenden Avalanche-Diode 3 in Reihe geschaltet ist.

Parallel zur zweiten Wicklung 12 ist ein Widerstand 9 geschaltet, dessen Widerstandswert dem ohmschen Widerstand der Avalanche-Diode 3 entspricht, welcher dabei durch die Kompensationsdrossel 8 kompensiert werden soll. Parallel zur ersten Wicklung 11 ist eine Sperrdiode 10 geschaltet, mit

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

■50

55

60

65

630 757

deren Hilfe der Blindwiderstand der Avalanche-Diode 3 kompensiert werden soll.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kompensationsdrossel 8 eine dritte Wicklung 13 und eine vierte Wicklung 14 auf, von denen die dritte Wicklung 13 durch einen 5 ersten Eisenkern 15 mit der ersten Wicklung 11 und die vierte Wicklung 14 durch einen zweiten Eisenkern 16 mit der zweiten Wicklung 12 induktiv gekoppelt ist. Die dritte Wicklung 13 und die vierte Wicklung 14 sind an ihren beiden Wicklungsenden galvanisch miteinander verbunden. io

In einer Abwandlung vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Kompensationsdrossel 8 an Stelle der zwei dargestellten Eisenkerne 15 und 16 auch einen einzigen Eisenkern aufweisen, wenn die Sekundärwicklungen 13 und 14 weggelassen werden. 15

Die Kompensationsdrossel 8 kann auf Ringkerne angeordnet sein, welche auf einfache Art und Weise über die zum Thyristor 1 führende Zuleitung geschoben werden können.

Ein wesentlicher Vorteil der mit einer Kompensationsdrossel ausgerüsteten Schaltungsanordnung ist eine Kompensation 20 der Kniekurvenkennlinie der Avalanche-Diode 3, da diese sonst eine Kennlinie aufweist, die den gegebenen Anforderungen in der vorliegenden Schaltungsanordnung nicht in idealer Weise entspricht. Durch die Anordnung der Kompensationsdrossel 8 wird daher vermieden, dass die Spannung über der Avalanche- 25 Diode 3 und dem Thyristor 1 auf einen gefährlichen Wert ansteigen kann, bevor die Impulsvorrichtung 2 vom Simulatorkreis ausgelöst wird.

Der Widerstandswert des ohmschen Widerstandes 9 soll dann dem ohmschen Widerstand der Avalanche-Diode 3 entsprechen, wenn diese bei niedriger Impedanz stromführend ist.

In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind die dritte Wicklung 13 und die vierte Wicklung 14 durch die elektrischen Verbindungen galvanisch miteinander gekoppelt. Auf diese Weise wird in der ersten Wicklung 11 eine Spannung erzeugt, wenn durch die zweite Wicklung 12 bei stromführendem Impedanzorgan 3 ein Strom fliesst. Bei dieser galvanischen Koppelung ist es erforderlich, dass getrennte Eisenkerne 15 und 16 vorhanden sind.

Wenn in der Abwandlung vom dargestellten Ausführungsbeispiel die dritte und die vierte Wicklung 13 und 14 weggelassen werden, ist für die erste und zweite Wicklung 11 und 12 ein gemeinsamer Eisenkern erforderlich. In einem solchen Fall sind die erste Wicklung 11 und die zweite Wicklung 12 unmittelbar miteinander induktiv gekoppelt, wodurch ebenfalls in der ersten Wicklung 11 eine Spannung erzeugt wird, wenn durch die zweite Wicklung 12 der vom Impedanzorgan 3 durchgelassene Strom zur Ableitung einer aufgetretenen Überspannung fliesst.

Zur Erläuterung des Ausführungsbeispieles wurde das mit der Bezugsziffer 8 bezeichnete Schaltungselement als Kompensationsdrossel bezeichnet. Aus der Zeichnung ist jedoch ersichtlich, dass dieses zur Kompensation der Kennlinie des Impedanzorganes 3 dienende Schaltungselement 8 auch die Funktion eines Transformators übernimmt, indem von der zweiten Wicklung 12 auf die erste Wicklung 11 eine Spannung und damit selbstverständlich auch ein Strom übertragen wird.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

630757 PATENTANSPRÜCHE

1. Einem Thyristor zugeordnete Überspannungsschutzschaltung, mit einer dem Thyristor (1) parallelgeschalteten Avalanche-Diode (3) und einer Zündimpulsvorrichtung (2) für den Thyristor, die von der Stromführung der Avalanche-Diode beeinflusst wird, wobei die Avalanche-Diode mit einem Kondensator (4) mit Entladungswiderstand (6) in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationsdrossel (8) zwei Wicklungen (11,12) aufweist, von denen die erste Wicklung (11) mit dem Thyristor (1) in Reihe geschaltet ist und von denen die zweite Wicklung (12) mit dem Thyristor und der Avalanche-Diode (3) in Reihe geschaltet ist und dass ein ohmscher Widerstand (9) zur zweiten Wicklung (12) parallelgeschaltet ist, wobei die beiden Wicklungen (11,12) miteinander gekoppelt sind, um in der ersten Wicklung (11) eine Spannung zu erzeugen, wenn durch die zweite Wicklung (12) bei stromführender Avalanche-Diode (3) ein Strom fliesst.

2. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wicklung (11,12) durch einen gemeinsamen Kern induktiv miteinander gekoppelt sind.

3. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wicklung (11) gemeinsam mit einer dritten Wicklung (13) auf einem ersten Kern (15) und die zweite Wicklung (12) gemeinsam mit einer vierten Wicklung (14) auf einem zweiten Kern (16) angeordnet ist und dass die dritte und die vierte Wicklung (13,14) galvanisch miteinander gekoppelt sind.

4. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (9) derart bemessen ist, dass sein Widerstandswert dem ohmschen Widerstand der vorübergehend niederohmigen Avalanche-Diode (3) in stromführendem Zustand entspricht.

5. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsdrossel (8) anodenseitig mit dem Thyristor (1) verbunden ist.