CH662221A5 - Thyristorschaltung. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Thyristorschaltung gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 :

Derartige Thyristorschaltungen können, in verschiedenen Ausführungen, als direkt oder indirekt, d.h. mittels induktiver

Kopplung, umschaltbare oder kurzschliessbare Induktivitäten in einem Wechselstromkreis, z.B. als schaltbare Drosseln in einem Blindleistungskompensator dienen oder auch, mit geeigneten zusätzlichen Komponenten versehen, als regelbare Stromversorgungsgeräte, welche aus einem Wechselstromkreis eine geregelte Gleichspannung ziehen.

Es ist eine Thyristorschaltung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt (US-PS 4 173 039), welche als regelbares Stromversorgungsgerät ausgebildet ist, mit einer zwischen zwei Primäranschlüssen liegenden Primärwicklung, durch welche ein Wechselstrom fliesst, und zwei sowohl mit der Primärwicklung als auch untereinander induktiv eng gekoppelten Sekundärwicklungen, eine erste, zu der ein bipolarer Thyristorschalter, der von einem Zündimpulsgeber gesteuert wird, parallel liegt und eine zweite, welche über einen Vollweggleichrichter einen Kondensator auflädt. Eine Regelschaltung triggert den Zündimpulsgeber, sobald die Spannung am Kondensator einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die erste Sekundärwicklung wird dann durch den Thyristorschalter kurzgeschlossen, die zweite Sekundärwicklung liefert daraufhin aufgrund der engen induktiven Kopplung mit der ersten keinen weiteren Ladestrom.

Derartige Thyristorschaltungen unterliegen der Beschränkung, dass die Stärke des zwischen den Primäranschlüssen fliessenden Stroms in einem Bereich liegen muss, welcher nach oben dadurch begrenzt ist, dass der durch den Thyristorschalter fliessende Strom den maximalen Durchlassstrom desselben nicht überschreiten darf und nach unten dadurch, dass dieser zu den Zündzeitpunkten den Einraststrom des Thyristorschalters mindestens erreichen muss. Bei Überschreiten dieser Grenzen nach oben oder unten droht die Zerstörung des Thyristorschalters bzw. ein Nichtzünden desselben mit möglicherweise fatalen Konsequenzen, bei Stromversorgungsgeräten etwa ein Überschreiten der höchstzulässigen Ausgangsspannung und Zerstörung angeschlossener Geräte.

Daraus ergibt sich eine Einschränkung bezüglich des Bereichs, in welchem der Primärstrom schwanken darf, welche herkömmliche Thyristorschaltungen von bestimmten Anwendungen ausschliesst.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Thyristorschaltungen zu schaffen, bei denen der zulässige Schwankungsbereich des Primärstroms gegenüber bekannten Thyristorschaltungen erweitert ist. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung, wie sie im unabhängigen Anspruch gekennzeichnet ist, gelöst.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, dass sie Thyristorschaltungen schafft, deren Anwendungsbereich gegenüber herkömmlichen Thyristorschaltungen wesentlich erweitert ist. Manche Aufgaben, z.B. Gleichspannungsversorgung von einer Hochspannungsleitung mit gelegentlich stark schwankender Stromführung, sind überhaupt erst erfindungsgemässen Thyristorschaltungen zugänglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von nur Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine durch eine erfindungsgemässe Thyristorschaltung mit zwei induktiv gekoppelten Wicklungen realisierte schaltbare Induktivität in einem Stromkreis,

2. Fig. 2 eine mit einer einzigen Wicklung aufgebaute schaltbare Induktivität,

Fig. 3 eine als geregeltes Stromversorgungsgerät ausgebildete erfindungsgemässe Thyristorschaltung,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf mehrerer in der Thyristorschaltung gemäss Fig. 3 auftretender Ströme und Spannungen, und Fig. 5 und 6 mögliche Realisierungen für Regler bzw. Zündimpulsgeber des Stromversorgungsgeräts gemäss Fig. 3.

Die Thyristorschaltung gemäss Fig. 1 weist in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen ersten Primäranschluss 1 und einen zweiten Primäranschluss 2 auf, zwischen denen eine Primärwicklung 3 mit No Windungen liegt. Die Primärwicklung 3 ist s

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induktiv eng mit einer Sekundärwicklung 4 mit Ni Windungen gekoppelt, welcher ein erster bipolarer Thyristorschalter, der als ein Paar antiparalleler geschalteter Thyristoren 5, 6 realisiert ist, parallel liegt.

Erfindungsgemäss weist die Thyristorschaltung einen zweiten bipolaren Thyristorschalter auf, welcher ebenfalls aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 7, 8 aufgebaut ist und einen Teil der Sekundärwicklung 4 überbrückt, welcher N2 < Ni Windungen enthält. Falls in keinem Teil der Sekundärwicklung Strom fliesst, wirkt die mit den Primäranschlüssen in einen Stromkreis gelegte Thyristorschaltung als Induktivität von der Grösse der Selbstinduktivität der Primärwicklung 3.

Falls der erste Thyristorschalter leitet und die Sekundärwicklung 4 kurzschliesst, wirken dagegen im Stromkreis nur die Streuinduktivitäten, die normalerweise sehr viel kleiner sein werden als die Selbstinduktivität der Primärwicklung.

Ist jedoch zu den Zündzeitpunkten der durch die Primärwicklung 3 fliessende Strom Ip so klein, dass der in der Sekun-

N0

därwicklung 4 induzierte Strom Isi « Ip unterhalb des

Ni

Einraststroms Iei der Thyristoren 5, 6 liegt, so kann die Um-schaltung nicht mittels derselben durchgeführt werden. In diesem Fall können die Thyristoren 7, 8 des zweiten Thyristorschalters gezündet werden, wo der induzierte Strom No Ni

Is2 Ä Ip ~ Isl N2 N2

wesentlich grösser ist und daher viel eher den erforderlichen Einraststrom Ie2 übersteigt.

Wenn im Schwankungsbereich des Primärstroms, den die erfindungsgemässe Thyristorschaltung bewältigen soll, keine Lücken auftreten dürfen und eine Überlastung der Thyristoren 7, 8 verhindert werden soll, müssen die Thyristoren 4, 5 die er-steren entlasten, bevor der Strom durch dieselben ihren maximalen Durchlassstrom Im2 erreicht. Dafür muss zumindest der Wert des Primärstroms, bei welchem der Strom durch die Thyristoren 5, 6 den Einraststrom Iei derselben erreichen kann, kleiner sein als der Wert, bei welchem der Strom durch die Thyristoren 7, 8 den maximalen Durchlassstrom im2 derselben erreicht, d.h. es muss mindestens gelten Iei Ni < Im2 N2.

Diese Relation legt für die meisten Anwendungen eine obere N,

Grenze für den Faktor und damit für die erzielbare Er-

N2

Weiterung des zulässigen Primärstrom-Schwankungsbereichs fest. Wie gross man diesen Faktor im Einzelfall wählt, hängt natürlich auch von den Anforderungen an die Thyristorschaltung ab, die sich aus der jeweiligen Anwendung ergeben.

Falls erforderlich, kann die oben beschriebene Schaltung, ebenso wie die nachfolgend beschriebenen, um zusätzliche Stufen erweitert werden. Natürlich kann die Wirkung der unterschiedlichen Transformation des Primärstromes in den einzelnen Stufen durch geeignete Wahl der Thyristorschalter unterstützt werden.

Die Thyristorschaltung gemäss Fig. 2 weist gleichfalls zwischen einem ersten Primäranschluss 1 und einem zweiten Primäranschluss 2 eine Wicklung 3' mit No Windungen auf, welcher ein ein erster bipolarer Thyristorschalter mit Thyristoren 5, 6 parallel liegt.

Erfindungsgemäss ist ein zweiter Thyristorschalter, bestehend aus Thyristoren 7, 8, vorhanden, welcher einen Teil der Wicklung mit N2 Ni = No - N2 Windungen überbrückt.

Falls in der in einen Stromkreis gelegten Thyristorschaltung die Wicklung 3' zur Gänze von Strom durchflössen wird, wirkt wiederum die gesamte Selbstinduktivität derselben. Leitet der erste Thyristorschalter, so ist die Wicklung 3' kurzgeschlossen und die Induktivität somit ausgeschaltet.

Falls der im Stromkreis fliessende Strom zu den Zündzeitpunkten kleiner als der erforderliche Einraststrom Ie des ersten Thyristorschalters ist, so ist ein Kurzschliessen mittels desselben wiederum nicht möglich.

Im vom zweiten Thyristorschalter überbrückten Wicklungsteil wird aufgrund einer induktiven Kopplung mit dem übrigen Teil der Wicklung 3' bei Zündung der Thyristoren 7, 8 ein N,

Strom Is = 1 S> I induziert, welcher in denselben den im

N2

Stromkreis fliessenden Strom I überlagert und natürlich viel eher als dieser allein ausreicht, um die Thyristoren 7, 8 zum Einrasten zu bringen. Die im Stromkreis wirksame Induktivität wird durch das Kurzschliessen eines Teils der Wicklung auf die Streuinduktivität zwischen den beiden Wicklungsteilen reduziert.

Die als Stromverorgungsgerät ausgebildete Thyristorschaltung gemäss Fig. 3 weist ebenfalls zwischen zwei Primäran-schlüssen 1, 2 eine Primärspule 3 auf. Die Primärspule 3 kann z.B. Teil einer Hochspannungsleitung sein, ihre Windungszahl N0 wird im allgemeinen klein, evtl. nur 1 sein. Einer ersten Sekundärwicklung 4 mit einer Windungszahl Ni liegt ein bipolarer Thyristorschalter, bestehend aus Thyristoren 4, 5, deren Kathoden geerdet sind, und Dioden 9, 10, parallel. Einer zweiten, mit der ersten induktiv eng gekoppelten Sekundärwicklung 11 mit einer Windungszahl N2 ^ Ni sind ein Vollweggleichrichter, bestehend aus Dioden 12, 13, 14, 15 und ein Kondensator 16 nachgeschaltet, dessen Pole, einer davon geerdet, mit Ausgangsklemmen 17, 18 verbunden sind.

Ein Regler 19, der mit zwei Messeingängen parallel zu den Ausgängen 17, 18 angeschlossen ist, steuert einen ersten Zündimpulsgeber 20, an dessen Ausgängen die Gates der Thyristoren 4, 5 liegen.

Erfindungsgemäss weist die Thyristorschaltung parallel zur zweiten Sekundärwicklung 11 ein zweites Paar von Thyristoren 7, 8 mit geerdeten Kathoden auf, die zusammen mit den Dioden 12, 13 einen weiteren bipolaren Thyristorschalter bilden. Ihre Gates liegen an den Ausgängen eines zweiten Zündimpulsgebers 21, dem ein vom Regler 19 gesteuertes Verzögerungsglied 22 vorgeschaltet ist.

Im folgenden wird die Funktion der Thyristorschaltung unter Zuhilfenahme der in Fig. 4 dargestellten Diagramme, die die zeitlichen Verläufe einiger der in derselben auftretenden Ströme und Spannungen veranschaulichen sollen, näher erläutert.

Durch die Primärwicklung 3 fliesst ein Wechselstrom von konstanter Frequenz und von kleinen zu grösseren Werten ansteigender Amplitude. Dadurch wird in der zweiten Sekundärwicklung 11 ein Strom induziert, der durch den nachgeschalteten Gleichrichter in einen schwankenden Gleichstrom Ic umgewandelt wird, der den Kondensator 16 auflädt. Bereits vor dem Ende der ersten Halbwelle erreicht die Spannung Uc am Kondensator 16 ihren Maximalwert Um, worauf der Regler 19 ein Signal abgibt, das den Zündimpulsgeber 20 und das Verzögerungsglied 22 aktiviert. Der Zündimpulsgeber 20 gibt einen Zündimpuls Uzi an die Thyristoren 5, 6 ab. Der in der ersten

No

Sekundärspule 4 induzierte Strom Isi = Ip liegt jedoch un-

N,

terhalb des Einraststroms Iei derselben und sie sperren nach dem Ende des Zündimpulses Uzi wieder.

Das Verzögerungsglied 22 gibt das vom Regler 19 empfangene Signal mit einer Verzögerung, die mindestens der maximalen Zündverzögerung der Thyristoren 5, 6 entspricht, an den zweiten Zündimpulsgeber 21 weiter, welcher einen Zündimpuls UZ2 an die Thyristoren 7, 8 abgibt. Da der in der zweiten Sekundär-

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spule 11 induzierte Strom IS2 = IP wegen N2 < Ni sehr

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viel grösser ist als Isi, übersteigt er den Einraststrom Ie2 der Thyristoren 7, 8, der der Polarität der Halb welle entsprechende Thyristor leitet bis zum Ende derselben und schliesst die Stromversorgung kurz, so dass der Kondensator 16 nicht weiter aufgeladen wird. In entsprechender Weise wird der Kondensator 16, der ständig über die Ausgangsklemme 17, 18 Strom an angeschlossene Geräte abgibt, durch die zweite Halbwelle nachgeladen.

Ab der dritten Halbwelle übersteigt der in der ersten Sekundärwicklung 4 zum Zündzeitpunkt induzierte Strom Isi den Einraststrom lei der Thyristoren 5, 6. Sie wird daher bis zum Ende der Halbwelle kurzgeschlossen. Die Spannung an der zweiten Sekundärwicklung 11 bricht bei Zündung der Thyristoren 5, 6 sofort zusammen, so dass kein Strom mehr in den Kondensator

16 fliesst und auch die vom verzögerten Zündimpuls Un erreichten Thyristoren 7, 8 nicht zünden können.

Fig. 5 zeigt eine mögliche Realisierung des Reglers 19. Dabei wird über eine Z-Diode 23 und einen Spannungsteiler, welche zwischen die Messeingänge gelegt sind, ein Transistor 24 gesteuert, an dessen Kollektor der Signalausgang des Reglers 19 liegt.

Die Zündimpulsgeber 20, 21 können, wie in Fig. 6 dargestellt, mit einem Monoflop 25 aufgebaut sein, der einen Transistor 26 steuert.

Das Verzögerungsglied 22 kann ein Monoflop sein. Die Speisespannung für den Regler 19, die Zündimpulsgeber 20, 21 und das Verzögerungsglied 22 kann parallel zu den Ausgangsklemmen 17, 18 abgenommen werden.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims (4)

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1. Thyristorschaltung mit

— einem Transformator, welcher eine Wicklung oder mehrere induktiv gekoppelte Wicklungen (3, 4) aufweist, wobei eine Wicklung (3) mit zwei Primäranschlüssen (1, 2) zum Anschluss der Schaltung an einen Stromkreis versehen ist, und

— mindestens einem ersten bipolaren Thyristorschalter (5, 6), welcher zwischen zwei Anschlüsse einer Wicklung (4) gelegt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

— mindestens ein weiterer bipolarer Thyristorschalter (7, 8), welcher zwischen zwei Anschlüsse der Wicklung (4) gelegt ist, vorhanden ist, und

— die Zahl (N2) der Windungen zwischen den Anschlüssen, zwischen welche der weitere bipolare Thyristorschalter (7, 8) gelegt ist, jeweils kleiner ist als die Zahl (Ni) der Windungen zwischen den Anschlüssen, zwischen welchen der voraufgehende bipolare Thyristorschalter (5, 6) gelegt ist.

2. Thyristorschaltung nach Anspruch 1, mit einer Primärwicklung (3), welche zwischen den Primäranschlüssen (1, 2) liegt, und mindestens einer Sekundärwicklung (4), wobei die bipolaren Thyristorschalter (5, 6; 7, 8) jeweils zwischen Anschlüsse einer Sekundärwicklung gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem weiteren bipolaren Thyristorschalter (7, 8) das Produkt zwischen dem maximalen Durchlassstrom (Im2) und der Zahl (N2) der Windungen, die er überbrückt, grösser ist als beim voraufgehenden bipolaren Thyristorschalter (5, 6) das Produkt zwischen dem Einraststrom (Iei) und der Zahl (NO der Windungen, die er überbrückt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Thyristorschaltung nach Anspruch 2, zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung (Uc), mit

— einem Vollweggleichrichter (12, 13, 14, 15), welcher zwischen zwei Anschlüssen einer Sekundärwicklung (11) liegt,

— einem Kondensator (16), der zwischen den Ausgängen des Vollweggleichrichters liegt,

— einem Regler (19), welcher, dem Kondensator (16) nächgeordnet, mit zwei Messeingängen ebenfalls zwischen den Ausgängen des Vollweggleichrichters liegt und einen Ausgang aufweist, an welchem ein Signal anliegt, wenn die zwischen den Messeingängen liegende Spannung (Uc) einen vorgegebenen Wert (Um) überschreitet, und

— mindestens einem ersten Zündimpulsgeber (20) mit einem Triggereingang, welcher mit dem Ausgang des Reglers verbunden ist und einem Ausgang, welcher mit den Gates des ersten bipolaren Thyristorschalters (5, 6) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

— einem weiteren bipolaren Thyristorschalter (7, 8) jeweils ein weiterer Zündimpulsgeber (21) zugeordnet ist sowie eine demselben vorgeschaltete Verzögerungsschaltung (22) und

— die einem weiteren bipolaren Thyristorschalter (7, 8) zugeordnete Verzögerungsschaltung (22) jeweils eine Verzögerungszeit aufweist, welche um mehr als die Zündverzögerungszeit des voraufgehenden bipolaren Thyristorschalters (5, 6) grösser ist als die Verzögerungszeit der diesem letzteren zugeordneten Verzögerungsschaltung.

4. Thyristorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einem weiteren bipolaren Thyristorschalter zugeordnete Verzögerungsschaltung jeweils aus der dem voraufgehenden bipolaren Thyristorschalter zugeordneten Verzögerungsschaltung und einem derselben nachgeschalteten Verzögerungsglied gebildet ist.