DE1263173B

DE1263173B - UEberspannungsschutzeinrichtung fuer gesteuerte Umrichterventile

Info

Publication number: DE1263173B
Application number: DE1965A0049442
Authority: DE
Inventors: Franz Hoefer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1965-05-07
Filing date: 1965-06-10
Publication date: 1968-03-14
Also published as: CH427000A

Description

Überspannungsschutzeinrichtung für gesteuerte Umrichterventile Die Erfindung betrifft eine überspannungsschutzeinrichtung für gesteuerte Umrichterventile, insbesondere Thyristoren, denen eine Widerstands-Kondensator-Kombination parallel geschaltet ist.
Bekanntlich sind Halbleiterventile, insbesondere gesteuerte Halbleiterventile (Thyristoren), sehr überspannungsempfindlich. Um die Ventile vor überspannungen zu schützen, sind mehrere Möglichkeiten bekanntgeworden. Man kann ihnen Kondensatoren oder Widerstands-Kondensator-Kombinationen parallel schalten, welche insbesondere innere überspannungen (hole storage effect) übernehmen und so von anderen Schaltelementen fernhalten. Man kann die Thyristoren auch überdimensionieren, sie also für Spannungen auslegen, welche höher als die Betriebsspannung sind. Diese Anordnungen verteuern stark die Anlage und nutzen die Fähigkeit der Thyristoren nur ungenügend aus. Eine weitere Möglichkeit ist, mehrere Thyristoren in Reihe zu schalten, so daß für jeden einzelnen nur eine verringerte Spannung anfällt.
Verwendet man Thyristoren für die Zündung von Ignitronen, beispielsweise bei Schweißanlagen, wobei der Strom durch die Ignitrone Schweißtransformatoren zugeführt wird, so darf durch Schadhaftwerden der Thyristoren die Zündung der Ignitrone nicht unterbrochen werden. Aus diesem Grunde hat man es bisher vorgezogen, statt überspannungsempfindliche Thyristoren lieber Thyratrone zu verwenden, also Gasentladungsröhren. Diese haben aber wiederum den Nachteil großen Heizleistungsbedarfs und längerer Wartezeiten, bis die Röhren genügend warm geworden sind. Auch die Lebensdauer ist verhältnismäßig gering.
Um nun diese Nachteile zu vermeiden und Thyristoren mit genügender Sicherheit gegen überspannungen verwenden zu können, wird bei einer überspannungsschutzeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Widerstands-Kondensator-Kombination aus der Reihenschaltung von zwei parallelgeschalteten Widerständen und Kondensatoren besteht, daß diese Kombination einen Mittelabgriff aufweist. und daß dieser Mittelabgriff mit der Steuerung der Thyristoren über eine Vierschichtdiode verbunden ist.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. In der F i g. 1 ist der zu schützende Thyristor mit 1 bezeichnet. Seine Steuerelektrode wird über den Transformator 2 gesteuert Die Steuerung selbst ist nicht dargestellt, da sie für die Beschreibung der Erfindung nicht wesentlich ist. Parallel zum Thyristor ist nun ein Spannungsteiler geschaltet, welcher aus zwei Parallelschaltungen von Widerständen und Kondensatoren besteht, nämlich aus den Widerständen 3 und 4 und den Kondensatoren 5 und 6. Diese Widerstände brauchen in diesem Fall nicht gleich groß zu sein. An die Verbindungsstelle der beiden Widerstände 3 und 4, also dem Abgriff des Spannungsteiles, ist nun eine Vierschichtdiode 7 angeschlossen, welche mit dem anderen Ende an der Steuerelektrode des Thyristors liegt. Dieser Kreis ist die eigentliche Überspannungsschutzeinrichtung. Da sie mit dem Steuerkreis, welcher vom Transformator 2 gespeist wird, zusammenhängt, muß dieser von dem Kreis des überspannungsschutzes entkoppelt werden. Daher sind die beiden Dioden 8 und 9 vorgesehen.
Die Wirkungsweise ist nun folgende: Während der Zeit, in welcher der Thyristor gezündet ist, ist die überspannungseinrichtung nicht wirksam, da die Spannung am Thyristor nur klein bleibt. Ist der Thyristor aber nicht gezündet, so können die während dieser Zeit auftretenden Spannungen, welche in gleicher Richtung liegen wie die Spannung im gezündeten Zustand (Vorwärtsspannung), leicht zu Durchschlägen führen, wenn sie einen gewissen Wert überschreiten. Schon geringe überspannungen sind hierbei gefährlich. Um die Thyristoren zu schützen, werden sie, bevor die gefährliche Spannung erreicht wird, unabhängig von der Steuerung gezündet. Der Ansprechwert dieser Zündung liegt also etwas unter dem an sich bekannten gefährlichen Wert der Über- Spannung. Zu diesem Zweck ist die Vierschichtdiode 7 vorgesehen. Von einer bestimmten Spannungshöhe an läßt diese die Spannung durch und gibt sie an die Steuerelektrode des Thyristors 1. Die Vierschichtdiode ermöglicht diese Spannung genau festzulegen, da sie nur geringen Schwankungen unterworfen ist. Die zum Zünden des Thyristors nötige Energie liefert hierbei der Kondensator 6. Der Spannungsteiler wird der Ansprechspannung der Vierschichtdiode und der maximalen Anodenspannung des Thyristors angepaßt.
Die F i g. 2 zeigt die Schaltung der Thyristoren für die Steuerung von Ignitronen bei einer Schweißanlage.
11 ist der Transformator mit den Schweißelektroden. Er wird aus dem Wechselstromnetz RS über die Ignitrone 10 gespeist. Die Zündsteuerung der Ignitrone erfolgt über die Gleichrichter 12 und die Sicherungen 13, mit Hilfe der Thyristoren 1.1 und 1.2. In diesem Falle sind also zwei Thyristoren in Reihe geschaltet. Die Steuerspannung wird durch über den Transformator 2 gegebene Impulse erhalten. Um zu vermeiden, daß die Ignitrone Strom während der Brenndauer zurück in die Steueranlage liefern, ist zwischen der Steuereinrichtung und den Ignitronen noch die Zenerdiode 14 gelegt. Der aus den Widerständen 15 gebildete ohmsche Spannungsteiler bewirkt eine gleichmäßige Spannungsverteilung an den Thyristoren 1.1 und 1.2. Die Zündung erfolgt zuerst am Thyristor 1.2 über die zugeführten Zündimpulse. Während dieser Zeit wird auch der Kondensator 18.2 über den Widerstand 19 und die Zenerdiode 17 entladen, welche zugleich die Steuerspannung am Thyristor 1.1 begrenzt. Die Widerstände 19 und die Kondensatoren 18.1 und 18.2 bilden einen Spannungsteiler. Die Zündung des Thyristors 1.1 erfolgt dann über den Widerstand 16 durch die am Abzweigpunkt des Spannungsteilers entstehende Spannung.
Die überspannungsschutzeinrichtung, welche die Thyristoren gegen zu hohe Spannungen schützen soll, besteht wieder aus den Spannungsteilern .3, 4, 5, 6 der Vierschichtdiode 7 und den Entkopplungsdioden 8 und 9. Sie arbeitet in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach F i g. 1.
Man erhält durch die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil, die Thyristoren ungefährdet einsetzen zu können, und vermeidet die Nachteile der Verwendung von Gasentladungsröhren.

Claims

Patentansprüche: 1. Dberspannungsschutzeinrichtung für gesteuerte Umrichterventile, insbesondere Thyristoren, denen eine Widerstands-Kondensator-Kombination parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Kondensator-Kombination aus der Reihenschaltung von zwei parallelgeschalteten Widerständen und Kondensatoren besteht, daß diese Kombination einen Mittelabgriff aufweist und daß dieser Mittelabgriff mit der Steuerung der Thyristoren über eine Vierschichtdiode verbunden ist. 2. überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überspannungsschutzkreis von dem Steuerkreis der Thyristoren durch Dioden entkoppelt ist. 3. überspannungsschutzeinrichtung für Thyristoren, welche der Zündung von Ignitronen dienen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren an die überspannungsschutzeinrichtung, abgesehen von einer Gleichrichterbrückenschaltung, mit dem von den Ignitronen gespeisten Netz unmittelbar gekoppelt sind. 4. überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mehrere in Reihe geschaltete Thyristoren nur eine überspannungsschutzeinrichtung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1187 317; Druckschrift der Firma AEG »Steuerbare Silizium-Gleichrichter und ihre Anwendung«, 1961, Nr. Z 52 / RGF 57092.