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Steuersatz für Thyristoren Wenn Thyristorschaltungen'auf Lasten arbeiten,
die Induktivitäten oder Gegenspannungen (z. B. Kondensatoren, Batterien, Motoren)
enthalten, so kann der Thyristor in vielen Fällen erst nach Abklingen der Gegenspannung
Ventilstrom führen. Wird ein kurzer Zündimpuls auf die Zündelektrode des Thyristors
gegeben bevor die Gegenspannung abgeklungen ist, kann es daher vorkommen, daß über
die Anoden-Käthodenstrecke gar kein Ventilstrom Zustande kommt, weil zum Zeitpunkt
des möglichen Ventilstromeinsatzes der Zündimpuls bereits _ 'rollständig beendet
ist.
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ist bekannt, bei 'derartigen Schaltungen den Steuerimpuls so lange
anstehen
zu lassen, bis der Anodenstrom des Thyristors größer als der Haltestromwert geworden
ist. In allen Fällen, in denen eine galvanische Trennung zwischen Steuersatz und
Thyristor notwendig ist, setzt dieses Verfahren einen Steuerimpulstransformator
voraus, der eine große Spannungazeitfläche aufnehmen kann. Um Forderungen nach genügend
steiler Anstiegsflanke und genügend langer Dauer des Steuerimpulses befriedigen
zu können, verwendet man daher in einer Vielzahl von Fällen zwei Steuerimpulatransformatoren
für jeden Thyristor, von denen der eine Transformator einen steilen, aber kurzen
Impuls, der andere hingegen einen langen und dafür weniger steilen Impuls überträgt.
Beide Impulse müssen an der Steuerelektrode des Thyristors überlagert werden.
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Es ist ferner ein anderes Verfahren bekannt, bei dem eine'Folge von
kurzen Steuerimpulsen gleicher Polarität verwendet wird, die so lange wirksam ist,
bis der Anodenstrom mit Sicherheit eine ausreichende Größe angenommen hat. Die Impulsfrequenz
muß dabei so niedrig gewählt werden, daß die zwischen zwei Impulsen verbleibende
Impulsdauer zur Zurückmagnetisierung des Steuerimpulstransformators ausreicht.
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Den obenbeschriebenen Verfahren haftet gemeinsam der Mangel an, daß
die benötigten Steuerimpulstransformatoren wegen des nur kleinen ausnutzbaren Induktionshubes
zwischen Remanenz und Sättigung vershältnismäßig groß und damit aufwendig werden.
Beim ersten Verfahre ist dazuhin der Aufwand wegen der großen Länge des zu übertragenden
Impulses besonders groß.
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Die Erfindung ermöglicht es dagegen, mit einem billigerön Übertrager
auszukommen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Stromquelle
eine wechselstromquelle ist, die einen Wechselstrom u:it einer Halbperiodendauer
kleiner als die Preiwerdezeit des' Thyristors liefert, aaß als Übertrager ein gewöhnlicher
Trans-' formator dient und daß seine Sekundärwicklung mit Hilfe von Ventilen so
an die Steuerstrecke des Thyrist ors angeschlossen ist, daß die effektive Last des
Transformators stromriehtungsunabhängig im wesentlichen gleich ist.
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Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß Halbleiterventile während
einer kurzen, Freiwerdezeit genannten Zeitspanne leitend bleiben, bis die injizierten
ladungsträger durch Rekombination ver-.schwunden sind. Ist daher der Abstand zwischen
zwei aufeinanderfolgender. Impulsen an der Steuerstrecke des Thyristore kleiner
als die Freiwerdezeit des Thyristors, so ist es nicht notwendig, die zum Erhalten
des leitenden Zustandes notwendige Dichte der Majoritätsladungsträger durch kontinuierliche
Injektion aufrechzuerhalten.
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Es genügt vielmehr, den Scheitelwert der Steuerimpulse so groß zu
wählen,. daß die vom Scheitelpunkt aus ungefähr exponentiell abklingende Ladungsträgerdichte
bis zum Beginn des nächsten Steuerimpulses den für die Aufrechterhaltung des leitenden
Zustandes kritischen Wert,nicht unterschreitet. Geht man z. B. von einem sinusförmigen
Halbwellenstrom aus und wählt seine Halbperiodendauer gleich der Freiwendezeit,
so müßte die Amplitude der Steuerhalbweller gleich dem 4,5-fachen des minimalen
statischen Steuergleichstromes gewählt werden, Bei kleiner werdender Halbperiodendauer
kann auch die .Amplitude der Steuerhalbwellen verkleinert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird nun anhand der
Figuren
näher erläutert. Der Steuersatz in Figur 1 besteht im wesentlichen aus einem Schwingkreis
mit einem Kondensator 6, einer Drossel 7 sowie der Primärwicklung eines Transformators
1. Die Selbstinduktivität der Drossel 7 repräsentiert die Induktivität des gesamten
Schwingkreises, also auch die Streuinduktivität des Transformators. Sie kann durch
Einfügen einer zusätzlichen Drossel verändert, werden, wenn die Frequenz des-Schwingkreises
beeinflusst werden poll. In ähnlicher weise sind auch alle im Kreis vorhandenen
unvermeidlichen ohmschen Widerstände in der Abbildung zu dem Schwingkreis-Dämpfungswiderstand
8 zusammengefaßt. Die Sekundärwicklung des Transformators ist über den Widerstand
8 mit der Streuelektrode-und der Kathode des Thyristors 2 verbunden, wobei der Steuerstrecke
eine Diode 3 antiparallelgeschaltet ist. Der Kondensator 6 ist über den Gleichrichter
9 und den Widerstand 10 an eine Wechselstromquelle angeschlossen.
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Zum Einleiten des Zündvorganges wird der elektronische Schalter 4,
z. B. ein Thyristor, in leitenden Zustand versetzt. Die positiven Halbwellen des
daraufhin einsetzenden Schwingstromes fließen über die Steuerstrecke des Thyristors
2 und über den elektronischen Schalter 4. Die negativen Halbwellen des Schwingstromes
fließen dagegen über die Dioden 3 und 5. Damit kann sich sowohl auf der Primärseite
als auch auf der Sekundärseite des Steuertransformators 1 ein reiner Wechselstrom
ausbilden. Größe, Frequenz uns Abklingen des Schwingstromes sind durch die drei
charakteristischen Kreisgrößen Schw ingkreiskapazität, Schwingkreisinduktivität
und Schwingkreisdämpfung-gegeben. Der Steuerstrom im Thyristor hat also den Verlauf
eines pulsierenden Gleichstromes mit abnehmender Amplitude. Die hohe- Amplitude
zu Beginn kommt den vom zu steuernden Thyristor her an einen- ..
Steuerkreis
zu stellenden Anforderungen entgegens Um eine möglichst kurze Umschaltzeit
des Thyristors vom nichtleitenden in den leitender. Zustand und damit möglichst
geringe Schaltverluste im Thyristor zu erhalten, soll nämlich der Zündstrom möglichst
schnell bis zu einem Wert ansteigen, der das Mehrfache desjenigen beträgt, der im
.weiteren zur Erhaltung der Durchlässigkeit,des Thyristors erforderlich ist. Von.diesem
Scheitelwert kann dann der Zündstrom abklingen. Die erste Amplitude und die Dämpfung
der Schwingung sind so zu bemessen,-daß in der Zündstrecke die zur Aufrechtihhaltung
des leitenden Zustande: erforderliche Mindestträgerdichte vor der vollständigen
Stromübernahme des Thyristors nicht unterschritten wird.
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Unabhängig von der Dauer des Abklingvorganges des Schwingstromes könmen
die Steuerimpulse mit Hilfe des Thyristors 4 abgeschaltet ' werden. Dieser ist nur
solange durchlässig, wie über seine Steuerstrecke ein Steuerstrom fließt. Der Steuerstrom.kann
z. B. mit Hilfe eines Transistorschalters 11 erzeugt werden, der ein Signal abgibt,
solange Schwingungen erzeugt werden sollen.
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-Sobald der Steuerstrom im Thyrister 4 unterbrochen wird, führt dieser
während der nächsten auf den Löschmoment folgenden positiven Halbwelle keinen Anodenstrom
mehr, wenn die Freiwerdezeit*des Thyristors ,4 kleiner als eine Halbperiode des
Schwingstromes ist; sonst würde der Thyristor 4 bei der nächsten positiven Halbwelle
erneut durchzünd6n. Diese Forderung ist insbesondere dann leicht zu verwirklichen,
wenn der Thyristor 2 keine besonderen Anforderungen hinsichtlich ]kurzer Freiwerdezeit
zu erfüllen hat, was bei allen Anwendungen, die mit einer Frequenz in der Größenanordnung
der Netzfrequenz .'ebeiten, der-Fall ist, Die Erfindung kann in Wechaelstromschaltern,
Stromrichtern
usw. verwendet werden. Sie läßt sich auch bei der sogenannten Anschnittsteuerung
verwenden. Dafür muB der Schalter 11 dann in Abhängigkeit von Phasenwinkel
gesteuert werden. Die Erfindung ist aber auch für Thyristoren mit wesentlich kürzerer
Freiwerdezeit anwendbar. Man braucht nämlich nur zwischen die Steuerstrecke des
Thyristors 2 und den Transformator 1 eine Gleichrichterbrücke 12 in Gradzschaltung
zu legen (Figur 2). Selbstverständlich kann zur Zündung des Thyristors auch z. H.
ein steuerbarer RC-Generator verwendet werden, dessen Ausgang ohne Zwischenschaltung
eines Schwingkreises mit dem Übertrager verbunden ist. .Den Schwingkreis wird man
vorzugsweise dort anwenden, wo eine Wechselapannungsqueile passender Frequenz
nicht zur Hand ist.