überspannungsschutz für Thyristoren Thyristoren sind gegen Überspannungen
sehr empfindlich und müssen dagegen geschützt werden. Diese Schutzmaßnahmen sind.,
besonders wenn Thyristoren direkt am Netz betrieben werden, oft sehr'auf= wendig
und die Thyristoren müssen auf ein Vielfaches des Nenn= scheitelwertes der Betriebsspannung
ausgelegt werden. Ein sicherer Schutz, besonders bei einfachen Thyristorschaltungen,
wie z. B. bei der Einwegschaltung, kann dadurch erreicht werden, daß man gegen Spannungsspitzen
in Sperrichtung des Thyristors durch Serienschalten mit einer Diode schützt, bei
Auftreten von Spannungsspitzen in Vorwärtsrichtung den Thyristor dagegen zün= det.
Die Zündung des Thyristors muß allerdings über das Gitter und darf nicht durch Überschreiten
der Vorwärtsdurchbruchspan= nung erfolgen. Eine Beschaltung des Thyristors hat dabei
nur mehr unter dem Gesichtspunkt zu er-Folgen, daß der durch eine überspan= nungsspitze
verursachte Spannungsanstieg soweit verzögert wird, daß der Thyristor schon gezündet
ist, bevor er noch an überspan= nung zu liegen kommt. Diese Beschaltung ist im wesentlichen
unab= hängig von der Höhe der Spannungssp itze und ist im allgemeinen durch die
Trägerstaueffektbeschaltung in Verbindung mit einer kleinen Vordrossel bereits vorhanden,
es muß jedoch eine kleinste Span= nungsanstiegsgeschwindigkeit vorausgesetzt werden.
Wenn ein Überspannungsschutz durch Zünden des Thyristors erfolgen soll, dann muß
diese Zündung ohne nennenswerte Zeitverzögerung er= folgen, die Zündung muß sicher
unter der Durchbruchspannung des Thyristors erfolgen und der Gitterstrom muß den
vom Thyristorher=. steller verlangten Werten entsprechen.
Als geeignetes
Mittel, Thyristoren bei Auftreten von Spannungs= spitzen zu
haben sich Zündfunkenstrecken erwiesen, wenn die Eigenheiten der Punkenstrecken
berücksichtigt werden. Zünd= funkenstrecken haben eine Zündverzögerung, die von
verschiedenen Parametern, im besonderen von der Höhe der angelegten Spannung, stark
abhängt. Wird -jedoch die Zündfunkenstrecke mit einem Mehr= fachen der statischen
Zündspannung betrieben, dann zündet die Funkenstrecke in einer sehr kurzen Zeit
und es kann eine Grenz= kurve U Z /t Z angegeben werden (Fig.
1) -innerhalb der die wunken= strecke durchschlägt. Ein weiterer Vorteil,
den die Funkenstrecke beim Zünden von Thy= ristoren bietet, ist der Umstand, daß
die Brennspannung der Fun= kenstrecke nur mehr ein Bruchteil der Zündspannung der
vunken= strecke ist, sodaß ein kräftiger Gitterstromstoß erzeugt werden kann.-Aus
dem Beschriebenen ist abzuleiten, daß die Funkenstrecke mit einem Vielfachen der
statischen Zündspannung betrieben werden muß, wenn die Zündung in kürzester Zeit
und definiert erfolgen soll. Diesem Umstand wird in der ein Ausführungsbeispiel
der Er= Eindung darstellenden Schaltung nach Fig. 2, die im folgenden be= schrieben
wird, Rechnung getragen, u. zw. derart, daß nur die fallweise überlagerten Überspannungsspitzen
an der Funkenstrecke gemessen werden, nicht aber die am Thyristor auftretende Grund=
welle der Betriebsspannung zusätzlich mit den überlagerten Spit= zen. Durch dieses
Meßverfahren werden die für den zu schützenden Thyristor gefährlichen Spannungsspitzen
als Vielfaches der sta= tischen Zündspannung erfaßt, es können Streuungen der runken=
strecken vernachläßigt werden und die Zündung erfolgt momentan. Ein Spannungsteiler
Ri Ci am Eingang des zu schützenden Strom= .
kreises wird so ausgelegt, daß
bei Nennbetriebsspannung und Nenn= frequenz die Spannung U klein gegen
U ist (up -L r-, 1 C 1 "- 0,05 x Uci). Das bedeutet,
daß bei Normalbetrieb auch die Spannung an der Fun= kenstrecke ZF klein ist, sodaß
eine Funkenstrecke mit entsprechend kleiner- Zündspannung gewählt werden kann. Gelangt
an den Eingang
eine- Spannungsspitze, --dann wächs.t #;#iuch
U-1 oberhalb- einer bestimm--
ten Spannungsansti#egsg-esc - hwindi. gkelt
(c-#. 2v pro, C.1, sec. ) annähernd
proportion,31 und -zeitlich- u-nver7,ögE.-,ri. rr i-.t,--de-m
-Eing-a.ngsspan-nungs--
sprung, -während der Spannungsanstieg am Thyris.tor durch das
Vilter
2 C bestimmt wird. DieSpannung U wird über das
Glied R C
3- 3 7 ki 2 2
gepuffert und zündet nach der '!7ünd'rurve U,/tI, die t'unkenstrecke
ZF.
Die Spannung bricht -iTz-r die-Brennspannung zusammen, es Pließt
ein
durch den Widerstand begrenzter krärtiger Gitterstrom, bis
der
"4-
Kondensator C2 entladen ist, und es-w_i-rd damit der-Thyristor
ge=
zündet.
Das Filter L P,2 G bzw. die -Thyr; stor--,Derr,-pannung
muß -so gewählt
werden, daß der Thyristor gezündet wird, bevor -seine 'Durchbruchs=
spannung- erreicht -ist. Uiigünstiqster fietrieb,-:;-Pa,11,
für den Filter
und Thyristor auszulegen sind, sind Schaltspitzen mit unendlicher
-.F-'lanlzensteilheit und einer Ampiitude, die -der DifPerenz
Thyristor=
durchbruchsspannung weniger BetrIebsschettelspannung entspricht
(Fig.- 3). Diese Spannungsdifrerenz - t bed(,",-).tet
-für die
Funken-Strecke die niederste Zünd3pannung und damit-den größten
7,iindverzug-,j tz-krit.' auf,den--die Thyristorbeschaltung
ausge=
legt--verden mt?r-,. Als Auslegebedingung gl-It--immer,
daE tkrit.
-das ist die Zeit, nach der der Thyristor in der vol-len
Spannung
(Durchbruch-spannung) -liegen Wurde,. immer größer sein muß,
als
die kritische Zundzeit A tz I',rit. g. 3-)-
fiegen- SpitzenspannUng in Sperrilchtung Thyristor durch
M.i-t elner D-Lode D, gesc-hütz.t.
erwendeten 1-"unke#nstrp-cken
D i e zur Verw- r-.-. 1 Icining der Er
Über-zrannu
'önnen mit--is iMeigas# j. u11t( n--saT)#leiter
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-,j.!; e s4P sors- tir d
-rige -,u«'n#l",r, --inr.--ina se- e.. -hutz von
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Overvoltage protection for thyristors Thyristors are very sensitive to overvoltages and must be protected against them. These protective measures are often very complex, especially when thyristors are operated directly on the mains, and the thyristors must be designed for a multiple of the nominal peak value of the operating voltage. A reliable protection, especially with simple thyristor circuits, such as. B. in the one-way circuit, can be achieved in that one protects against voltage peaks in the reverse direction of the thyristor by series connection with a diode, when voltage peaks occur in the forward direction, however, the thyristor ignites = det. The thyristor must, however, be triggered via the grid and not by exceeding the forward breakdown voltage. A connection of the thyristor only has to result from the point of view that the voltage rise caused by an overvoltage peak is delayed so far that the thyristor is already ignited before it comes to an overvoltage. This circuit is essentially independent of the height of the voltage peak and is generally already present due to the carrier back-up circuit in connection with a small choke, but a minimum voltage increase rate must be assumed. If overvoltage protection is to take place by igniting the thyristor, then this ignition must take place without any appreciable time delay, the ignition must take place safely below the breakdown voltage of the thyristor and the grid current must match that of the thyristor. correspond to the required values. As a suitable means of closing thyristors when voltage peaks occur spark gaps have been found when the peculiarities of the point gaps are taken into account. Ignition spark gaps have an ignition delay that depends heavily on various parameters, in particular on the level of the applied voltage. If, however, the ignition spark gap is operated with a multiple of the static ignition voltage, the spark gap ignites in a very short time and a limit curve UZ / t Z can be specified (Fig. 1) within which the spark gap breaks through . Another advantage that the spark gap offers when igniting thyristors is the fact that the burning voltage of the spark gap is only a fraction of the ignition voltage of the spark gap, so that a powerful grid surge can be generated it can be deduced that the spark gap must be operated with a multiple of the static ignition voltage if the ignition is to take place in the shortest possible time and in a defined manner. This fact is taken into account in the circuit according to FIG The fundamental wave of the operating voltage occurring at the thyristor is also shown with the superimposed peaks. With this measuring method, the voltage peaks that are dangerous for the thyristor to be protected are recorded as multiples of the static ignition voltage. A voltage divider Ri Ci at the input of the current to be protected = . circuit is designed in such a way that at nominal operating voltage and nominal frequency the voltage U is small compared to U (up -L r-, 1 C 1 "- 0.05 x Uci). This means that during normal operation the voltage at the Fun = the spark gap ZF is small, so that a spark gap with a correspondingly lower ignition voltage can be selected a- voltage peak, - then grows t #; # i also U-1 above- a certain--
th voltage rise # egsg-esc - hwindi. gkelt (c- #. 2v pro, C.1, sec. ) approximately
proportion, 31 and -time- u-nver7, ögE .-, ri. rr i-.t, - de-m -Input-a.ngsspan-nungs--
jump, -during the voltage rise at the thyris.tor through the Vilter
2 C is determined. The voltage U is via the element R C
3- 3 7 ki 2 2
buffered and ignites after the '! 7ünd' curve U, / tI, the spark gap ZF.
The voltage collapses -iTz-r the-burning voltage, it pours in
Sharp grid current limited by the resistance until the
"4-
Capacitor C2 is discharged, and es-w_i-rd thus the thyristor ge =
ignites.
The filter LP, 2 G or the -Thyr; stor -, derr, - voltage must be chosen like this
be that the thyristor is triggered before -its' breakdown =
voltage reached -is. Most favorable operation, -:; - Pa, 11, for the filter
and thyristor are to be designed, switching peaks are infinite
-.F-slope steepness and an amplitude that -the difference thyristor =
breakdown voltage corresponds to less operating note voltage
(Fig. 3). This voltage difference - t cond (, ", -). Tet - for the
Spark gap has the lowest ignition voltage and thus the highest
7, iindverzug-, j tz-crit. ' on, the - the thyristor circuit off =
lays - verden mt? r- ,. As a design condition gl-It - always, daE tkrit.
-That is the time after which the thyristor is in full voltage
(Breakdown voltage) -has been made. must always be greater than
the critical ignition time A tz I ', rit. G. 3 -) -
Flying peak voltage in blocking thyristor
With a D-Lode D, protected.
used 1- "toads
T he to Verw- r -.-. 1 icining the he
About-zrannu
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