DE1613911A1 - UEberspannungsschutz fuer Thyristoren - Google Patents
UEberspannungsschutz fuer ThyristorenInfo
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- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
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- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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Description
'.,3"3TINGKOIJSt: »langen, denL 6. OEZ. 1967
"lectrio Corporation ' Werner-von Siemens-Str.
FLA 67/8259
" berspnnnungsschutz für Thyristoren
.*-uf den ersten Blick erscheint ein überspannungsschutz für
Thyristoren nicht erforderlich zu sein, da es ja zum diesen
eins solchen Bauelementes gehört, daß es auch dann in den
stromleitenden Zustand kippt, wenn die anliegende Spannung einen bestimmten .Grenzwert überschreitet. Das gilt auch dann,
wenn deir. Thyristor kein Steuerstrom zugeführt wird. Die zum.
Kippen erforderliche Grenzspannung liegt dabei entsprechend
höher. . I.ian spricht in diesem Pail von einem Zünden "über Kopf".
Es hat sich nun gezeigt, daß ein solches tiberkopf-Zünden bei
- 1 - Ba/Hob
109819/0184 ßAD original
Leistungsthyristoren mit hoher Sperrspannung mit Sicherheit vermieden werden muß, da solche Bauelemente bleibenden Schaden
nehmen können. Um das zu verhindern, hat man zwischen die Anode und die Steuerstrecke eines Leistungsthyristors über einen Widerstand
eine Shockley-Diode oder Zenerdiode geschaltet. Diese Dioden müssen so beschaffen sein, daß ein Stromfluß erst dann
möglich ist, wenn die maximal zulässige Betriebsspannung an dem Thyristor erreicht ist. Dann aber muß ein verhältnismäßig hoher
Strom während ausreichend lager Zeit fließen können, damit der Thyristor mit Sicherheit durchzündet.
Schaltungen, die die angegehenen Bedinungen erfüllen, sind mit schwerwiegenden Nachteilen behaftet. So mußte beispielsweise mit
Rücksicht auf die verhältnismäßig hohe, maximal zulässige Betriebsspannung
der Thyristoren eine Zenerdiode mit einer hohen Durchbruchsspannung und - wegen des hohen Zündstromes - einer dementpsrechend
hohen Verlustleistung verwendet werden. Der Nachteil der Shockley-Diode ist darin zu sehen, daß ihr Kipp-Punkt nicht
nur von dem Absolutwert sondern auch von dem Grad der Änderung der Spannung abhängt. Außerdem gibt es Shockley-Dioden nur mit
einer Sperrspannung von maximal 200 bis 300 Volt. Es müßten daher mehrere derartige Dioden in Reihe geschaltet werden. Damit entsteht
aber wieder das Problem, für eine gleichmäßige Potentialverteilung zu sojjen.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, anstelle der erwähnten Dioden
3*"£ - 2 - Ba/Hob
109819/0184
einen kleinen Hilfsthyristor zu verwenden und diesen über Kopf
zu zünden. Der Zündzeitpunkt hängt aber auch hierbei nicht nur von dem Absolutwert sondern ebenfalls auch von dem Bifferenti-alquo*
tienten der Spannung ab. Eine weitere Unsicherheit liegt in der starken Temperaturabhängigkeit des Kipp-Puriktes, der auch von
Exemplar zu Exemplar sehr verschiedene Vierte haben kann.
Des wäteren wurde eine Anordnung vorgeschlagen, die die meisten
Nachteile der vorstehend genannten Ausführungsmöglichkeiten eines tvberspannungsschutzes nicht aufweist. Das Wesen dieses
Vorschlages best&t darin» daß der Anoden-Kathoden-Strecke des
zu schützenden Thyristors ein Spannungsteiler mit mindestens einem Kondensator parallelgeschaltet wird, und daß der Zweig des
Spannungsteilers mit dem Kondensator über eine Shoekley-Diode
der Steuerstrecke des Thyristors parallelgeschaltet ist« Bei
dieser Anordnung muß die Shoekley-Diode zwar den vollen Zündstrom
führen können, jedoch bracht sie nur für eine verhältnismäßig kleine Zündspannung bemessen zu sein.
Bei dieser Anordnung ist es nachteilig, daß zwischen dem Auf-fceten
einer Überspannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors
und dem Zünden der Shockley-Diode wegen der Aufladung des Kondensators
eine endliche Zeit vergeht, während der die Überspannung
an dem Thyristor liegt,
Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden, die sich auf
eine Überspannungsschutzschaltung für einen Thyristor bezieht,
BAD ORDINAL
' ■ -.-.3.--^ ■ Ba/Hob
PLA 67/8259 |b13911
dem parallel zu der Anoden- Kathoden-Strecke ein Spannungsteiler
mit mindestens einem Kondensator parallelgeschaltet ist, dessen Kondensator über eine Shockley-Diode an die Steuerstrecke
des Thyristors angeschlossen ist.
Die Zenerdiode und die Shockley-Diode sind vorzugsweise so bemessen,
daß die Summe ihrer Zündspannungen gerade gleich dem gewünschten Ansprechwert der Schutzschaltung ist, der wiederum einen
gewissen Sicherheitsabstand von der maximal zulässigen Spannung an dem zu schützenden Thyristor hat.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt.
Die Anoden-Kathoden-Strecke 11, 12 eines mit 1 bezeichneten
Thyristors ist über eine der Stromanstiqgsbegrenzung dienende
Drossel 31 an die Klemmen 21 und 22 angeschlossen. Zwischen diesen
Klemmen liegt außerdem ein Widerstand 9Π und ein Kondensator 92.
Diese beiden Bauelemente dienen der stati-schen und dynamischen Spannungsaufteilung, wenn mehrere der in der Figur dargestellten
Baueinheiten in Reihe geschaltet sind.
Parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors liegt ferner ein Spannungsteiler 4, bestehend aus einer Diode 4 Λ , einer Zenerdiode
42 und einem Kondensator 44, dem ein Widerstand 45 parallelgeschaltet ist. Der Abgriff 43 des Spannungsteilas ist über-eine
Shockley-Diode 6 und einenStrombegrenzungswiderstand 7 mit der
Steuerelektrode 13 des Thyristors verbunden. Parallel zur Steuerstrecke
12, 13 des Thyristors liegt außerdem die Sekundärwicklung,8
BAD OBlGtHA*-
- 4 - Ba/Hob
109819/0184
eines iis übrigen nicht dargestellten Steuertransformators, mit
dessen Hilfe der Thyristor willkürlich ansteuerbar ist.
Zur Erläuterung der Funktion der Erfindung wird davon ausgegangen,
daß die Schutzeinrichtung bei einer Anoden-Kathoden-Spannung am Thyristor 1 von 500 Volt ansprechen soll. Hierzu wird
vorzugsweise eine Zenerdiode 42 mit einer Zenerspannung von 450 V
und eine Shockley-Diode 6 mit einer Zündspannung von 50 V verwendet.
Es ist nun offensichtlich, daß die Spannung an dem Thyristor niemals größer als 500 V werden kann: Überspannungsspitzen
führen nämlich zunächst zu einer Aufladung des Kondensators 44, dessen Ladespannung aber wiederum auf maximal 50 V, nämlich die
Zündspannung der Shockley-Diode 6 begrenzt ist. Somit ist auch die Spannung zwischen Anode und Kathode auf die Summe aus Zenerspannung
und Zündspannung der Shockley-Diode begrenzt.
Sobald der Kondensator 44 die Zündspannung der Shockley-Diode 6
erreicht hat, geht diese in den niederohmigen Zustand über, in
welchem sie nur einen sehr niedrigen Durchlaßwiderstand und damit einen entsprechend niedrigen Spannungsabfall hat. Der zum Durchzünden
des Thyristors 1 erforderliche hohe Steuerstrom wird
jetzt .aus dem Kondensator 44 geliefert und bräfcht daher nicht
über die Zenerdiode 42 zu fließen, so daß diese für eine entsprechend geringe Verlustleistung bemessen sein kann. Durch den
Widerstand 7 wird der Zündetrom auf einen zulässigen Viert begrenzt.
Die Diode 4iJh4crt die in Sperriehtung am Thyristor anliegenden
Spannungshalbwellen von der Zenerdiode und der Shockley-Diode fern.
1098_19/_Μ84 BADORIGINAL
PIA 67/8259
Der Widerstand 45 ist vorzugsweise so bemessen, daß der über ihn
fließende Strom gerade gleich dem maximalen Zenerstrom ist, wenn die Spannung am Kondensator 44 der Zündspannung der Shockley-Diode
entspricht. Dadurch läßt sich eine Aufladung des Kondensators auf die zum Zünden der Shockley-Diode 6 erforderliche Spannung bei
Anoden-Kathoden-Spannungswerten am Thyristor 1 unterhalb des •kritischen Wertes ( im angenommenen Beispiel von 500 V) verhindern.
Die beschriebene Anordnung eignet sich vor allem für Stromrichter (Gleichrichter oder Wechselrichter) hoher Betriebsspannung von
beispielsweise 500 000 V. legt man die Ansprechgrenze der Schutzeinrichtung mit 500 V fest, dann müßte man in jedem Stromrichterzweig 600 Einheiten der in der Figur dargestellten Art in Reihe
schalten und über die Steuerwicklungen 8 gleichzeitig ansteuern. Selbstverständlich könnte der Stromrichter auch jeweils mit mehreren
parallelen Zweigen dieser Art ausgestattet sein.
4 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
- 6 - Ba/Hob
10 9819/0184
Claims (4)
1.) Überspannungsschutzschaltung für eine:Thyristor, dem
parallel zu der Anoden-Kathoden-Strecke ein Spannungsteiler
mit mindestens einem Kondensator parallelgeschaltet ist, deasen Kondensator über eine Shockley-Diode
an die Steuerstrecke des Thyristors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (44)
über eine Zenerdiode (42) der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors (1) parallelgeschaltet ist.
2.) Überspannungsschutzschaltung nach Patentanspruch T, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (42) mit einer
in Durchlaßrichtung der Zenerdiode sperrenden Diode (41)
in Reihe geschaltet ist.
3.) Überspannungsschutzschaltung nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet., daß dem Kondensator (44) ein Widerstand
(45) parallelgeschaltet ist, der vorzugsweise so bemessen ist, daß der maximale Zenerstrom der Zenerdiode
(42) an ihm eine Spannung hervorruft, die der Zündspannung der Shockley-Diode (6) entspricht.
4.) Überspannungsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerspannung der Zenerdiode
(42) und die Zündspannung der Shockley-Diode (6) gerade
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dem Ansprecliwert der Ülserspannungsscliutzschaltung entsprechen.
- 8 - Ba/Hob
109819/0184
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1971
- 1971-02-24 JP JP1971010561U patent/JPS481301Y1/ja not_active Expired
Also Published As
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GB1147147A (en) | 1969-04-02 |
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