DE1613911A1 - UEberspannungsschutz fuer Thyristoren - Google Patents

UEberspannungsschutz fuer Thyristoren

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DE1613911A1
DE1613911A1 DE19671613911 DE1613911A DE1613911A1 DE 1613911 A1 DE1613911 A1 DE 1613911A1 DE 19671613911 DE19671613911 DE 19671613911 DE 1613911 A DE1613911 A DE 1613911A DE 1613911 A1 DE1613911 A1 DE 1613911A1
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voltage
diode
thyristor
capacitor
overvoltage protection
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DE19671613911
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English (en)
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Ravas Richard J
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion 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
    • H02M7/125Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Thyristor Switches And Gates (AREA)

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
- 6 - Ba/Hob
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Claims (4)

η PIA 67/8259 1 BI 39 Patentansprüche
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
1 098*7 0 184
dem Ansprecliwert der Ülserspannungsscliutzschaltung entsprechen.
- 8 - Ba/Hob
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DE19671613911 1966-12-12 1967-12-07 UEberspannungsschutz fuer Thyristoren Pending DE1613911A1 (de)

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US60086666A 1966-12-12 1966-12-12
JP1971010561U JPS481301Y1 (de) 1966-12-12 1971-02-24

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DE1613911A1 true DE1613911A1 (de) 1971-05-06

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JP (1) JPS481301Y1 (de)
DE (1) DE1613911A1 (de)
GB (1) GB1147147A (de)

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GB1147147A (en) 1969-04-02
JPS481301Y1 (de) 1973-01-13
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