DE1763364C3 - Übertrager unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Übertrager unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren, insbesondere zum Ansteuern von Thyristoren in Umrichtern, wobei der Kern des Übertragers vorzugsweise als Ringbandkern mit hoher Sättigungs- und niedriger Remanenzinduktion ausgeführt ist.

Bei Thyristorschaltungen, wie beispielsweise bei selbstgeführten Umrichtern, liegt die Primärseite des Übertragers für die Steuerimpulse der einzelnen Thyristoren meist auf ruhigem, festem Potential, während die Sekundärseite mit den Spannungssprüngen des Kathodenpotentials der Thyristoren beaufschlagt wird. Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in den BBC-Nachrichten. Januar 1966. H. 1. S. 45 in Bild 1 und 2b gezeigt. Die Anordnung nach dem dortigen Bild 2b ist in der F i g. 1 nochmals zusammen mit den Überlagern der Hauptthyristoren im Wechselrichter gezeigt. Die beiden Hauptthyristoren sind in Reihe geschaltet, so daß das Kathodenpotential des einen Thyristors immer mit dem Anodenpotential des anderen mitgezogen wird. Wird in Fig. 1 beispielsweise der Thyristor 2 gezündet, während der andere Thyristor 1 sperrt, wird das Kathodenpotential des Thyristors 1 ins Negative gezogen. Auf Grund dieser Spannungssprünge, deren AnstiegsgeschwindigKeit du/dt 1000 bis 3000 V/us betragen kann, fließen zwischen den Wicklungen des Übertragers kapazitive Ströme. Diese Ströme induzieren in der thyristorseitigen Sekundärwicklung Spannungen, die unter Umständen den Thyristor 1 zünden können, während auch noch der Thyristor 2 gezündet ist.

Zur Vermeidung der Induzierung von Störinipulsen und damit zur Vermeidung von Störzündungen bei Thyristoren können — wie den BBC-Nachrichten. März 1968, S. 124. 125 entnehmbar — zwischen die Wicklungen des Steuerübertragers zwei Schirme aus Metallfolien gewickelt werden.

Der eine Schirm wird mit Schirmerde, der andere mit der Kathode des zugehörigen Thyristors verbunden. Die Kapazität zwischen den Wicklungen ist damit gering, während die Kapazität zwischen den Schirmen relativ groß ist. Die durch die Spannungssprünge verursachten Ströme fließen in der Hauptsache zwischen den Schirmen, so daß in den Wicklungen des Übertrager.^c nur geringe Spannungen induziert werden.

Für Übertrager unipolarer Steuerimpulse werden Kernmaterialien benötigt, die einen hohen Induktionshub zwischen Remanenz und Sättigung aufweisen, d. h. niedrige Remanenzen- und hohe Sättigungsinduktion.

'5 Kerne aus Material, das diese Eigenschaften aufweist, stehen vorwiegend als Ringbandkerne zur Verfügung. Bei Ringbandkernen ist jedoch eine statische Abschirmung der Übertragerwicklungen durch Metallfolien konstruktiv sehr aufwendig und teuer. Letzteres ist an sich bekannt (US-PS 32 86 153). Dort handelt es sich aber nicht um einen Übertrager unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren, sondern um einen Transformator eines Transistor-Gegentaktwechselrichters. dessen Sekundärwicklung aus einem abgeschirmten Draht gewikkell ist, dessen Schirm entweder geerdet oder mit einem Punkt eines gemeinsamen Potentials verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine wirksame und wenig aufwendige Unterdrückung von Störimpulsen bei

Übertragern unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Unterdrückung von Störimpulsen zumindest eine Wicklung des Übertragers aus einer Koaxialleitung hergestellt ist und der Anfang oder das Ende des Schirmes auf das gleiche Potential gelegt ist. w ie das Ende oder der Anfang des Leiters der Koaxialleitung. Vorteilhafterweise ist bei ungleichen Windungszahlen die Wicklung mit der größeren Windungszahl aus der Koaxialleitung aufgebaut.

Um Schwingungen des Übertragers zu vermeiden, ist nach einer weiteren vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß parallel zur Primär- oder Sekundärwicklung eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand, liegt.

An Hand der drei Figuren werden im folgenden Aufbau und Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Übertragers an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt im einzelnen

F i g. 1 einen einphasigen Wechselrichter mit Steuerübertragern für die beiden Hauptthyristoren,

F i g. 2 einen ringförmigen Übertrager mit zwei Wicklungen ohne Abschirmung und

F i g. 3 einen ringförmigen Steuerüberirager mit einer gemäß der Erfindung aus einer Koaxialleitung aufgebauten Wicklung.

Ein einphasiger Wechselrichter in F i g. 1 enthält im Lastkreis zwei Hauptthyristoren 1 und 2, denen je eine Diode 3 und 4 antiparallel geschaltet sind. Der Punkt 5

bildet den Wechselstromausgang der Schaltung. An ihm liegen die Kathoden des Hauptthyristors 1 und der Diode 4 sowie die Anoden des Hauptthyristors 2 und der D'ode 3. Die Anode des Hauptthyristors I ist über eine Kommntierungsdrossel 6 an den positiven Pol +

einer nicht näher dargestellten Gleichstromquelle angeschlossen. Entsprechend ist die Kathode des Hauptthyristors 2 über eine weitere Kommutierungsdrossel 7 an den negativen Pol — der Gleichstromquelle anpe-

schlossen. Zwischen dem positiven + Pol und dem negativen - Pol liegt die Reihenschaltung zweier Kondensatoren 8 und 9. die mit den Kommuiierungsdrossein 6 und 7 iur Glattung der Gleichspannung und auch als Energiespeicher für die Stromwendung dienen. Der Verbindungspunkt dieser beiden Kondensatoren ist mit

0 bezeichnet. Zwischen ihm und dem Punkt 5, dem Wechseistromausgang. liegt die Kommujierungseinrichtung, die aus der Reihenschaltung eines ".ondensators 10. einer dritten Kommutierungsdrossel 11 und der Antipü/allelschaltung zweier Kommutierungsthyristoren »2 und 13 besteht. Zwischen denselben Punkten 0 bis 5 wird auch die nicht dargestellte Wechselstrombelasiung angeschlossen.

In F ι g. 1 sind zwei Übertrager 14 und 15 dargestellt, die die Steuerimpulse auf die beiden Hauptthyristoren

1 und 2 übertragen. Die Primärwicklungen 16 und \7 werden an nicht dargestellte Steuerimpulsgeneratoren angeschlossen, während die Sekuniärwicklungen 18 und 19 zwischen den Steueranschluö und die Kathode des jeweiligen zugehörigen Haiiptthyristors 1 bzw. 2 geschaltet sind. Die e.nzeinen (^schaltungselemente der Übertrager sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt.

Die F ι g. 2 zeigt einen ringförmigen Kern 20. auf den zu ei Wicklungen Hi und VV: aufgebracht sind Die Wicklungen IVi und W: sind gleich angenommen Lind bifilar gewickelt. Der Anfang der Primärwicklung VVi ist mit 21. das Ende mit 22 bezeichnet. Der Anfang der Sekundärwicklung VV: ist mit 23. das Ende p-it 24 bezeichnet. Die Anfänge beider Wicklungen sind überdies jeweils mit einem Punkt gekennzeichnet. Die zwischen den Wicklungen VVi und VV: verteilten Kapazitäten sind in F ι g. 2 vereinfachend als konkretes Bauelement Cw in der Mitte der beiden Wicklungen angenommen und eingezeichnet. Bei einem Spannungssprung zwischen den Anfängen 21 und 23 der beiden Wicklungen VVi und VV: fließt ein kapazitiver Strom zwischen diesen. Der in die Wicklung VVi hineinfließende Strom /i ruft in der Primärwicklung VVi eine den Kern 20 rechts drehend durchsetzende Durchflutung θι hervor, der bei 23 aus der Wicklung W: herausfließende Strom Ji ruft in der Sekundärwicklung W: eine den Kern 20 linksdrehend durchsetzende Durchflutung Θ2 hervor. Die Durchflutungen θι und Θ2 sind entgegengesetzt gerichtet und heben sich wegen der gleichen Größe gegenseitig auf. Da keine Änderung der Durchflutung auftritt, wird auch in den Wicklungen keine Spannung induziert. Das gleiche gilt analog für einen Spannungssprung zwischen den Enden 22 und 24 der beiden Wicklungen Wi und VV:. In diesen beiden Fällen ist daher eine Abschirmung nicht notwendig.

Tritt der Spannungssprung jedoch zwischen dem Anfang 21 der Wicklung Wi und dem Ende 24 der Wicklung VV: auf. dann hat der Strom /2 und damit auch die Durchflutung Θ: die entgegengesetzte Richtung, wie in F i g. 2 eingezeichnet. Die beiden Durchflutungen θι und 0: addieren sich und damit wird in der Sekundärwicklung W2 eine Spannung induziert. Die Spannung kann unter Umständen einen Thyristor zu einem ungewollten Zeitpunkt zünden.

Gemäß der Erfindung wird dies durch die Verwendung einer aus einer Koaxialleitung hergestellten Wicklung vermieden. In F i g. 3 sind die Wicklungen Wi und VV: wieder auf einen ringförmigen Kern aufgebracht und der einfacheren Darstellung wegen als Sektorenwicklung und mit nur zwei Windungen gezeigt. Die Bezeichnungen stimmen mit denen in F i g. 2 überein, soweit es sich um dieselben Objekte handelt. Die Primärwicklung VVi ist wie auch in F i g. 2 aus normalem Wicklungsdraht aufgebaut, während fiir die Sekundärwicklung VV: eine koaxialleitung verwendet wird. Der innere Leiter der Koaxialleitung bildet dabei die eigentliche Sekundärwicklung W:. die an den zugehörigen Thyristor angeschaltet wird. Der Schirm der Koaxialleitung, der den Leiter abschirmt, bildet eine eigene Wicklung VVj, deren Anfang mit 25 und deren Ende mit 26 bezeichnet ist. Die Wicklung VVi kann nun beliebig geschaltet werden.

Gemäß der Erfindung wird die Verschaltung der Wicklungsenden von VVi so vorgenommen, daß der Anfang 25 des Schirmes der Koaxialwicklung auf das-■5 selbe Potential gelegt wie die der Leiter der Koaxialleitung am Ende 24 der Wicklung VV:. Tritt nun ein Spnnnungssprung zwischen dem Anfang 21 der Priniarwuk lung VVi und dem EnJe 24 der Sekundärwicklung VV; bzw. dem Anfang 25 der Schirmwicklung VVi auf. dann fließt der kapazitive Strom in den Wicklungen H > und Wj. Die Durehfluuingen. die durch den Strom in den Wicklungen Wi und Wi hervorgerufen worden, heben sich bei gleicher Windungszahl auf. Es wird daher in der eigentlichen Sekundärwicklung VV: keine Spannung induziert. Eine geringe Storspannung kann allenfalls noch an der Streuinduktivität auftreten. Die Sireuinduktivität kann jedoch durch einfache konstruktive Maßnahmen niedrig gehalten werden. Selbstverständlich können die Begriffe Anfang und Ende der Wicklung auch umgekehrt werden, so daß das Ende des Schirmes der Koaxialleitung auf dasselbe Potential gelegt wird wie der Anfang des Leiters der Koaxialleitung.

Sind die Windungszahlungen der beiden Wicklungen Wi und VV: bzw. damit auch IV3 nicht gleich, so sind dementsprechend auch die Durchflutungen nicht gleich. Sie heben sich nicht restlos auf und es >vird noch eine Spannung induziert. Wird nun gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Wicklung mit der höheren Windungszahl aus der Koaxialleitung hergestellt, dann wird diese Restspannung über die relativ große Kapazität zwischen dem Leiter und dem Schirm der Koaxialleitung kurzgeschlossen. Die danach noch verbleibende Spannung ist sehr gering und kann nicht zu Fehlzündungen des Thyristors führen.

Bei einem Übertrager, bei dem beide Wicklungen aus einer Koaxialleitung aufgebaut sind, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung neben Schirmanfang und Schirmende auch die Mitte des Schirmes herausgeführt sein. Dadurch ergeben sich vielfä'tige Möglichkeiten der Verschaltung, die je nach den vorliegenden unterschiedlichen Bedingungen und Einflüssen, unter denen der Übertrager arbeitet, eine Schaltung zulassen, die eine bestmögliche Unterdrückung von Störimpulsen ermöglicht.

Die Induktivitäten und Kapazitäten des Übertragers bilden einen Schwingkreis, der zu störenden Schwingungen führen kann. Um diese Schwingung zu vermeiden, ist in einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß parallel zur Primäroder Sekundärwicklung die Reihenschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes geschaltet ist. Diese Anordnung ist in den Figuren nicht dargestellt.

⁶-^s Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen in der einfachen Art. Störspannungen bei Übertragern unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren weitgehend unwirksam zu machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Übertrager unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren, insbesondere zum Ansteuern von Thyristoren in Umrichtern, wobei der Kern des Übertragers vorzugsweise als Ringbandkern mit hoher Sättigungs- und niedriger Remanenzinduktion ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Störimpulsen zumindest eine Wicklung (W2) des Übertragers aus einer Koaxialleitung hergestellt ist und der Anfang (25) oder das Ende (26) des Schirmes auf das gleiche Potential gelegt lsi. wie das Ende (24) oder der Anfang (23) des Leiters der Koaxialleitung.

2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß bei ungleicher Windungszahl der beiden Wicklungen die Wicklung mit der größeren Windungszahl aus der Koaxialleitung aufgebaut ist.

3. Übertrager nach Anspruch 1. bei dem beide Wicklungen aus Koaxialleitungen aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schinne der Koaxiaiieitungen auch in der Mitte der Wicklungen herausgeführt sind.

4. Übertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primär- oder Sekundärwicklung eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand, liegt.