DE1924279B2 - Zweipolige thyristor-schaltvorrichtung fuer wechselstromkreise - Google Patents

Description

2. Schaltvorrichtung nach Ans, mehl, dadurch Schaltvorrichtung ist jedoch die vom Stromwandler gekennzeichnet, daß die Triggereinrichtung einen erzeugte Spannung abhängig vom Laststrom, der über einen Widerstand (11,12) aufzuladenden wiederum von der Größe des verwendeten Last-Kondensator (13) als Zeitglied aufweist und daß Widerstandes abhängt. Zudem stellt der Stromdieser Widerstand (11,12) und dieser Konden- 35 wandler unvermeidbar einen zusätzlichen, im sator (13) und der Kondensator (18) der Schutz- Laststromkreis liegenden Verbraucher dar, welcher beschaltung derart bemessen sind, daß der einen Teil der Netzspannung verbraucht, welcher Energieinhalt der an die Schutzbeschaltung (17, der eigentlichen Last, z. B. dem zu schaltenden 18) gelieferten Anschnittzipfel unabhängig von Schütz, verloren geht. Die in Betrieben zur Verder Größe des Lastwiderstandes (4) annähernd 40 fügung stehenden Netzspannungen sind jedoch auf konstant ist. bestimmte Netzspannungen genormt, und in gleicher

Weise sind die handelsüblichen Verbraucher, z. B. Schütze, für die entsprechenden Nennspannungen

genormt. Durch den erwähnten Eigenverbrauch des

45 Stromwandlers ist bei der bekannten Schaltvorrichtung die Einhaltung der Nennspannung für die Last,

Die Erfindung bezieht sich auf eine zweipolige z. B. ein Schütz, nicht mehr gewährleistet, sondern

Schaltvorrichtung für einen Wechselstromkreis mit die Nennspannung wird zwangläufig unterschritten,

einem Thyristor als Schaltelement, der über eine Diese Unterschreitung der Nennspannung fällt ins-

Gleichrichterbrücke an den zu schaltenden Wechsel- 50 besondere bei Verbrauchern kleiner Nennspannung

Itromkreis angeschlossen ist und parallel zu dem ins Gewicht, weshalb die bekannte Schaltvorrichtung

tls Schutzbeschaltung die Reihenschaltung eines nur für Verbraucher mit verhältnismäßig hoher

Kondensators und eines Widerstandes liegt, ferner ren Worten, daß die Last an die unverfälschte volle

mit einer aus der zweipoligen Schaltvorrichtung über Netzspannung angelegt werden kann,

einen Siebkondensator ständig mit einer geglätteten 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Gleichspannung gespeisten Steuereinrichtung für den zweipolige Schaltvorrichtung zu schaffen, bei der

Thyristor. die engen Grenzen des zulässigen Lastwiderstandes

Bei einer zweipo'.Igen Thyristor-Schaltvorrichtung weitgehend beseitigt und insbesondere auch verhältmüssen die beiden Pole notwendigerweise zur Her- nismäßig kleine Lastwiderstände zulässig sind. Hierstellung des die Wechselstromquelle, die Last und 60 für muß also sichergestellt werden, daß die Verden Thyristor enthaltenden Laststromkreises ver- sorgungsspannung für die Steuereinrichtung unabwendet werden, was zur Folge hat, daß die Ver- hängig von dem bei durchgeschaltetem Thyristor sorgungsspannung lür die Steuereinrichtung des fließenden Laststrom gewonnen wird, oder in ande-Thyristors nur noch von diesem Laststromkreis ren Worten, daß die Last an die unverfälschte Netzgewonnen werden kann. Dies bereitet keine Schwie- 65 spannung angelegt werden kann,
rigkeiten, so lange der Thyristor gesperrt ist, bzw. bei Ausgehend von einer zweipoligen Schaltvorrichbis zum Thyristor hin die Wechselspannung, bzw. bei tung der eingangs genannten Art, wird dies erfin-Zwisehenschaltung einer Gleichrichterbrücke, eine dungsgemäß dadurch erreicht, daß der Thyristor von

3 4

einer durch die Steuereinrichtung ein- und ausschalt- spannung der Triggerdiode erreicht. Damit wird also baren, parallel zum Thyristor angeordneten Trigger- mit zunehmender Größe des Lastwiderstandes auch einrichtung derart angesteuert ist, daß das Zünden der Anschnittwinkel größer und folglich der Andes Thyristors jeweils nicht im Nulldurchgang der schnittzipfel breiter. Die durch einen größeren Last-Wechselspannung, sondern bei einem die Last- 5 widerstand bewirkte Abflachung des Anschnittzipfels spannung nur unwesentlich verringernden Anschnitt- wird also durch dessen Verbreiterung in Richtung winkel erfolgt, und daß die so erhaltenen, über dem auf eine weitgehende Konstanthaltung des Flächen-Thyristor abfallenden Anschnittzipfel über den inhaltes des Anschnittzipfels kompensiert.
Kondensator und den Widerstand der Schutzbeschal- Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines tung und über eine Gleichrichteranordnung dem io in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles Siebkondensator zugeführt sind, von dem die Steuer- näher erläutert. Es zeigt
einrichtung gespeist ist. Fig. 1 ein Schaltbild der Schaltvorrichtung nach

Durch diese Maßnahmen sind auch während des der Erfindung,

Einschaltzustandes der Schaltvorrichtung künstlich Fig. 2 ein Auszug aus dem Schaltbild nach Fig I, kurze Zeitspannen vorgesehen, während der der 15 F i g. 3 und 4 je ein Spannungsdiagramm.
Thyristor noch gesperrt bleibt, während der sich also F i g. 1 zeigt eine kontakt-und berührungslos arbeiin der Schaltvorrichtung noch Spannungen, eben tende Schahvorrichtung 1, Me mit ihren zwei Außendie Anschnittzipfel, aufbauen, aus denen die erfor- leitungen 2,3 analog einem gewöhnlichen Endderliche Versorgungsspannung für di. Steuereinrich- schalter in Reihe mit einem Lastwiderstand 4 an tung gewonnen und in einem Siebkondensator ge- 20 eine Wechselstromquelle 5 gelegt ist. Zwischen speichert wird. Während der restlichen Halbwelle, Wechselstromkreis und Schaltvorrichtung 1 liegt eine zu welcher der Thyristor durchgeschaltet ist, liefert G'leichrichterbrücke 6. Zur berührungslosen Betätidann der Siebkondensator die Versorgungsspannung gung der Schaltvorrichtung dient eine Steuereinrichfür die Steuereinrichtung. Bei durchgeschaltetem tung 7, die im Schaltbild links von der gestrichelten Thyristor wird dem Laststromkreis keine Energie 25 Linie liegt. Die Steuereinrichtung 7 umfaßt einen zur Versorgung der Steuereinrichtung entnommen, HF-Oszillator 7 α, dessen Pius-Eingang über einen sondern an der Last liegt die unverfälschte Netz- Widerstand 9 an die Gleichrichterbrücke 6 angespannung an. schlossen ist. Bei dem Oszillator 7 α liegen in be-

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung wird kannter Weise der statische und dynamische Arbeitsjeweils eine dem Flächeninhalt eines Anschnittzipfels 30 punkt möglichst weit auseinander, um bei einer entsprechende Energie am Siebkondensator gespei- Bedämpfung des Schwingkreises durch Annäherung chert, die selbstverständlich für die Versorgung der einer Metallfläche einen möglichst großen Strom-Steuereinrichtung während der restlichen Halbwelle abfall zu erreichen (bei Sperrschwinger Stromanstieg), ausreichend sein muß. Bei konstanten Thyristor- Dieser Stromabfall bewirkt ein». Verkleinerung des Sperrzeiten, d. h. bei konstanten Anschnittwinkeln, 35 Spannungsabfalls an einem Widerstand 8, der zwiist der Flächeninhalt eines Anschnittzipfels noch sehen Basis und Emitter eines Transistors 10 liegt, abhängig von der Größe des Lastwiderstandes, und bewirkt damit eine Sperrung des Transistors 10. da bei größerem Lastwiderstand die Halbwelle Der gesperrte Transistor'10 gibt die Halbwellenflacher verläuft und folglich der Anschnittzipfel spannung für eine an sich bekannte Triggerschaltung niedriger als bei kleinem Lastwiderstand ist. Wenn 40 frei, welche Widerstände 11 und 12, einen Kondenman mit einem konstanten Anschnittwinkel arbeitet, satorl3 und eine Triggerdiode 14 umfaßt. Der so muß man diesen so groß wählen, daß aurh bei Widerstandll liegt hierbei zwischen dem Kollektor dem höchstzulässigen Lastwiderstand noch eine des Transistors und der Außenleitung 3. Der Widerausreichende Energie am Siebkondensator gespei- stand 12 und der Kondensator 13 liegei in Reihe chert wird. Bei Verwendung eines kleinen Last- 45 zwischen dem Kollektor des Transistors 10 und der Widerstandes wird dann eine über das erforderliche Außenleitung 2. Der gemeinsame Schaltungspunkt Maß hinausgehende Energie am Siebkondensator von Widerstand 12 und Kondensator 13 ht über die gespeichert. Eine solche überschüssige Energie ist Triggerdiode 14, vorzugsweise eine Dreischichtdiode, aber im Hinblick auf die damit verbundenen Wärme- an die Steuerelektrode eines Thyristors 15 angeeffekte unerwünscht. In weiterer Ausgestaltung der 50 schlossen. Von den in der Triggcrschaltung erzeugten Erfindung soll daher noch dafür gesorgt sein, daß Impulsen wird der Thyristor 15 gesteuert Da der weitgehend unabhängig von der Größe des Last- Thyristor 15 in dem Gleichstromzweig der Gleichwiderstandes jeweils nur die erforderliche Versor- richterbrücke 6 liegt, kann über ihren Wechselstromgungsenergie für die Steuereinrichtung gewonnen zweig Wechselstrom geschaltet werden. Durch Rückwird, Dies wird in Weiterbildung der Erfindung 55 kopplung über einen zwischen Außenleitung 3 und dadurch erreicht, daß die Triggereinrichtung einen Basis des Transistors 10 geschalteten Widerstand 16 über einen Widerstand aufzuladenden Kondensator wird ein sauberes Schaltverhalten erreicht,
als Zeitglied aufweist und daß dieser Widerstand Wenn der Thyristor 15 durchgeschaltet ist, beträgt und dieser Kondensator und der Kondensator der der Spannungsabfall an ihm je nach Größe der Schutzbeschaltung derart bemessen sind, daß der 60 Last 4 maximal 1,5 V. Diese Spannung reicht zur Energieinhalt der an die Schutzbeschaltung geliefer- Energieversorgung der Steuereinrichtung 7 über den ten AnschnittzipM unabhängig von der Größe des Widerstand 9 nicht mehr aus.
Lastwiderstandes annähernd konstant ist. An dem Der Thyristor 15 wird daher in Anschnittsteuerung Kondensator der Schutzbeschaltung tritt ein um so geschaltet, wobei ein für die Last 4 unwesentlicher kleinerer Spannungsanstieg auf, je größer der Last- 65 Anschnitt jeder Halbwelle erfolgt. Die hierbei entwiderstand ist. Je kleiner dieser Anstieg ist, desto stehenden, sonst bei der Anschnittsteuerung ungelänger dauert die Aufladung des Kondensators der nutzten Anschnittzipfel finden auf Grund ihrer steilen Triggereinrichtung; es wird also erst später die Zünd- Flanken in der auch bei üblichen Thyristor-Schalt-

vorrichtungen vorhandenen Schutzbeschaltung, be- Last 4 die bei 19, 20 gewonnene Gleichspannung zur stehend aus zwischen den Leitungen 2 und 3 in Energieversorgung der Steuerelektronik 7 nicht mehr Reihe liegendem Widerstand 17 und Kondensator 18, ausreichen würde oder daß bei zu kleiner Last 4 eine einen sehr kleinen Wechselstromwiderstand. Die zu starke' Wärmeentwicklung infolge zu hoher Anschnittzipfel werden über die Schutzbeschal- 5 Speisespannung auftreten würde,
tung 17/18 auf eine Gleichrichteranordnutig aus Dieser Schwierigkeit ist bei der Schaltungsanord-Dioden 19 Und 20 geführt und durch einen nachfol- nung nach Fig. 1 durch eine entsprechende Vergenden Siebkondensator 21 geglättet. Die Diode 20 zögerung der Triggerung der Triggerdiode 14 beliegt mit ihrer Anode an der Außenleitung 2 und mit gegnet, was an Hand der F i g. 2 bis 4 näher erläutert ihrer Kathode am Kondensator 18. Die Diode 19 ist io ist.

mit ihrer Anode ebenfalls an den Kondensator 18 F i g. 2 zeigt einen Auszug der für diese Verzögeangeschlossen, während ihre Kathode an die vom rung maßgeblichen Schaltungselemente aus der Siebkondensator 21 zum Plus-Eingang des Oszilla- Schaltung nach Fig. 1. Wie aus Fig. 2 gut ersichttors 7 α führende Leitung angeschlossen ist. Auf der lieh, liegen der Lastwiderstand 4 und der Ladeanderen Seite ist der Siebkondensator 21 mit der 15 widerstand 11 mit Widerstand 12 in Reihe zwischen Außenleitung 2 verbunden. Die in dieser Gleich- der Triggerdiode 14 und der von der Wechselstromrichterschaltung erzeugte Gleichspannung reicht zur quelle 5 und der Gleichrichterschaltung 6 gebildeten Versorgung der Steuereinrichtung 7 gut aus. Die Halbwellen-Stromquelle 5/6. Die Kondensatoren 13 Schutzfunktion der Schutzbeschaltung 17/18 bleibt und 18, Kondensator 18 ist groß gegenüber dem trotz dieser Maßnahme voll erhalten. Ferner 20 Kondensator 13, sind jeweils parallel zur Stromist in der Zeichnung noch eine Zenerdiode 22 zwi- quelle 5/6 geschaltet, wobei der Kondensator 13 an sehen dem Plus-Eingang des Oszillators 7 π und der einer Seite an einen Schaltungspunkt zwischen Außenleitung 2 gezeigt. Trigg< ;diode 14 und Widerstand 11/12 und der Kon-

Fig. 3 zeigt in ausgezogenen Halbwellenlinien die densator 18 an einen Schaltungspunkt zwischen dem Spannung U_x am Thyristor 15 bei einem bestimmten 25 Widerstand 11/12 und dem Lastwiderstand 4 ange-Lastwiderstand 4 und für den Fall, daß die Steuer- schlossen ist. Die Teile 13, 18, 11/12 und 4 sind einrichtung 7 einen Ausschnltznstanri verlangt. So- damit als ein an sich bekanntes Verzögerungsglied bald die Steuereinrichtung (durch Sperren des Tran- geschaltet, welches die Zeitspanne bestimmt, zu der sistorslO in Fig. 1) einen Einschaltzustand verlangt. sich an der Triggerdiode 14 die erforderliche Schaltwird die Triggerschaltung wirksam, und in der Zeit^ 30 spannung U_n in Durchlaßrichtung aufbaut,
spanne r, baut sich an der Triggerdiode 14 die Denn wie aus F i g. 2 ersichtlich ist. wirken der Schaltspannung U_u auf. Der Triggerimpuls schaltet Lastwiderstand 4 und der Kondensator 18 der Schutzden Thyristor 15 durch, an dem dann also nur noch beschallung als 7?C-Glied. das von der von der die Spannungs-Anschnittzipfel A₁ auftreten. Stromquelle 5/6 gelieferten pulsierenden Gleich-

Wenn dagegen ein wesentlich größerer Lastwider- 35 spannung beaufschlagt ist, so daß der an dem Konstand 4 verwendet wird, ergibt sich die in Fig. 4 densator auftretende Spannungsanstieg kleiner wird, zur Verdeutlichung übertrieben klein dargestellte je größer der Lastwiderstand 4 ist. Von diesem Halbwellcnspannung U., am Thyristor 15, die niedri- Kondensator wird über den Widerstand 11/12 der ger als die Spannung t/, nach Fig. 3 ist. Würde die Kondensator 13 der Triggereinrichtung gespeist, an Triggerdiode 14 auch in einem solchen Fall bereits 40 dem sich folglich die für die Triggerdiode 14 erfornacii der Zeitsperre f, ihre Schaltspannung U_u er- derliche Zündspannung um so langsamer aufbaut, je reichen, wäre der Flächeninhalt der Anschnittzipfel größer der Lastwiderstand 4 ist. Die bei einem kleiner. Durch die als Verzögerungsglied wirkenden größeren Lastwiderstand 4 nur eine geringere Span-Teile 13.18.11/12, 4 wird jedoch der Aufbau der nungshöhe aufweisenden Anschnittzipfel werden Schaltspannung U₁₄ um eine Zeitspanne t₂ verzögert, 45 folglich durch diese verzögerte Triggerung in Richdie derart gewählt ist, daß der Flächeninhalt der tung auf eine weitgehende Konstanthaltung des Anschnittzipfel A„ möglichst gleich dem Inhalt der Flächeninhaltes der Anschnittzipfel verbreitert. Da-Anschnittzipfel/lj ist." mit ist während der Durchlaßphase der Schaltvor-

Die bei durchgeschaltetem Thyristor 15 an der richtung eine weitgehend konstante Stromversorgung Gleichrichteranordnung 19, 20 gewinnbare Spannung 50 für die Steuerelektronik 7 auch bei unterschiedlichen und Energie für die Versorgung der Steuer- Lastwiderständen 4 gewährleistet. Auf Grund der elektronik7 hängt vom Flächeninhalt der Anschnitt- beschriebenen Energieregelung sind die Grenzen des zipfel der angeschnittenen Halbwellen ab. Ohne größten und kleinsten Lastwiderstandes 4 nur noch besondere Vorkehrungen wäre jedoch der Flächen- einerseits durch den maximal zulässigen Durchlaßinhalt der A.nschnittzipfel abhängig von der Größe 55 strom des Thyristors 15 und andererseits durch den des Lästwiderstartdes 4, dessen Größe in der Praxis geforderten Mirideststrom für den Lastwiderstand 4, bis zum Hundertfachen unterschiedlich sein kann. z. B. durch den Halteström eines als Last verwende-Dies würde zur Folge haben, daß bei zu großer ten Schützes, gegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 pulsierende Gleichstromspannung anliegt, aus wel- Patentansprüche: eher die erforderliche Versorgungsspannung für die Thyristorsteuereinrichtung in einfacher Weise gewon-

1. Zweipolige Schaltvorrichtung für einen nen werden kann. Kritisch sind jedoch die Verhält-Wechselstromkreis mit einem Thyristor als 5 nisse, wenn der Thyristor durchgeschaltet hat, da dann Schaltelement, der über eine Gleichrichterbrücke die beiden Pole der Schaltvorrichtung, abgesehen von an den zu schaltenden Wechselstromkreis ange- dem geringen Innenwiderstand des durchgestalteten schlossen ist und parallel zu dem als Schutz- Thyristors, kurzgeschlossen sind und also innerhalb beschallung die Reihenschaltung eines Konden- der Schaltvorrichtung keine Spannung mehr vorliegt, sators und eines Widerstandes liegt, ferner mit io aus der eine ausreichende Versorgungsspannung einer aus der zweipoligen Schaltvorrichtung über erzeugt werden könnte.

einen Siebkondensator ständig mit einer geglät- Durch die deutsche Auslegeschrift 1286 099 ist teten Gleichspannung gespeisten Steuereinrich- eine zweipolige Schaltvorrichtung für einen Wechseltung für den Thyristor, dadurch gekenn- Stromkreis mit einem Thyristor als Schaltelement zeichnet, daß der Thyristor (15) von einer 15 und mit einem von außen beeinflußbaren Oszillator durch die Steuereinrichtung (7 α, &, 9,10,16,22) als Steuereinrichtung bekannt, wobei der Thyristor ein- und auss .haltbaren, parallel zum Thyristor über eine Gleichrichterbrücke an den zu schaltenden (15) angeordneten Triggereinrichtung (11 bis 14) Wechselstromkreis angeschlossen ist. Parallel zu dem derart angesteuert ist, daß das Zünden des Thy- Thyristor liegt als Schutzbeschaltung die Reihenristors (15) jeweils nicht im Null-Durchgang der ao schaltung eines Kondensators und eines Wider-Wechselspannung, sondern bei einem die Last- Standes. Der Oszillator wird über einen Siebkondenspannung nur unwesentlich verringernden An- sator ständig mit einer geglätteten Gleichspannung schnittwinkel erfolgt, und daß die so erhaltenen, gespeist. Bei abgeschaltetem Thyristor wird diese über den Thyristor (15) abfallenden Anschnitt- Spannung parallel ;um Thyristor entnommen. Die zipfel über den Kondensator (18) und den 25 zweipolige Schaltvorrichtung besitzt einen Strom-Widerstand (17) der Schutzbeschaltung und über wandler, dessen Primärseite im Laststromkreis liegt eine Gleichrichteranordnung (19,20) dem Sieb- und dessen Sekiindärseite bei durchgeschaltetem kondensator (21; zugeführt sind, von dem die Thyristor die erforderliche Versorgungsspannung Steuereinrichtung (7 0,5,9,10,16,22) gespeist über Gleichrichter an den als Steuereinrichtung ist. 30 arbeitenden Oszillator liefert. Bei dieser bekannten