DE2043931C3 - Schaltungsanordnung zur verzögerten Abgabe von Steuerimpulsen für Thyristoren - Google Patents

Description

.schaltet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungseinrichtung /um verzögerten" Einschalten eines Stromes in einem Betriebsstromkreis mittels eines Thyristors unter Verwendung eines Zeitgliedes und eines Schwellwertgliedes in der Weise auszubilden, daß dieser Thyristor ebenfalls bei einem Polariutswechsel einer durch einen astabilen Multivibrator erzeugten Wechselspannung über lediglich einen Steuerthyristor ge/ündet wird und ohne aufwendige Entstörmittel ein vorzeitiges Zünden des Thyristors durch Störimpulse verhindert wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch i»elost. daß im Ladestrompfad des Kondensators des Zeitgliedesein Transistor vorgesehen ist, der von der vom Multivibrator abgegebenen Wecnselspannung über ein Differenzierglied bei jedem zweiten Nulldurchgang der Wechselspannung durchgesteuert wird, so daß der Kondensator pulsweise geladen wird und die Kondensatorspannung treppenförmig ansteigt daß ferner als Schwellwertglied ein (//-Transistor vorgesehen ist, dessen Basis-I-Basis-lI-Strecke über der Primärwicklung eines Inipulsübertragers, dessen Sekundärwicklung der Steuerstrecke des Steuerthyristors parallel geschaltet ist, an der Betriebsgleichspannung liegt und dessen Emitter-Basis-I-Strecke in Reihe mit der Primärwicklung des Impulsübertragers dem Kondensator parallel geschähet ist und daß zwischen der Kathode des Steuerthyristors und dem necativen Pol der Betriebsgleichspannungsquelle ein erster Widerstand und zwischen der Kathode des Steuerthyristors und der Steuerelektrode des Hauptthyristors eine Entkopplungsdiode derart vorgesehen sind, daß der einmal gezündete Steuerthyristor stromleitend gehalten wird.

Infolge des treppenförmigen zeitlichen Verlaules der Kondensatorspannung werden die Vorteile erzielt, daß der Thyristor des Betriebsstromkreises in einem von den zeitlich diskret verteilten Zeitpunkten der Polaritätsweehsel der Multivibratorspannung gezündet wird und daß der Zündzeitpunkt genau festgelegt ist.

Auslegung und Dimensionierung der Anordnung nach der Erfindung können hinsichtlich der Größe der Stufenhöhe des trepppenl'örmigen Spannungsverlaufes vorteilhaft so getroffen werden, daß die Kondensatorspannung nach einigen Stufen etwa in der oberen Haltte der Stufenhöhe den Spannungsjchweilwert überschreitet.

Uni /u erreichen, daß während der Stufenabsätze des treppenförmigen Spannungsverlaufes die Spannung leicht abfällt, kann dem Zeitglied-Kondensator ein zweiter Widerstand parallel geschaltet werden.

Nocli weiter ausgebildet ist die Schaltungsanordnung nach der Erfindung durch einen der Reihenschaltung von (//-Transistor und Primärwicklung des Imptilsühertragers parallelgeschalteten Kondensator sowie einen dieser Reihenschaltung in bekannter Weise vorgeschalteten dritten Widerstand.

An einem Ausführungsbeispiel wird im folgenden die Erfindung erläutert. Inder I ig. 1 ist das Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung in Verbindung mit einem Stcueroszillator und einem für zwei Thyristoren ausgelegten Steuerimpulsgeber dargestellt. I-ig. 2 zeigt Diagramme von Strömen und Spannungen der Schaltungsanordnung, die von einer rechteckförmigen Wechselspannung, der Steueroszillatorspannung, abgeleitet sind.

Fig. 1 umfaßt einen als Steueroszillator für einen einphasigen selbstgeführten Wechselrichter 4 mit zwei Thyristoren 74 und 75 verwendeten astabilen Multivibrator I, eine Schaltstufe 2, deren .Schaltbild innerhalb eines Rahmens 2' gezeichnet ist, und einen den Wechselrichter 4 steuernden Steuerimpulsgeber 3. Die erwähnten Bestandteile 1 bis 4 haben eine

ίο gemeinsame Betriebsgleichspannungsquelle 5. Der astabile Multivibrator 1 steuert mit einer rechteckförmigen Wechselspannung μ,, die den im Diagramm α) der Fi g. 2 gezeigten Verlauf hat, die Schaltstufe 2 an, mittels welcher, entsprechend Diagramm e), in einem

Zeitpunkt /, nach dem Zeitpunkt t_o des Zuschaltens der Versorgungsspannung an die Baugruppen 1,2 und 4 ein Verstärkerstromkreis 31 des Steuerimpulsgebers 3 für die Wechselrichterthyristoren 74 und 75 durch Zünden eines Hauptthyristors 73 verzögert eingeschaltet wird.

Der Verstärkerstromkreis 31 ist eine Gegentaktschaltung mit zwei Schalttransistoren p4, p5, mit der Primärwicklung 33 eines Impulsübertragers 32 und mildem Hauptthyristor 73. Der Impulsübertrager 32 hat zwei Sekundärwicklungen 34, 35, an denen die Zündstromkreise der Thyristoren 74 und 75 angeschlossen sind. Durch die Multivibratorspannung ι/, werden die Transistoren p4, pS im Gegentakt gesteuert. Die Verzögerungszeit /,-;„ ist so groß bemessen, daß der Multivibrator 1 im Zeitpunkt /,, auf eine gleichbleibende Frequenz und Amplitude sicher angelaufen ist, und daß währenddessen das Schalten von Schützen und von Relais der Anlage vorgenommen werden kann, ferner ist der Zeitpunkt /, so gewählt, daß er mit einem Polaritätsweehsel der Wechselspannung H₁ zusammenfällt, so daß der gleichzeitig mit dem Einschalten des Verstärker-Wechselstromes im Zeitpunkt f, in Betrieb gesetzte Wechselrichter 4 synchron mit der Wechselspannung M₁ läuft. Nachdem im Zeitpunkt ;, der Thyristor 73 durch die Schaltstufe 2 gezündet worden ist, fließt im Verstärkerstromkreis 31 ein Wechselstrom, der über den Impulsübertrager 32 in die Zündstromkreise für die Thyristoren 74 und 75 als zwei im Gegentakt auftretende Impulsströme, durch die der Wechselrichter geführt wird, übertragen wird.

Die Schaltstufe 2 enthält ein mittels eines Transistors p\ schaltbares RC-Zeitglied mit einem veränderlichen Widerstand Rl, einem Festwiderstand Ri und einem Kondensator Ci, ferner einen von der Spannung des Kondensators Ci bei einer bestimmten Spannungshöhe geschalteten (/./-Transistor p2, der als Schwcllwertglied dient und dessen Basis II über einen dritten Widerstand /?5 und dessen Basis I über einen Impulsübertrager U an die Gleichstromquelle 5 angeschlossen ist. Des weiteren enthält die Schaltstufe 2 einen an die Gleichstromquelle 5 angeschlossenen Stromkreis mit einem über den Übertrager Ü gezündeten Steuerthyristor 71 und einen ersten Widerstaiul Hd, dessen Widerstandswert so bemessen ist, daß der einmal gezündete Thyristor 71 einen Strom führt, der größer ist als sein Haltestrom. Der Steuerstromkreis des verzögert zu schaltenden Hauptthyristors 73 enthält den Steuerthyristor 71, einen Strombegrenzungswiderstand Rl und eine Diode n2 und bildet den Ausgang der Schaltstufe 2. Eine vom Multivibrator 1 über ein Differenzier-Güpd Cl, Rl zur Basis des Transistors />1 führende Steuerleitung bildet

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den Eingang der Schaltstufe 2. Der Steuerstrecke de-Transistors pl ist in bekannter Weise ein Widerstand R9 und dem Übertrager Ü eine Diode «1 parallel geschaltet.

Die Wirkungsweise der Schaltstufe 2 ist die folgende: Am Eingang der Schaltstufe gelangen über das Differenzier-Glied Al, Cl Spannungsimpulse W₁ an die Basis des Transistors pl, welche im Diagramm b) der Fig. 2 dargestellt sind. Der Transistor ρ 1 wird jeweils durch einen negativen Spannungsimpuls aufgesteuert, so daß der Kondensator C3 des Zeitgliedes mit positiven Stromimpulsen /₃ nach Diagramm c) der Fig. 2 stufenweise geladen wird. Die Spannung U_y des Kondensators C3 steigt, wie im Diagramm d) der Fig. 2 dargestellt, treppenförmig an. Mit Hilfe des Widerstandes R2 kann die Höhe der Stromimpulse verändert werden; damit wird die Stufenhöhe der treppenförmigen Spannung und die Verzögerungszeit verändert. Die Länge der Stufenabsätze ist durch die Periode der Multivibratorspannung M₁ festgelegt. Im Zeitpunkt /,,, genau dreieinhalb Perioden nach dem Einsetzen der rechteckförmigen Spannung m, überschreitet die Kondensatorspannung t7, den mit der Durchbruchspannung des i/J-Transistors p2 vorgegebenen Spannungsschwellwert U_s. In diesem Zeitpunkt wird der Kondensator C3 über den Übertrager Ü mit einem Stromimpuls i_} (Diagramm e)) entladen und es wird der Steuerthyristor 7Ί gezündet. Gleichzeitig wird dann auch der Hauptthyristor 73 des Impulsgebers 3 gezündet, letzterer somit im Zeitpunkt t_v verzögert eingeschaltet und der Wechselrichter 4 in Betrieb gesetzt. Nachdem Steuerthyristor 7Ί gezündet ist, führt dieser infolge der Bemessung des Widerstandes Rb einen Strom, welcher größer ist als der Haltestrom des Steuerthyristors 7Ί. Der Hauptthyristor 73 bleibt somit nach dem Zünden des Steuerthyristors 71 durchgesteuert, der Steuerimpulsgeber 3 bleibt eingeschaltet. Im Verstärkerstromkreis 31 fließt ein von der Wechselspannung M₁ gesteuerter etwa rechteckförmiger Wechselstrom. Am Ende dci ersten Halbperiode des Wechselstromes entsteht am Thyristor 73 infolge der Transformatorwirkung de> Übertragers Ü ein Rückwärtsspannungsimpuls. um /u verhindern, daß dadurch der Steuerthyristor 7Ί gelöscht wird, ist eine im Steuerstromkreis dies Hauptthyristors 73 zwischen den Thyristoren Ti und 7*2 geschaltete Entkopplungsdiode /i2 vorgesehen. Ferner ist dem Verstärkerstromkreis 31 ein entsprechenc bemessener Widerstand /?8 mit einem parallelgeschalteten /?C-Bedämpfungsglied /?10, C4 paralle geschaltet, damit der Hauptthyristor 73, wclchei durch den Rückwärtsspannungsimpuls vorübergehend gelöscht und auch nicht angesteuert, aber anschließend wieder gezündet wird, einen Strom führer kann, der größer ist als sein Haltcstrom.

Nach Diagramm d) beträgt in dem treppenförmigeri Verlauf der Spannung U₃ die Stufenhöhe 2 bis 3 V und es fallen mit einem dem Kondensator C3 parallelgeschalteten entsprechend bemessenen ELntladewi derstand A4 die Stufenabsätze leicht ab. Bei diesel Bemessung des treppenförmigen Verlaufes wird wenn die Basis-Basis-Spannung des Transistors pl 15 V, das stand-off-Verhältnis der Emitter-Durchbruchspannung 0,6 bis 0,7 beträgt, der Spannungsschwellwert U_s von etwa 10 V bei der vierten Stufe überschritten, und zwar näher dem folgenden als den· vorangehenden Stufenabsatz. Dadurch wird mit Si cherheit ausgeschlossen, daß selbst starke Störim-

J₀ pulse, die sich dem treppenförmigen Spannungsverlauf vor dem Überschreiten des Schwellwerto überlagern, diesen Schwellwert erreichen können. Im übrigen kann der Transistor p2 mit einem einfacher Störschutz versehen werden, darin bestehend, daP diesem ein mit dem Widerstand RS zusammenwirkender Kondensator C2 parallel geschaltet wird, wodurch die Basis-Basis-Spannung des Transistors pl unabhängig von Störungen und auch von Temperatureinflüssen konstantgehalten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur verzögerten Abgabe von Steuerimpulsen für Thyristoren, insbesondere Thyristoren in selhstgeführten Wechselrichtern, mit einem astabilen Multivibrator und einem diesem nachgeschalteten als Verstärker wirkenden Steuerimpulsgeber, wobei der Multivibrator direkt und der Steuerimpulsgeber über einen Hauptthyristor an eine Betriebsgleichspannungsquelle angeschlossen sind und ein Kondensator eines Zeitgliedes durch die Betriebsgleichspannung aufgeladen und nacn Erreichen einer mit einem Schwcllwertglied vorgegebenen Spannung beim darauffolgenden Polaritätsweehsel einer vom Multivibrator abgegebenen Wechselspannung der llauptthyristor über einen Steuerthyristor ge/iindet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladestrompfad des Kondensators (O) des Zeitgliedes (Rl. Ri, O) ein l'iansistor (/>l) vorgesehen ist. der von der vom Multivibrator (I) abgegebenen Wechselspannung (n,)überein Differcn/ierglied ( Rl. Cl) bei jedem zweiten Nulldurehgangder Wechselspannung (ι/,) durchgesteuert wird, so daß der Kondensator (O) pulsweise geladen wird und die Kondensatorspannung (/.·',) treppenförmig ansteigt, daß lerner als Sehvvellwertglied ein ///-Transistor (pl) vorgesehen ist. dessen Basis-I-Basis-lI-Strecke libei der Primärwicklung eines ImpuKübertragers, dessen Sekundärwicklung der Steuerstrecke des Stcuerthyristors ( Tl) parallel geschaltet ist, an der Betriebsgleichspannung (5) liegt und dessen Emitter-Basis !-Strecke in Reihe mit der Primärwicklung des ImpuKübertragers ( Ü) dem Kondensator (O) parallel geschaltet ist und daß /wischen der Kathode des Steuerthyristors ( Tl) und dem negativen Pol der Betiicbsgleiehspannungsquellc ein erster Widerstand ( R6) und /wischen der Kathode des Steuerthyristors ( Tl) und der Steuerelektrode des Hauptthyristors ( /3) eine Entkopplungsdiode (/i2) derart vorgesehen ist. daß der einmal gezündete Steuerthyristor (Tl) stromleitend gehalten wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine in bezug aut den durch das Schwcllwertglied (/)2) vorgegebenen Spannungsschwcllwert (U_s) derart bemessene Stufenhohe der treppenförniigen Kondensatorspannung (//,). daß diese nach einigen Stufen etwa in der oberen Hallte der Stulcnhöhe den Spannungsschwcllwert (U,) erreicht.

V Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen dem Kondensator (O) des Zeitgliedes (Rl. Ri, O) parallclgeschalteten /weiten Widerstand (R4).

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 3. gekennzeichnet durch einen der Reihenschaltung von //./-Transistor (/>2) und Primärwicklung des Impulsübertragers (//) parallelgeschalteten Kondensator ( C2) sowie einen dieser Reihenschaltung in bekannter Weise vorgeschalteten dritten Widerstand (/v"5).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur verzögerten Abgabe von Steuerimpulsen für Thyristoren, insbesondere Thyristoren in selbstgeführten Wechselrichtern, mit einem astabilen Multivibrator und einem diesem nachgeschalteten als Verstärker wirkenden Steuerimpulsgeber. wobei der Multivibrator direkt und der Steuerimpulsgeber über einen 1 lauptthyristor au eine Betriebsgleichspannungsquelle angeschlossen sind und ein Kondensator

eines Zeitgliedes durch die Betriebsgleichspannung aufgeladen und nach Erreichen einer mit einem Schwellwertglied vorgegebenen Spannung beim darauffolgenden Polaritätswechsel einer vom Multivibrator abgegebenen Wechselspannung der Hauptthyri-

,r, stör über einen Steuerthyristor gezündet wird.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (deutsche Ausfegeschrift 1243 235). Sie wird z.B. zum verzögerten Einschalten des Steuerimpulsgebers bei selbstgeführten Thyristorwechselrichtern vervven-

-_u det, damit die Wechselrichter erst in einem wählbaren Zeitpunkt nach der Zuschaltung der Betriebsspannung des Steucrimpulsgebers und während eines Polaritätswechsels einer meistens rechteckförmigen oder lijpe/förmigen. von der Betriebsspannung abgeleite-

ten und den Steuerimpulsgeber steuernden Steueroszillator-Wechselspannung eingeschaltet werden und dadurch ein sicheres definiertes Anlaufen der Wechselrichter gewährleistet ist. Dieses verzögerte Einschalten des Steuerimpulsgeberstromkreises und da-,,· mit auch der Wechselrichter ist notwendig, weil der Steueroszillator, der häufig als Multivibrator mit Transistoren ausgeführt ist, erst nach einer Anlaufzeit mit einer gewünschten konstantbleibenden Frequenz und Amplitude schwingt. Während der Verzöge-

,= rungszeu, die bei Wechselstrom- und Drehstrom wechselrichtern unterschiedlich ist, wird das Schalten von Relais und Schützen der Wechselrichteranlage vorgenommen.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung sind ein erster und ein zweiter Steuerthyristor in der Steuerleitung des Hauptthyristors, mit welchem der Steuerimpulsgeber eingeschaltet wird, in Reihe geschaltet. Nach dem Zuschalten der Betriebsspannung nimmt die Spannung des Zeitglied-Kondensators nach einer e-Funktion /u, bis ein durch eine Z-Diode vorgegebener Spannungsschwellwcrt erreicht ist. Dann wird der erste Steuerthyristor gezündet. Bei dem zeitlich darauf folgenden Polaritätswechsel der Steueroszillatorspannung wird schließlich auch der zweite Steuer-

_So thyristor und damit der llauptthyristor des Steuerimpiilsgeberstromkreises gezündet. Um bei dieser Schaltungsanordnung mit einer nicht zu großen Zeitgliedkapazität und einem nicht zu großen Zeitglicdwiderstand eine ausreichend lange Verzögerungszeit zu erreichen, ist es notwendig, einen Spannungsschwellvvert im flachen oberen Teil des zeitlichen Verlaufes der Spannung des Zeitglied-Kondensators vorzugeben. Damit wird aber die Lage des Zündzeitpunktes des ersten Steuerthyristors unscharf und es kann vorkommen, daß Störimpulse infolge des Schaltens von Relais und Schützen der Anlage noch vor Erreichen des Spjinnungsschwellwertes dem Verlauf der ansteigenden Kondensatorspannimg überlagert werden, so daß der erste Steuerthyristor vorzeitig gezündet wird. Für dii.' Zündkreise der Steuerthyristoren sind zwar Entstörtilter vorgesehen, jedoch ist es nicht ausgeschlossen, daß der Steuerimpulsgeberstromkreis durch starke Störimpulse trotzdem vorzeitig einge-