DE2230782C3

DE2230782C3 - Semiconductor AC contactor

Info

Publication number: DE2230782C3
Application number: DE19722230782
Authority: DE
Inventors: Albert 5790 Brilon; Bücker Herbert; Schmidt Jürgen Dipl.-Ing.; 4785 Belecke Becker
Original assignee: Licentia Patent-Veiwaltungs-GmbH, 6000 Frankfurt
Filing date: 1972-06-23
Publication date: 1976-10-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Wechselstromschiitz, bestehend aus wenigstens zwei gegenparallelgeschalteten Thyristoren, bei dem jedem Thyristor ein Löschstromzweig mit einem Kondensator und einem Hilfsthyristor parallelgeschaltet und eine Schwingdrossel verwendet ist.The invention relates to a semiconductor AC switch, consisting of at least two counter-parallel connected thyristors, in which each thyristor one Extinguishing current branch with a capacitor and an auxiliary thyristor connected in parallel and an oscillating throttle is used.

Halbleiter-Wechselstromschütze mit Thyristoren sind zum kontaktlosen, lichtbogenfreien Schalten von Wechselströmen vorgesehen. Es werden die bekannten vorzüglichen dynamischen Eigenschaften der Thyristoren für ein schnelles Schalten von Wechselströmen und zum Schalten mit schneller Schaltfolge ausgenutzt.Semiconductor AC contactors with thyristors are used for contactless, arc-free switching of Alternating currents provided. There are the well-known excellent dynamic properties of the thyristors used for fast switching of alternating currents and for switching with fast switching sequence.

Durch die DT-PS U 49 107 ist eine Anordnung zum Löschen von steuerbaren Halbleiterventilen (Thyristoren) zur Verwendung als Gleichstromschalter bekannt, bei welcher einem Thyristor ebenfalls ein Löschstrornrweig mit einem Kondensator und einem Hilfsthyristor parallelgeschaltet ist und eine Schwingdrossel sowie eine Ladediode in einem dem Hilfsthyristor gegenparallelgeschalteten Stromzweig verwendet sind. Über diesen Stromzweig wird der Kondensator des Lösch- »tromzweiges beim Zünden des Thyristors (Hauptthyristor) in die Löschpolarität geladen. Dadurch kann der Hauptthyristor, wenn immer dieser gezündet und ttromleitend ist sicher gelöscht werden. Beim Löschen des Hauptthyristors wird der Kondensator hingegen tber eine der Last vorgeschaltete, zusätzliche Drossel umgeladen.The DT-PS U 49 107 provides an arrangement for deleting controllable semiconductor valves (thyristors) known for use as a DC switch, in which a thyristor also has a quenching current branch is connected in parallel with a capacitor and an auxiliary thyristor and a resonant choke as well a charging diode are used in a current branch connected in counter-parallel to the auxiliary thyristor. Over this current branch becomes the capacitor of the quenching »current branch when the thyristor is triggered (main thyristor) loaded into the erase polarity. This allows the main thyristor, whenever this is ignited and ttromleitend is sure to be deleted. When deleting of the main thyristor, however, the capacitor is via an additional choke connected upstream of the load reloaded.

Zur Verwendung eines Gleichstromschalters ist ferner durch die DTPS 19 52 655 ein elektronischer Schalter bekannt, bei welchem zwei als Löschdrosseln dienende Drosseln gleichfalls der Last sowie auch dem Hauptthyristor vorgeschaltet sind. Den Drosseln ist je ein Löschstromzweig mit einem Kondensator zugeordnet, welcher durch einen Ladestrompfad löschbereit geladen wird. Auch bei diesem Schalter werden beim Löschen des Hauptthyristors die Kondensatoren der zwei Löschstromzweige über die zugeordneten Drosseln umgeladen. Anschließend werden die Kondensatoren jedoch unabhängig vom Hauptthyristor über den Löschthyristoren der Löschstromzweige gegenparallelgeschal tete Rückladedioden wieder in die Löschpolarität zurückgeladen.To use a DC switch, an electronic switch is also available from DTPS 19 52 655 Known switch in which two chokes serving as extinguishing chokes are also the load as well as the Main thyristor are connected upstream. An extinguishing current branch with a capacitor is assigned to each of the chokes, which is charged by a charging current path ready for deletion. With this switch, too, the The main thyristor clears the capacitors of the two clear current branches via the associated chokes reloaded. Afterwards, however, the capacitors are independent of the main thyristor via the Quenching thyristors of the quenching current branches Gegenparallelgeschal ended recharging diodes back into the quenching polarity reloaded.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Wechselstromschütz oder einen Thyristor-Wechselstromschalter der eingangs angegebenen Art schaltungsmäßig in der Weise auszubilden, daß unter Verwendung einer Schwingdrossel nur ein Steuerungsmittel für die Hilfsthyristoren der Löschstromzweige gemeinsam nötig istThe present invention is based on the object a semiconductor AC contactor or a thyristor AC switch of the type specified above Kind of circuitry in such a way that only one oscillating throttle is used Control means for the auxiliary thyristors of the extinguishing current branches is required jointly

ίο Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß eine Schwingdrossel in Reihenschaltung mit . den Thyristoren und den Löschstromzweigen angeord-• net ist und daß bei einem Befehlssignal zum Abschalten des Wechselstromes die Hilfsthyristoren gleichzeitig gezündet sind.This object is achieved according to the invention that a throttle in series with. the thyristors and the extinguishing current branches net is and that with a command signal to switch off of the alternating current, the auxiliary thyristors are ignited at the same time.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist ein gleichzeitigesIn this circuit arrangement is a simultaneous

Zünden der Hilfsthyristoren in den beiden miteinander in Reihe geschalteten Löschstromzweigen möglich • ohne Gefährdung der Hilfsthyristoren durch einen Entladestromstoß aus den Kondensatoren (Löschkondensatoren), da die Drossel den Entladestrom begrenztIgnition of the auxiliary thyristors in the two extinguishing current branches connected in series is possible • without endangering the auxiliary thyristors from a discharge current surge from the capacitors (quenching capacitors), because the choke limits the discharge current

Die Induktivität dieser Drossel kann so bemessen werden, daß die Kondensatoren ausreichend umgeladen werden.The inductance of this choke can be dimensioned so that the capacitors are sufficiently recharged will.

Weiteren Ausgestaltungen der Erfindung gemäß sind de.i Kondensatoren der Löschstromzweige an sich bekannte Stromzweige zum Laden der Kondensatoren in der Löschpolarität zugeordnet, ferner ist jedem Hilfsthyristor der Löschstromzweige eine Halbleiterdiode gegenparallelgeschaltet.Further refinements of the invention are de.i capacitors of the extinguishing current branches known per se Current branches for charging the capacitors are assigned in the quenching polarity, and each auxiliary thyristor is assigned of the extinguishing current branches, a semiconductor diode is connected in opposed parallel.

Noch weitergehende Ausgestaltungen der Erfindung werden darin gesehen, daß jedem Löschkondensator eine Glimmröhre entsprechender Zündspannung und ein Vorwiderstand zugeordnet ist und daß diese Zündspannung so gewählt wird, daß die Glimmröhre aufleuchtet wenn die Kondensatoren zum Löschen der Hauptthyristoren genügend Ladung aufgenommen haben. Hiermit wird eine einfache Anzeige der Löschbereitschaft des Thyristorschützes erzielt. Außerdem kann an den Glimmröhren beobachtet werden, ob eine Zwangslöschung erfolgt ist oder nicht. Werden zum Zwangslöschen die Kondensatoren entladen, so verlöschen die Glimmröhren schon in Bruchteilen einer Mikrosekunde, bei einer normalen Abschaltung (Wegnahme der Steuerung der Hauptthyristoren) hingegen nur langsam.Even further refinements of the invention are seen in the fact that each quenching capacitor a glow tube with the appropriate ignition voltage and a series resistor is assigned and that this ignition voltage is chosen so that the glow tube lights up when the capacitors to delete the Main thyristors have taken up enough charge. This is a simple display of the readiness for deletion of the thyristor contactor achieved. In addition, the glow tubes can be used to observe whether a Forced deletion has taken place or not. If the capacitors are discharged for forced quenching, they go out the glow tubes in fractions of a microsecond, with a normal shutdown (removal the control of the main thyristors), however, only slowly.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachfolgend beschrieben sind. Es zeigtIn the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown, which are described below are. It shows

F i g. 1 eine Schaltung eines Halbleiter-Wechselstromschützes mit zwei gegenparallelgpschalteten Thyristoren, deren Löschstromzweigen je ein Stromkreis zum Laden der Kondensatoren in Löschpolarität gesondert zugeordnet ist,F i g. 1 shows a circuit of a semiconductor AC contactor with two anti-parallel connected thyristors, whose extinguishing current branches each have a circuit is assigned separately for charging the capacitors in quenching polarity,

F i g. 2 eine Schaltung wie in F i g. 1, bei der an Stelle der Ladestromkreise Umschwingstromzweige zum Laden der Kondensatoren in Löschpolarität vorgesehen sind.
In diesen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es haben die dargestellten Halbleiter-Wechselstromschütze die gleiche Grundschaltung.F i g. 2 shows a circuit as in FIG. 1, in which, instead of the charging circuits, oscillating current branches are provided for charging the capacitors in extinction polarity.
In these figures, the same elements are provided with the same reference numerals, and the semiconductor AC contactors shown have the same basic circuit.

Diese besteht aus zwei in einem Einphasenwechselstromkreis gegensinnig parallelgeschalteten Thyristoren 1 und 2, welchen je ein Löschstromzweig mit einem Löschkondensator 11 bzw. 21 und einem Hilfsthyristor 12 bzw. 22 parallelgeschaltet ist. Die Hilfsthyristoren 12 und 22 der Löschstromzweige sind in bezug auf dieThis consists of two thyristors connected in opposite directions in parallel in a single-phase alternating current circuit 1 and 2, each of which has an extinguishing current branch with an extinguishing capacitor 11 or 21 and an auxiliary thyristor 12 or 22 is connected in parallel. The auxiliary thyristors 12 and 22 of the extinguishing current branches are with respect to the

Thyristoren 1 und 2 gleichsinnig gepolt In Reihe mit den Thyristoren 1, 2 der Gegenparallelschaltung einerseits und mit den Löschstromzweigen andererseits ist erfindungsgemäß eine Luftdrossel 3 mit einem Mittenanschluß geschaltet an dem der Wechselstrom dem Wechselstromschütz zu- und abgeführt wird. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Halbleiter-Wechselstromschütz hat ein jeder Kondensator 11 und 21 der Löschstromzweige einen eigenen Ladestromkreis J 3 bzw. 23.Thyristors 1 and 2 polarized in the same direction In series with thyristors 1, 2 of the opposite parallel connection on the one hand and with the extinguishing current branches on the other hand, according to the invention, there is an air throttle 3 with a center connection switched at which the alternating current is supplied and discharged to the alternating current contactor. In which in Fig. 1 shown semiconductor AC contactor has each capacitor 11 and 21 of the extinguishing current branches its own charging circuit J 3 or 23.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Halbleiter-Wechselstromschütz haben die Kondensatoren 11 bzw. 21 keine Ladestromkreise, hier ist den Hilfsthyristoren 12,22 der Löschstromzweige je eine Gleichrichterdiode 14 bzw. 24 gegenparallelgeschaket.In the case of the FIG. 2 semiconductor AC contactor shown If the capacitors 11 or 21 have no charging circuits, the auxiliary thyristors 12,22 are here Extinguishing current branches each have a rectifier diode 14 or 24 parallel to one another.

Für die Thyristoren 1 und 2 ist eine gemeinsame Steuereinheit 4 vorgesehen und für die Hilfsthyristoren 12 und 22 eine gemeinsame Steuereinheit 5.A common control unit 4 is provided for the thyristors 1 and 2 and for the auxiliary thyristors 12 and 22 a common control unit 5.

Nachstehend ist die Arbeitsweise eines Halbleiter-Wechselstromschützes nach F i g. 1 und 2 erläutert.The following is the operation of a solid state AC contactor according to FIG. 1 and 2 explained.

Es sei angenommen, daß das Halbleiter-Wechselstromschütz für die in den Figuren von links nach rechts gerichtete Halbschwingung eines Wechselstromes eingeschaltet ist, wobei der Thyristor 1 stromführend und der Thyristor 2 gesperrt ist. Mittels der Ladestromkreise 13 und 23 seien die Kondensatoren 11 und 21 löschbereit geladen worden. Es werden nun durch ein an die Steuereinheit 5 geleitetes Abschaitbefehlssignal Zündimpulse in die Hilfsthyristoren 12 und 22 geführt. Dadurch werden die Hilfsthyristoren 12 und 22 gezündet Der Kondensator 11 wird über den gezündeten Hilfsthyristor 12 teilweise entladen und der Thyristor 1 dadurch zwangsgelöscht. Ferner werden die Kondensatoren U und 21 über die zwei gezündeten Hilfsthyristoren 12 und 22 und die Luftdrossel 3 in die entgegengesetzte Polarität umgeladen. Hierbei wird der Umladestrom durch die Drorsel 3 ausreichend begrenzt Für den Wechselstrom ist das Halbleiter-Wechselstromschütz nunmehr gesperrt Über die Ladestromkreise 13 und 23 werden schließlich die Kondensatoren in die Löschpolarität zurückgeladen. Das Halbleiter-Wechselstromschütz könnte durch ein an die Steuereinheit 4 geleitetes Einschaltbefehlssignal bereits für die nächstfolgende Wechselstromhalbschwingung stromleitend geschaltet werden, indem durch die Steuereinheit 4 der Thyristor 2 gezündet wird. Während derselben Halbschwingung könnte es ferner — nunmehr durch Zwangslöschung des Thyristors 2 — in der vorgeschriebenen Weise wieder abgeschaltet werden. Assume that the semiconductor AC contactor is used for those in the figures from left to right-hand half-oscillation of an alternating current is switched on, the thyristor 1 being live and the thyristor 2 is blocked. By means of the charging circuits 13 and 23 are the capacitors 11 and 21 has been loaded ready for deletion. A shutdown command signal sent to the control unit 5 will now be used Ignition pulses fed into the auxiliary thyristors 12 and 22. This turns the auxiliary thyristors 12 and 22 ignited The capacitor 11 is ignited via the Auxiliary thyristor 12 partially discharged and the thyristor 1 thereby forcibly extinguished. Furthermore, the Capacitors U and 21 via the two ignited auxiliary thyristors 12 and 22 and the air throttle 3 in the opposite polarity transferred. In this case, the charge reversal through the Drorsel 3 is sufficiently limited The semiconductor AC contactor is used for alternating current now blocked The capacitors are finally blocked via the charging circuits 13 and 23 loaded back into the extinction polarity. The semiconductor AC contactor could be connected to the control unit 4 conducted switch-on command signal already for the next alternating current half-cycle are switched to be conductive by the thyristor 2 is ignited by the control unit 4. While the same half-oscillation could also - now by forced extinction of the thyristor 2 - in be switched off again in the prescribed manner.

Bei einem Halbleiter-Wechselstromschütz nach F i g. 2 schwingen die nach dem Zwangslöschen eines Thyristors 1 oder 2 in die Gegenpoiarität umgeschwungenen Kondensatorladungen von 11 und 21 sofort wieder über die Halbleiterdioden 14 und 24 und die Luftdrossel 3 in die Löschpolarität zurück. Die Kondensatoren 11 und 21 und die Drossel 3 können derart bemessen sein, daß sie zusammen einen schwach gedämpften Reihenschwingkreis bilden.In the case of a semiconductor AC contactor according to FIG. 2 vibrate after the forced deletion of one Thyristor 1 or 2 in the opposite polarity swung capacitor charges of 11 and 21 again immediately via the semiconductor diodes 14 and 24 and the air throttle 3 back to the extinguishing polarity. The capacitors 11 and 21 and the throttle 3 can be dimensioned such that they together form a weakly damped Form a series resonant circuit.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Semiconductor AC contactor, consisting of at least two counter-parallel connected thyristors, each thyristor has an extinguishing current branch with a capacitor and an auxiliary thyristor connected in parallel and a vibrating throttle is used, characterized in that an oscillating throttle (3) connected in series with the thyristors (1, 2) and the extinguishing current branches (11, 12; 21, 22) is arranged that with a command signal To switch off the alternating current, the auxiliary thyristors (12, 22) are ignited at the same time.

2. Semiconductor AC contactor according to claim 1, characterized in that the capacitors (11, 21) of the extinguishing current branches are known per se Circuits (13, 23) for charging the capacitors are assigned in the clearing polarity.

3. Semiconductor AC contactor according to claim 1, characterized in that each auxiliary thyristor (12, 22) of the extinguishing current branches a reloading diode (14, 24) is connected in opposite-parallel.