DE2358091C3 - Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Zündung einer Anzahl von Thyristoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Zündung einer größeren Anzahl von in Reihe geschalteter Thyristoren, deren Steuerstrecken jeweils an die Reihenschaltung einer Speicherdrosselspule mit einem in Richtung des Güterstroms gepolten ungesteuerten FreiLufventil geschaltet sind, wobei das Freilaufventil über einen Doppelweggleichrichter an eine Sekundärwicklung eines gemeinsamen Inipulsiibertragers angeschlossen ist, dessen Primärwicklung von einem Steuerstromverstärker mit einem Wechselstrom höherer Frequenz gespeist ist. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DT-OS 20 19 933)

Eine Schaltungsanordnung dieser Art, jedoch ohne die erwähnte Reihenschaltung aus Speicherdrosselspule und Freilaufventil, ist beispielsweise aus den DT-OS 63 395 und 16 38 637 bekannt. Die einzelnen Thyristoren sind dabei Bestandteile eines Hochspannungsstromrichiers. Als Primärwicklung für einen oder mehrere Impulsübertragcr wird mindestens ein Hochspannungskabel benutzt, das den bzw. die Magnetkerne umschließt. Die Sekundärwicklungen sind über die Doppelweggleichrichter direkt, also ohne weitere Beschallung, an die Steuersirecken der einzelnen Thyristoren angeschlossen. Auf dem Wege vom Hochspannungskabcl zur Sekundärwicklung und zum Gleichrichter werden die Zündinforniation und die Zündenergie für jeden Thyristor gemeinsam magnetisch übertragen.

Zur Zündung einer größeren Anzahl von Thyristoren is< hierbei eine hohe Zündenergie erforderlich. Bei der Auslegung des Steuerstromverstärkers muß diese hohe Zündenergie berücksichtigt werden. Ebenfalls berücksichtigt werden muß der induktivitätsbehaftete Aufbau der Zündschaltung, der durch die erforderlichen Isolationsabstände bedingt ist. Aus diesem Grunde wird bei den bekannten Schaltungsanordnungen als Steuerstroniverstärker bevorzugt ein Wechselrichter verwendet, der das oder die Hochspannungskabel speist. Dieser Wechselrichter wird mit höherer Frequenz, und zwar im sogenannten Mittelfrequenzbereich, betrieben. Der Mittclfrequcnzbereic!. erstreckt sich dabei im wesentlichen von 0,5 bis 20 kHz.

Bedingt durch die Wirkungsweise der für diesen Zweck gefoäuchlichen Wechselrichter hat der in die Primärwicklung des Impulsübertragers eingespeiste Primärstrom keinen durchgehenden. /.. B. sinusförmigen. Kurvenverlauf. In seinem Kurvenverlauf folgt auf eine jede Halbschwingung eine stromlose Lücke, die bis zum Beginn der folgenden, in der Richtung umgekehrten Halbschwingung reich!. Die Lücke kann dabei die Breite einer Halbschwingung besitzen. Der Stromverlauf in den Sekundärwicklungen des Impulsübertrageis besitzt dasselbe Aussehen. Nach der Gleichrichtung im Doppclweggleichrichter ergibt sich an der Steuerstrekke der einzelnen Thyristoren jeweils ein Gitterstrom, der aus einer Folge von positiven Halbschwingungcn mit dazwischenliegenden stromlosen Pausen besteht.

Ein solcher Verlauf des Gittersinmis kann dazu führen, daß der betreffende Thyristor in den stromlosen Pausen seine Sperrfähigkeit wiedergewinnt, obwohl weiterhin am Steucrstropivcrstärkcr ein Steuersignal anliegt und eine Zündung gewünscht ist.

jo LJm diesen Nachteil /u beseitigen, wird nach der DT-OS 20 19 933 in Reihe mit der Sekundärwicklung des Impulsübertragers ein Kondensator angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß auch während der stromlosen Lücken im Kurvenvcrlaul des Primärstroms ein nennenswerter Güterstrom in die Steuerelektrode jedes von d?m gemeinsamen Impulsübertrager gespeisten Thyristors fließt. Ein lückenloser Gitterstrom ist auch dann vorhanden, wenn der Primärstrom einen durchgehenden, z. B. sinusförmigen, Verlauf besitzt. Als zusätzliche Maßnahme wird in der DT-OS 20 19 933 auch angegeben, daß zwischen dem Doppelweggleich riehter und der Steuerstrecke noch die Reihenschaltung einer Speichcrdrosselspulc mit einem in Richtung des Gitterstroms gepolten ungesteuerten Freilaufventil

ss geschaltet sein kann; hierdurch wird ein gleichgerichteter Gitterstrom erhalten, der keine Impulslücken mehr aufweist.

Die vorliegende Erfindung geht von der in der DT-OS 20 19 933 erläuterten Schaltungsanordnung aus. Sie beruht dabei auf der Erkenntnis, daß der dort in Reihe mit der Sekundärwicklung angeordnete Kondensator nicht unbedingt erforderlich ist, um einen lückenlosen Güterstrom zu erzeugen. Es genügt vielmehr für diesen Zweck die eingangs genannte Schaltungsanordnung, bei

fts der an die Steuerstrecke jedes Thyristors die Reihenschaltung einer Speicherdrosselspule mit einem in Richtung des Gitterstroms gepoltcn ungesteuerten Freilaufventil geschaltet und bei der der Ausgang des

Doppelweggleichrichters an dieses Freilaufventil angeschlossen ist; der Eingang des Doppelweggleichrichters kann direkt an die Sekundärwicklung angeschlossen sein.

Im allgemeinen ist man bestrebt, im Zeitpunkt des Anlegens eines Steuersignals am Thyristor eine große Anstiegssteilheit des Gitterstroms zu erhalten. Das wird üblicherweise dadurch erreicht, daß den einzelnen Halbschwingungen des Primärstroms eine große Amplitude und damit Anstiegssteilheit gegeben wird. Das iu bedeutet aber, daß die einzelnen Bauelenvnte der Schaltungsanordnung, insbesondere der üblicherweise den Primärstrom abgebende Steuerstromverstärker, entsprechend groß bemessen sein müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Schaltungsanordnung so auszugestalten, daß jeweils eine hohe Ansiiegssteilheit des Gitterstroms bei Abgabe des Steuersignals erzeugt wird, ohne daß da/u eine große Amplitude des Primärstroms erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelösi, daß der Speicherdrosselspule die Serienschaltung eines Kondensators, zu dem ein Entladcwiderstand parallel angeordnet ist, mit einer Sperrdiode parallel geschaltet ist.

Die Serienschaltung ist hierbei für den Strom ein Nebenweg /ur Speicherdrosselspule. Der Kondensator der Scrienschaltung übernimmt zu Beginn des Steuersignals den Gitterstrom. Damit der Kondensator zu Beginn des Steuersignals auch entladen ist. ist ihm der Entladewiderstand parallel geschaltet. Im Verlauf des weiteren Steuersignals wird der Kondensator geladen, und der Gitterstrom fließt dann zunehmend über die Speicherdrosselspule. Durch die zusätzliche Anordnung der besagten Serienschaltung wird also bei Beginn eines Steuersignals die Anstiegssteilheit des Gitterstroms gegenüber der Anstiegssteilheit derjenigen Halbschwingungen, die in der Sekundärwicklung des Impulsübertragers induziert werden, erhöht.

Eine weitere Erhöhung der Anstiegssteilheit des Gitterstroms läßt sich gemäß einer Ausbildung der Erfindung dadurch erzielen, daß parallel zum Ausgang des Doppelweggleichrichtcrs ein Lddckondensator, ein Entladewiderstand für diesen Ladekondensator und die Hintereinanderschaltung eines Schwellwertelement mit dem Freilaufventil angeordnet ist. Ais Schwellwertelement kann dabei eine Zenerdiode vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, als Schwellwertelement eine Reihenschaltung von in Durchlaßrichtung des Gitterstroms gepolten Dioden zu verwenden. Das Zusammenwirken von Ladekondensator und Schwellwertelement sorgt hierbei dafür, daß erst Kondensatorspannungen oberhalb eines vorgegebenen Grenzwer's zur Entstehung eines Gitterstroms führen. Der Lackkondensator dient gleichzeitig zur Störunterdrückung. Niedere Störspannungen, die z. B. kapazitiv oder induktiv in die Schaltungsanordnung eingekoppelt sind, können somit nicht zu einer Zündung des Thyristors führen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es ho zeigt

Fig. I ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2zwei Strom-Zeit-Diagramme.

In F i g. I ist eine Schaltungsanordnung zur glcichzei- < >s tigen Zündung einer größeren Anzahl von in Reihe geschalteter Thyristoren, von denen allerdings nur drei Thyristoren ti, t2 und 13 gezeigt sind, dargestellt.

Diese Thyristoren ti, 12 und /3 sind Bestandteil eines Hochspannungssti umrichters. Ihre Steuerstrecken sind jeweils über eine Beschallung b I, Z) 2 bzw. b3 an eine Sekundärwicklung w ·, w2b/w. w3 eines gemeinsamen Impulsübertragers m angeschlossen. Lediglich die Beschallung b 1 ist in Einzelheiten dargestellt. Die beiden anderen Beschallungen b2 und 63 besitzen denselben Aufbau und sind daher nur als Block dargestellt. Die Primärwicklung des Impulsübertragers in, dessen Übertragerkern mit /"bezeichnet ist, wird von einem Steuerstromverstärker ν mil einem Wechselstrom höherer Frequenz, die im Mitielfrequenzbereich liegt, gespeist. Dieser Primärstrom / kann mittels eines Steuersignals S zu- und abgeschaltet v/erden.

Der gemeinsame Steuerstromverstärker ν wird für die Erzeugung der Zündleistung aller gleichzeitig zu zündenden Thyristoren /1. 12 und r3 verwendet. Er kann, um den induktivitätsbehafteten Beschallungen b 1. b2 und b3 Rechnung zu tragen, insbesondere als Wechselrichter mit Thyristoren aufgebaut sein. Ein geeigneter Wechselrichter wird z. Ii. in der OT-OS' 20 15 67J beschrieben. Die Gleichspannungs-Kingangsklemmen sind mit ei und e2 bezeichnet. Der Steuersiromverstärker ν kann somit eine hohe Leistung abgeben. Er ist durch das Steuersignal S sofort cinsL'haltburund auch schnell wieder abschaltbar.

Der abgegebene Primärstrom / besitzt eine feste Frequenz, die etwa im Bereich zwischen 0,5 und 20 kHz liegt. Er besteht pro Periode aus einer positiven und einer negativen Halbschwingung, zwischen denen eine stromlose Lücke besteht. Die erste Halbschu inguiig des l'pmärstroms /nach Anlegen des Steuersignals .S"besitzt etwa die doppelte Amplitude wit; die folgenden Halbschwingungen. Die Sekundärströme in den Sekundärwicklungen H'l, w2, tv3 weisen den gleichen zeitlichen Verlauf auf. Der Wert der Amplitude der ersten Halbschwingung kann z. B. 20 A in den Sekundärwicklungen w 1, w2, iv 3 betragen.

Die Primärwicklung ivdes Impulsübertragers /»kann als einfaches oder mehrfaches Zündkabel ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß der Primärwicklung w mehrere Übertngerkerne /' mit jeweils einer Anzahl von Sekundärwicklungen zugeordnet sind.

In der Sekundärwicklung wi des Inpulsübertragers /7) wird ein mittclfrequenter Sekundärstrom erzeugt. Dieser wird durch einen Doppelwcggleichrichter g gleichgerichtet. Als Doppelweggleichrichter g ist im vorliegenden Fall ein solcher mit Dioden η i und η 2 in MiUclpunktschaltung vorgesehen. Statt dessen kann der Doppelweggleichrichter ^auch aus einer Brückenschaltung mit ungesteuerten Ventilen beslehen. Durch die Verwendungeines Doppelgleichrichtors^werden beide .Stromrichtungen des Primärstroms / für die Übertragung von Zündleistung ausgenutzt.

Bei einem Kurzschluß in der Beschallung b 1 würden die Ströme in den anderen Beschallungen b2, b3, die demselben Übertragerkern f zugeordnet sind, stark beeinflußt werden. Um dieses zu verändern und den Kurzschhißstrom zu begrenzen, sind in Reihe mit den Dioden ni und η 2 des Doppelweggleichrichttrs g Begrenzungswiderstände r 1 bzw. r2 angeordnet. Diese Regrenziingswiderstände rl und r2 können z. B. einen Wert von 2 Ohm besitzen.

Parallel zum Ausgang des Doppelweggleichrichters g ist ein Ladekondensator k 1 geschaltet. Dieser kann z. B. eine Kapazität von 0,5 bis 1,5 μΡ besitzen. Parallel zu ihm ist ein Entladewiderstand r.1 anptmrrlnpt Fr hnn

ζ. B. einen Wert von 300 Ohm besitzen. Dem Ausgang des üoppelweggleichrichters ^ ist ferner die Hintereinanderschaltung eines Schwellwertelemerts π 3 mil einem Freilaufventil π4 parallel geschaltet. Die Anode des Freilaufventils η 4 ist mit dem negativen Belag des s Ladekondensators k I verbunden. Als Schwellwertelement η 3 kann z.B. eine Zenerdiode vorgesehen sein. Statt dessen kann als Schwellwertelement η 3 auch eine Reihenschaltung von Dioden verwendet werden. Die Anode dieser Reihenschaltung von Dioden ist dann mit dem positiven Belag des Ladekondensators k 1 zu verbinden. Das Schwellwertelement η 3 kann /.. Ii. eine Schwellspannung von 5 Volt besitzen.

Allgemein gesprochen sind der Ladekondensator k 1 und das Schwellwertclement η 3 so bemessen, daß erst is nach Ablauf von '/io bis '/■> der Dauer einer Halbschwingung des Sckundärst-oms in der Sekundärwicklung w 1 ein Strom über das Schwellwertelement η 3 weiter in den restlichen Teil der Beschallung b\ fließt. Dadurch wird erreicht, daß der weiterfließende Strom bei Erreichen des Schwellwerk nach dem erstmaligen Einschalten des Steuerstromvcrsiärkcrs ι eine höhere Ansteigssteilheit erhält als die erste Halbschwingung des Sekundärslroms in der Sekundärwicklung iv 1 des Impulsübertragers m. Der Ladckondensator k 1 dient zur Ladungsspeicherung und gleichzeitig der Unterdrückung von Störungen, denn Slörspannungcn unterhalb des Schwellwerts können nicht zur Auslösung eines Zündimpulses an der Steuerstrecke des Thyristors 11 führen.

An die Steuerstrecke des Thyristors 11 ist die Reihenschaltung einer Speicherdrosselspulc A 2 mit dem ungesteuerten Freilaufventil π 4 geschaltet. Das Freilaufventil π4 ist in Richtung des Gilterstroms /.· gepolt. Um bei Beginn des Steuersignals S eine große Anstiegsstcilhcit des Gilterstroms /,,zu erzielen, ist der Spcicherdrosselspule k 2 noch die Serienschaltung eines Kondensators k3 mit einer Sperrdiode π 5 parallel geschaltet. Der Kondensator A- 3 besitzt z. B. eine Kapazität von 1 μΡ. Die Sperrdiode π 5 schützt den Kondensator k 3, wenn er in der eingezeichneten Weise aufgeladen ist. gegen Entladung über die Speicherdrosselspule k 2. Die Kathode der Sperrdiode η 5 liegt an der Steuerelektrode des Thyristors 11. Parallel zum Kondensator k 3 ist noch ein Entladewiderstand r4 angeordnet. Dieser kann z. B. einen Wert von 500 Ohm besitzen. Er sorgt dafür, daß der Kondensator A- 3 entladen ist, wenn ein neues Steuersignal 5 ansteht und somit eine erneute Zündung des Thyristors /1 verlangt wird. Wäre der Kondensator A-3 zu diesem Zeitpunkt noch ganz oder teilweise aufgeladen, so könnte eine ausreichende Anstiegssteilheit des Gitterstroms A. bei der Neuzündung nicht erzielt werden.

In Fi g. 2 ist im oberen Diagramm der Primärstrom / in Abhängigkeit von der Zeit / dargestellt. Daraus ist zu 5s entnehmen, daß zwischen den einzelnen Halbschwingungen stromlose Lücken bestehen. Die erste Halbschwingung, die im Zeitpunkt J = O beim Anlegen des Steuersignals S entsteht, besitzt eine Amplitude, die etwa doppelt so groß ist wie die Amplitude der folgenden Halbschwingungcn. Der in der Sekundärwicklung iv 1 induzierte Sekundärstrom besitzt dasselbe Aussehen. Die erste Halbschwingung, die — wie erwähnt — z. B. eine Amplitude von 20 A besitzen kann, beginnt den anfangs völlig entladenen Ladekondensator <* k 1 aufzuladen. Lrrcicht die Kondensatorspannung ilen Schwellwert des Schwellwcrtelemenls η 3. beginnt ein Si π hu über dieses Schwellwertelement η 3 zu fliclk-n Dieser Strom Hießt zunächst über die Parallelschaltung von Kondensator A-3 und Hnlladcwiderstand /4 sowie über die Sperrdiode η 5 und trifft mil großer Anstiegssteilheit als Gitterstrom /,.. auf die Steuerelektrode des Thyristors I 1.

Im unteren Diagramm von F i g. 2 ist der Güterstrom I₁, in Abhängigkeit von der Zeit /dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß der Gilterstrom I₁. erst eine kurze Zeit nach dem Zeitpunkt I = 0 einsetzt und daß seine Anstiegssteilheit größer ist als diejenige des Primärstroms /im oberen Diagramm. Sie ist damit auch größer als diejenige des Sekundärstroms in der Sekundärwicklung η 1. Entsprechend dem Zeilintcgral der Kondensatorspannung am Kondensator A-3 steigt der durch die Speicherdrosselspulc A 2 fließende Anteil des Güterstroms l_t. langsam an. Er erreicht am Ende der ersten Halbschwingung des Primärstroms /etwa das Drei- bis Vierfache des statischen Zündstroms /,, der zur Zündung des Thyristors /1 erforderlich ist. Dieser statische Zündstrom /, ist im unteren Diagramm von F i g. 2 ebenfalls eingetragen.

Während der Tolgenden Lücke im Primärstrom /und damit auch im Sckundärsirom des Übertragers 111 treibt die in der Speicherdrossclspule A-2 gespeicherte Energie einen Gitterstrom I₁, über die Steuerstrecke des Thyristors /1 und die Freilaufdiode π 4 weiter. Die Spcicherdrosselspule A 2 dient somit zur Überbrückung der stromlosen Lücken. Die Werte des Kondensators A 3, der Speicherdrossclspule A- 2, die Höhe der über den Impulsubcrtragcr in übertragenen .Sekundärspannung und die Pulsfrequenz des Stcuerstromverstärkers ν sind so aufeinander abgestimmt, daß bis zum Beginn der folgenden Halbschwingung der Gitterstrom l_e des Thyristors 11 auf jeden Fall größer ist als der statische Zündstrom I, dieses Thyristors f 1. Dieses ist aus dem unteren Diagramm von F i g. 2 ersichtlich.

Da mil der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 die stromlosen Lücken überbrückt werden, sind die einzelnen Thyristoren /1, t2 und /3 des Hochspannungsstromrichters ohne Unterbrechung durchgezündet, solange am Steuerstromverstärker ein Steuersignal Sanliegt und solange eine Hochspannung vorhanden ist. Mit anderen Worten: Während des Anliegens eines Steuersignals S sind alle Thyristoren ti. Il .indf 3 der Reihenschaltung gleichzeitig und unterbrechungslos durchgestcuert. Es kann nicht der Fall eintreten, daß einige dieser Thyristoren M. \2 und f3 in einer stromlosen Pause des Primärstroms /abgeschaltet und spannungsfest werden. Auf diese Weise kann der in Hochspannungsstromrichtern gefährliche Lückbetrieb beherrscht werden.

Außerdem ergeben sich erleichterte Anforderungen an die Konstruktion des vorzugsweise als Wechselrichter mit Thyristoren ausgebildeten Steuerstromversiärkers. Dieser kann mit einer kleineren Pulsfrequenz als bisher üblich betrieben werden. Denn wegen der Überbrückung der stromlosen Pausen kann schon bei einer kleinen Pulsfrequenz der Lückbetrieb oteie Gefahr für die Thyristoren beherrscht werden. Somit ist die Wahrscheinlichkeit, daß Thyristoren im Betrieb zerstört werden, wesentlich geringer.

Weiterhin können im Steuerstromverstärker handelsübliche Thyristoren eingesetzt werden. Die Verwendung von ausgesuchten Thyristoren extrem kurzer I reiwerdezeil tsi also nicht erforderlich.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Anforderungen an die AnsticgsMcilhcil ties Sekundär-;. Mn tines m den Sekundärwicklungen «1. η Z η 3 <kx

Impulsübertragers m vermindert werden können. Dies bedeutet gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen, daß bei der in Fig. I dargestellten Schaltungsanordnung die Ausgangsspannung des Steuerstromverstärkers eklcinersein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ;. Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Zündung einer größeren Anzahl von in Reihe geschalteter Thyristoren, deren Steuerstrecken jeweils an die Reihenschaltung einer Speicherdrosselspule mit einem in Richtung des Gitterstroms gepohen ungesteuerten Freilaufventil geschaltet sind, wobei das Freilaufventil über einen Doppelweggleichrichter an eine Sekundärwicklung eines gemeinsamen Inipulsübertragers angeschlossen ist, dessen Primärwicklung von einem Steuerstromverstärker mit einem Wechselstrom höherer Frequenz gespeist ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherdrosselspule (k 2) die Serienschaltung eines Kondensators (k3), zu dem ein Entiadewiderstand (r4) parallel angeordnet ist, mit einer Sperrdiode (n 5) paraliel geschaltet ist.
2. 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ausgang des Doppelweggleichrichters (g) ein Ladekondensator (k 1), ein Entladewiderstand (r3) für diesen Ladekondensator (k 1) und die Hintereinanderschaltung eines Schwellwertelements (n3) mit dem Freilaufventil (n 4) angeordnet ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertelement (n 3) eine Zenerdiode vorgesehen ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ais Schwellwertelement (/7 3) eine Reihenschaltung von mehreren in Durchlaßrichtung des Güterstroms (IJ gepoltcn Dioden vorgesehen ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Dioden (n !, η 2) des Doppelwegglcichrichters (g) Begrenzungswiderstände (rl, r2) angeordnet sind.