DE2360392B1

DE2360392B1 - Einrichtung zur Steuerung eines Thyristors

Info

Publication number: DE2360392B1
Application number: DE19732360392
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Thiele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1973-12-04
Publication date: 1975-04-17
Also published as: DE2360392C2; SU648149A3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung eines Thyristors, bei der parallel zum Thyristor eine Reihenschaltung bestehend aus einer Ladediode und einem Speicherkondensator liegt, bei der dem Speicherkondensator eine Reihenschaltung bestehend aus einem Schaltelement und einem Zündkondensator parallel geschaltet ist und mit einer Schalteinrichtung, mit der der Zündkondensator an die Steuerelektrode des Thyristors zu schalten ist. Eine solche Einrichtung ist aus der DT-OS 23 02 495 bekannt.

Für Thyristoren in Stromrichteranlagen für hohe Spannungen beispielsweise in HGÜ-Stromrichteranlagen ist es bekannt, die für die Steuerung der Thyristoren notwendige Energie über Impülsübertrager oder Impulstransformatoren dem Thyristor zuzuführen. Dabei wird durch die Impulsübertrager der Potentialunterschied zwischen Erdpotential und Kathodenpotential des Thyristors überbrückt.

Beispielsweise aus der DT-PS 15 38 099, der DT-OS 23 02 495 oder der CH-PS 4 78 480 ist es bekannt, die Energie für die Steuerung des Thyristors der Thyristorsperrspannung zu entnehmen. Damit kann mit einem elektromagnetischen Steuersignal, beispielsweise einem optischen Signal der Potentialunterschied leistungsarm überbrückt werden. Mit dieser Trennung des Weges für das Steuersignal von der Erzeugung der Steuerenergie wird der sonst zur Überbrückung des Potentialsunterschieds nötige Impulsübertrager eingespart

Bei der eingangs genannten Einrichtung wird der Speicherkondensator über einen Spannungsteiler geladen, wobei die Sperrspannung die Ladespannung ist. Als Schaltelement ist eine aufwendige Transistorschaltung vorgesehen, mit der der Zündkondensator von der Thyristorspannung kurzzeitig auf die Steuerelektrode des Thyristors umgeschaltet werden kann, oder es ist ein Speicherkondensator vorgesehen, der ständig an der Thyristorspannung liegt und der über die Transistorschaltung an den Zündkondensator angeschlossen werden kann. Bei dieser Einrichtung ist eine aufwendige Steuerung für die Transistoren vorzusehen. Außerdem ist die Anwendung dieser Schaltung wegen der für die Transistoren zulässigen Betriebsspannungen auf kleinere Thyristorspannungen begrenzt oder es sind zusätzliche Schutzmaßnahmen für die Transistoren vorzusehen.

Es besteht die Aufgabe eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine aufwendige Elektronik für das Schaltelement vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schaltelement ein Hilfsthyristor ist, daß die dem Speicherkondensator parallelliegende Reihenschaltung eine Drossel enthält und daß der Hilfsthyristor in Abhängigkeit von der am Zündkondensator abfallenden Spannung zündbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der Hilfsthyristor durch das Umschwingen des aus Drossel und Zündkondensator gebildeten Sereienschwingkreises selbsttätig nach Ladung des Zündkondensators gelöscht. Eine aufwendige Elektronik ist hierfür nicht erforderlich.

Zwar ist eine Einrichtung, bei der ein Zündkondensator zur Zündung des Thyristors über einen Hilfsthyristor entladen wird und zur Zwangslöschüng des Hilfsthyristors ein Serienschwingkreis vorgesehen ist, aus der obengenannten CH-PS 4 78 480 bekannt, dabei ist jedoch das kürzest mögliche Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen durch die Schwingungsdauer des Serienschwingkreises und die Freiwerdezeit des Hilfsthyristors bestimmt. Bei dieser Einrichtung können also nicht zu jeder Zeit Zündimpulse an den Thyristor gelegt werden, sondern es treten durch Bauelementeigenschaften vorgegebene Pausen auf, in denen der Thyristor nicht zündbar ist: Außerdem muß bei der bekannten Einrichtung der Serienschwingkreis mit einem hochohmigen Widerstand bedämpft werden, was zu einem Energieverlust im Zündkreis führt.

Es kann dem Speicherkondensator ein Spannungsteiler parallel geschaltet sein, der aus einem Widerstand und einer Z-Diode besteht, und dessen Abgriff

mit der Steuerelektrode des Hilfsthyristors verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der Hilfsthyristor in Abhängigkeit von der Spannung am Speicherkondensator selbsttätig gezündet und der Zündkondensator selbsttätig geladen.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert, wobei identische Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Der Anoden-Kathodenstrecke eines Thyristors 1 ist über einen Gleichrichter 2 ein Speicherkondensator 3 parallel geschaltet. Der Gleichrichter 2 besteht aus Ladedioden 2a bis 2d in Brückenschaltung. Zwischen Gleichrichter 2 und Speicherkondensator 3 ist ein Begrenzungswiderstand 2/ geschaltet. Der Kondensator 3 wird bei gesperrtem Thyristor 1 mit der Sperrspannung des Thyristors als Ladespannung aufgeladen. Bei Thyristoren 1 in Stromrichteranlagen für Hochspannungen liegt am geladenen Speicherkondensator 3 eine Spannung zwischen 500 und 1000 V. Dem Speicherkondensator 3 liegt eine Reihenschaltung parallel, die aus einer Drossel 4, einen Hilfsthyristor 5 und einem Zündkondensator 6 besteht. Bei gezündetem Hilfsthyristor 5 wird der Zündkondensator 6 vom Speicherkondensator 3 aufgeladen. Durch das Verhältnis der Kapazitäten des Speicherkondensators und des Zündkondensators ist bei vorgegebener Thyristorsperrspannung die Spannung bestimmt, die an dem geladenen Zündkondensator 6 liegt. Damit erhält man die für die Steuerung des Thyristors 1 benötigte Spannung zwischen 10 und 20 V. Diese Spannung am Zündkondensator 6 erhält man, vorzugsweise mit einem Verhältnis der Kapazitäten der Kondensatoren 3 und 6 zwischen etwa 1 :50 und 1 :100. Der Zündkondensator 6 ist bei angesteuertem Transistor 8 über den Widerstand 7, die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 8 und eine Wicklung eines Übertragers 19 überbrückt. Die zweite Wicklung des Übertragers 19 liegt über einen Widerstand 9 direkt an der Steuerstrecke des Thyristors 1. Damit wird an den Thyristor 1 ein Zündimpuls geeigneter Polarität und geeigneter Spannung gelegt, wobei die zur Zündung benötigte Energie vom Zündkondensator 6 zur Verfügung gestellt wird. Zur Steuerung des Transistors 8 ist im Ausführungsbeispiel ein optoelektrischer Wandler, beispielsweise eine Fotodiode 10 vorgesehen. Mit einem optischen Signal läßt sich daher über die Fotodiode 10 der Thyristor 1 kontaktlos zünden. Damit wird der Potentialunterschied zwischen Erdpotential und Kathodenpotential des Thyristors leistungsarm überbrückt, da die Steuerenergie mit dem Zündkondensator 6 aus der Thyristorsperrspannung bereitgestellt wird und damit der Weg des Steuersignals und die Erzeugung der Steuerenergie getrennt sind.

Die Schwingungsdauer des aus der Drossel 4 und den Kondensatoren 3 und 6 gebildeten Serienschwingkreises sollte möglichst klein sein. Da die Kapazität der Kondensatoren durch die benöttigte Zündenergie und Zündspannung festgelegt ist, ist die Induktivität der Drossel 4 entsprechend dieser Forderung auszulegen. Liegt am Thyristor 1 eine Wechselspannung, so muß die Induktivität der Drossel 4 so gewählt sein, daß die Ladezeit des Zündkondensators 6 klein gegenüber der Schwingungsdauer der Wechselspannung ist. Beispielsweise kann die Induktivität so gewählt sein, daß die Ladezeit des Kondensators 6 höchstens 5% der Schwingungsdauer der Wechselspannung beträgt.

In F i g. 1 ist dem Speicherkondensator 3 ein Spannungsfilter parallel geschaltet, der aus dem Widerstand

11 und einer Z-Diode 13 oder einem äquivalenten Bauelement besteht. Der Z-Diode 13 liegt ein Kondensator

12 parallel, und die Steuerelektrode des Hilfsthyristors 5 ist mit dem Abgriff 14 des /?C-Gliedes 11 und 12 über eine Trigger-Diode 15 verbunden. Damit wird der Hilfsthyristor 5 selbsttätig gezündet, wenn die Spannung am Zündkondensator 6 unter einen durch die Z-Diode gegebenen Wert absinkt. Die Zündenergie für den Hilfsthyristor 5 liefert der Kondensator 12. Der Zündkondensator 6 wird also selbsttätig periodisch geladen, wozu keine gesonderte Steuereinrichtung vorzusehen ist. Nach Ladung des Zündkondensators 6 schwingt der aus dem Zündkondensator 6, dem Speicherkondensator 3 und der Drossel 4 bestehende Serienschwingkreis um, wobei der Hilfsthyristor 5 selbsttätig gelöscht wird. Es ist also weder zum Zünden noch zum Löschen des Hilfsthyristors 5 eine gesonderte Steuerung erforderlich und die bei der bekannten Einrichtung erforderliche, aufwendige Elektronik ist damit vermieden. Es sind auch keine gesonderten Schutzmaßnahmen für das Schaltelement, d. h. für den Hilfsthyristor 5, erforderlich, da dieser Thyristor für die am Speicherkondensator 3 liegende Spannung ausgelegt werden kann. Zu erwähnen ist noch, daß die Triggerdiode 15 beispielsweise durch einen Uni-Junction Transistor ersetzt sein kann. Die Arbeitsweise der Einrichtung ist davon nicht betroffen.

F i g. 2 zeigt eine Zündeinrichtung die insbesondere für Thyristoren in HGÜ-Stromrichteranlagen geeignet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Spannungsverdopplungsschaltung für den Speicherkondensator 3 vorgesehen. Hierzu ist der Ladediode 2e ein Widerstand 16 und ein Schubkondensator 17 vorgeschaltet, und der Ladedode 2e und dem Speicherkondensator 3 liegt eine Sperrdiode 18 parallel. Diese Spannungsverdopplungsschaltung ist in der DT-PS 15 38 099 ausführlich erläutert. In dem Ausführungsbeispiel, das in F i g. 2 gezeigt ist, sind die oben geschilderten Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung mit den Vorteilen verknüpft, die in der erwähnten DT-PS beschrieben sind.

Es ist noch zu erwähnen, daß an Stelle des Speicherkondensators, wie er beispielsweise in F i g. 1 gezeigt ist, ein kapazitiver Spannungsteiler verwendet werden kann, wobei der Zündkondensator 6 einem der Kondensatoren dieses Spannungsteilers parallel liegt. Außerdem kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit logischen Schaltelementen ergänzt werden, womit beispielsweise sichergestellt werden kann, daß der Thyristor 1 nur gezündet wird, wenn an ihm keine Sperrspannung anliegt.

Zusammenfassend ist hervorzuheben, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine leistungsarme Steuerung eines Thyristors, beispielsweise über ein Lichtsignal oder ein HF-Signal möglich ist ohne hierfür eine aufwendige Elektronik zur Bereitstellung der Steuerenergie zu benötigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung eines Thyristors, bei der parallel zum Thyristor eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Ladediode und einem Speicherkondensator liegt, bei der dem Speicherkondensator eine Reihenschaltung bestehend aus einem Schaltelement und einem Zündkondensator parallel geschaltet ist und mit einer Schalteinrichtung, mit der der Zündkondensator an die Steuerelektrode des Thyristors zu schalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Hilfsthyristor (5) ist, daß die dem Speicherkondensator (3) parallelliegende Reihenschaltung (5,6) eine Drossel (4) enthält und daß der Hilfsthyristor (5) in Abhängigkeit von der am Zündkondensator (6) abfallenden Spannung zündbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherkondensator (3) ein Spannungsteiler (11, 13) parallel geschaltet ist, der aus einem Widerstand (11) und einer Z-Diode (13) besteht und dessen Abgriff (14) mit der Steuerelektrode des Hilfsthyristors (5) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Z-Diode (13) ein Kondensator (12) parallel geschaltet ist und daß zwischen den Abgriff

(14) und die Steuerelektrode eine Trigger-Diode

(15) geschaltet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kapazitäten des Speicherkondensators (3) und des Zündkondensators (6) wie etwa 1 :50 bis etwa 1 :100 verhalten.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität der Drossel (4) so gewählt ist, daß die Ladezeit des Zündkondensators (6) klein gegenüber der Schwingungsdauer einer am Thyristor (1) liegenden Wechselspannung ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladediode (2a) Teil einer Gleichrichterbrücke (2) ist,'deren Ausgang von dem Speicherkondensator (3) und deren Eingang von dem Thyristor (1) überbrückt ist (Fig.l).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladediode (2e) ein Widerstand (16) und ein Schubkondensator (17) vorgeschaltet ist und daß der Ladediode (2e) und dem Speicherkondensator (3) eine Sperrdiode (18) parallel geschaltet ist (F i g. 2).