DE2360653C3

DE2360653C3 - Device for the simultaneous ignition of a number of controllable semiconductor valves

Info

Publication number: DE2360653C3
Application number: DE19732360653
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Wien; Mayerhofer Franz Dipl.-Ing. Mödling; Frese (Österreich)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-12-05
Publication date: 1977-03-24

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum »> gleichzeitigen Zünden einer Anzahl von steuerbaren Halbleiterventilen in einem Stromrichter für hohe Spannungen, bei der ein Sender für elektromagnetische Strahlung mit einem Strahler und einem Reflektor vorgesehen ist und bei der den Zündkreisen der steuerbaren Halbleiterventile jeweils ein Detektor zugeordnet ist.The invention relates to a device for »> simultaneous ignition of a number of controllable semiconductor valves in a converter for high Voltages at which a transmitter for electromagnetic radiation is provided with a radiator and a reflector is and in which the ignition circuits of the controllable semiconductor valves are each assigned a detector is.

Es ist bereits bekannt, zur Zündung eines elektrischen Ventils, insbesondere eines Thyristors, eine Zündschaltung zu verwenden, welche die Zündenergie aus der Spannung über der Anoden-Kathoden-Strecke des betreffenden Ventils ableitet (DTPS 15 38 099). Hierbei wird ein Impulskondensator verwendet, der mittels dieser Spannung aufgeladen i<nd bei Bedarf über ein Schaltelement auf di«: Steuerstrecke des Ventils entladen wird. Eine derartige Zündschaltung wird man bevorzugt zur Zündung von elektrischen Ventilen für hohe Spannungen verwenden, insbesondere von Hochspannungs-Thyristoren, da die Übertragung der Zündsignale potentialfrei durch elektromagnetische Strahlung erfolgen kann.It is already known to ignite an electrical valve, in particular a thyristor, a To use ignition circuit, which the ignition energy from the voltage across the anode-cathode path of the valve concerned (DTPS 15 38 099). A pulse capacitor is used here, the charged by means of this voltage i <nd if necessary via a switching element on di «: control path of the valve is discharged. Such an ignition circuit is preferred for igniting electric valves Use for high voltages, especially high-voltage thyristors, as the transmission of the Ignition signals can be carried out potential-free by electromagnetic radiation.

Bei einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art werden Mikrowellenimpulse zur Übertragung der Zündsignale verwendet (DT-OS 15 38 257). Die Mikrowellenimpulse können in Form gebündelter Strahlen übertragbar sein, wobei der Übertragungsweg an seinem Sende- und an seinem Empfangsende richtungsempfindliche Antennen mit Reflektoren aufweist. Bei dieser bekannten Einrichtung ist nachteilig, daß zur gebündelten Übertragung der Mikrowellenimpulse für jedes ein/eine Ventil sowohl eine einen Reflektor aufweisende Sendeantenne wie auch eine einen Reflektor aufweisende Empfangsantenne vorhanden sein müssen. Es wird daher eine der Anzahl der Ventile entsprechende Anzahl von senderseitigen Antennen benötigt, die jeweils exakt auf die empfängerseitigen Antennen ausgerichtet sein müssen.In a known device of the type mentioned at the beginning, microwave pulses are used for transmission the ignition signals are used (DT-OS 15 38 257). The microwave pulses can be bundled in the form Beams can be transmitted, the transmission path being directionally sensitive at its transmitting end and at its receiving end Has antennas with reflectors. In this known device is disadvantageous that for bundled transmission of the microwave impulses for each one / a valve as well as one having a reflector A transmitting antenna as well as a receiving antenna having a reflector must be present. A number of antennas on the transmitter side corresponding to the number of valves is therefore required must be precisely aligned with the antennae on the receiver side.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfacher aufgebauten Übertragungsweg für elektromagnetische Strahlung zu schaffen, bei dem (*> ein möglichst großer Anteil der vom Sender abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung auf die Detektoren gelangt, damit bei einem Zündbefehl ein ausreichend großes Eingangssignal an der Zündschaltung anliegt. The present invention is based on the object of creating a more simply structured transmission path for electromagnetic radiation in which (*> the largest possible proportion of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter reaches the detectors so that a sufficiently large input signal is applied to the ignition circuit when an ignition command is given .

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reflektor als elliptischer Teilzylinder ausgebildet ist, in dessen erster Brennlinie der Strahler und in dessen zweiter Brennfinie die Detektoren angeordnetIn a device of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that that the reflector is designed as an elliptical partial cylinder, in the first focal line of the radiator and in whose second focal line the detectors are arranged

^S Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt eine scharfe Bündelung der vom Strahler emittierten elektromagnetischen Strahlung in Richtung auf die einzelnen Detektoren der Zühdschaltungen. Durch die Anordnung des Strahlers in der ersten und die Anordnung der Detektoren in der zweiten Brennlinie einer Ellipse gelangt ein möglichst großer Anteil der vom Sender abgegebenen Strahlung auf die Detektoren. Die übertragene Zündimpulsinformation reicht dann zur störsicheren Zündung der einzelnen Ventile aus. Gegenüber der bekannten Einrichtung kann die Leistung des Senders kleiner gewählt und/oder die Übertragungsstrecke zwischen Sender und Detektoren größer gewählt werden. „. . , ^S In the inventive device a sharp focussing of the radiation emitted by the radiator electromagnetic radiation in the direction of the individual detectors of the Zühdschaltungen occurs. As a result of the arrangement of the radiator in the first and the arrangement of the detectors in the second focal line of an ellipse, the largest possible proportion of the radiation emitted by the transmitter reaches the detectors. The transmitted ignition pulse information is then sufficient for fail-safe ignition of the individual valves. Compared to the known device, the power of the transmitter can be selected to be smaller and / or the transmission path between transmitter and detectors can be selected to be larger. ". . ,

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein punktförmiger Strahler verwendet werden. Der Strahler kann jedoch auch stabförmig ausgebildet sein, wobei d^;e Achse seiner maximalen Abstrahlung in der ersten Brennlinie des als elliptischer Teilzylinder ausgebildeten Reflektors liegt.A point radiator can be used in the device according to the invention. The radiator can, however, also be rod-shaped, where d ^; e axis of its maximum radiation lies in the first focal line of the reflector designed as an elliptical partial cylinder.

Die elektrischen Ventile können in einem Ventilstapel zusammengefaßt sein, dessen Stapelachse parallel zur Linie der einzelnen Detektoren ausgerichtet ist. Dadurch läßt sich ein besonders einfacher Aufbau mit kurzen Verbindungsleitungen erzielen.The electric valves can be in a valve stack be summarized, the stack axis is aligned parallel to the line of the individual detectors. A particularly simple structure with short connecting lines can thereby be achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to two figures. It indicates

F i g. 1 eine Anordnung /nr Zündung einer Anzahl von elektrischen Ventilen mit einem Sender mit Reflektor, der in einem Schnitt dargestellt ist. undF i g. 1 an arrangement / nr ignition of a number of electric valves with a transmitter with reflector, which is shown in a section. and

F i g. 2 die Anordnung nach F i g. 1 in einem Blick von oben auf den elliptisch ausgebildeten Reflektor.F i g. 2 the arrangement according to FIG. 1 in a view from above of the elliptical reflector.

In F i g. 1 und 2 ist eine Einrichtung zur gleichzeitigen Zündung einer Anzahl von elektrischen Ventilen 11. / 2. 13 und 14 schematisch dargestellt. Dieie Ventile il bis r4 können insbesondere Thyristoren sein. Sie sind miteinander in Reihe geschaltet. Die dargestellte Reihenschaltung kann Bestandteil eines Stromrichters für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung sein. Die einzelnen Ventile il bis f4 können unter Zwischenlage nicht gezeigter Kühlkörper aufeinander gestapelt sein. Die Stapelachse steht vorzugsweise lot recht, so daß F i g. 1 einen seitlichen Blick auf die Stapelanordnung bietet.In Fig. 1 and 2 a device for the simultaneous ignition of a number of electric valves 1 1. / 2. 1 3 and 14 is shown schematically. The valves il to r4 can in particular be thyristors. They are connected in series with one another. The series circuit shown can be part of a converter for high-voltage direct current transmission. The individual valves il to f4 can be stacked on top of one another with the interposition of heat sinks (not shown). The stack axis is preferably perpendicular so that F i g. 1 offers a side view of the stack arrangement.

Zur Zündung der Ventile f 1 bis 14 ist ein Zündsteuersignal ζ vorgesehen, das beispielsweise in einem Regelkreis zur Spannungs- oder Frequrnzkonstanthaltung des Stromrichters gebildet wird. Dieses Zündsteuersignal ζ ist in einen Sender e gegeben, der mit einem Strahlkopf oder Strahler s versehen ist. Bei dem Sender e kann es sich beispielsweise um eine durch das Zündsteuersignal / ein- und ausschaltbare Spannungsquelle und bei dem Strahler s um eine Glühlampe oder eine L umineszensdiode handeln. Als Sender e kann aber auch ein Hochfrequenz-Sender vorgesehen sein, der eine Hochfrequenz-Strahlung, z. B. mit einer Frequenz von 2,4 GHz, über eine als Strahler s verwendete Antenne abstrahlt Der Strahler sist im vorliegenden Falle punktförmig ausgebildet. Die abgegebene elektromagnetische Strahlung kann im sichtbaren Spektralbereich,, im Infrarotspektralbereich, im UV-Spektralbereich oder im Hochfrequenz-Spektralbereich liegen.To ignite the valves f 1 to 1 4, an ignition control signal ζ is provided, which is formed, for example, in a control loop for keeping the converter voltage or frequency constant. This ignition control signal ζ is given in a transmitter e, which is provided with a beam head or radiator s. The transmitter e can be, for example, a voltage source that can be switched on and off by the ignition control signal /, and the radiator s can be an incandescent lamp or a luminescent diode. However, a high-frequency transmitter can also be provided as the transmitter e, which emits high-frequency radiation, e.g. B. emits at a frequency of 2.4 GHz, via an antenna used as a radiator s . The radiator s is punctiform in the present case. The emitted electromagnetic radiation can be in the visible spectral range, in the infrared spectral range, in the UV spectral range or in the high-frequency spectral range.

Aus den F i g. 1 und 2 geht hervor, daß der Strahler 5 im Innenraum eines Reflektors rangeordnet ist. DieserFrom the F i g. 1 and 2 it can be seen that the radiator 5 is arranged in the interior of a reflector. This

Reflektor r ist als elliptischer Teilzylinder ausgebildet Es kann sich dabei um einen metallischen Spiegel handeln. Ke Anordnung ist so getroffen, iiaß der Strahler s in der ersten Brennlinie des elliptischen Teilzylinders angeordnet ist. Er befindet sich etwa in der Mitte dieser S ersten Brennlinie des Reflektor» r. Diese Anordnung gewährleistet, daß ein großer Anteil der vom fender e abgegebenen Leistung als elektromagnetische Strahlung gebündelt auf der zweiten Brenniinie des Reflektors rzusammengefaßt wird. In Fig.2 stehen die bei- to den Brennlinie senkrecht auf der Papierebene.The reflector r is designed as an elliptical partial cylinder. It can be a metallic mirror. The arrangement is such that the radiator s is arranged in the first focal line of the elliptical partial cylinder. It is located approximately in the middle of this first focal line of the reflector . This arrangement ensures that a large proportion of the power emitted by the fender e is concentrated as electromagnetic radiation on the second focal line of the reflector. In FIG. 2, the two focal lines are perpendicular to the plane of the paper.

In einigem Abstand vom Strahler s ist eine Anzahl von Detektoren dt, d2, t/3 und t/4 angeordnet Diese Detektoren dt bis t/4 sind in der Lage, die von dem Strahler s abgegebene elektromagnetische Strahlung aufzunehmen und jeweils an eine nachgeschaltete Zündschaltung ζ 1. z2, z3 bzw. ζ4 ein Signal weiterzugeben. Die einzelnen Detektoren d\ bis c/4 sind in einer Linie angeordnet Diese Linie ist im wesentlichen parallel zur reflektornahen ersten Brennlinie ausgerichtet. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Linie der einzelnen Detektoren t/1 bis d4 genau mit der zweiten Brennlinie des Reflektors r zusammenfällt. Dadurch ist gewährleistet, daß die vom Sender 5 abgestrahlte elektromagnetische Strahlung über die Übertragungsstrek- ke auf die Oberfläche der Detektoren d 1 bis c/4 fokussiert wird. Wie aus Fig.2 hervorgehl, handelt es sich um eine symmetrische Anordnung von Strahler s. Reflektor rund Detektoren t/l bis t/4. Infolge der Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung kann man auch bei einer größeren Übertragungsstrecke mit einer geringen Sendeleistung auskommen.A number of detectors dt, d2, t / 3 and t / 4 are arranged at some distance from the emitter s . These detectors dt to t / 4 are able to pick up the electromagnetic radiation emitted by the emitter s and each to a downstream ignition circuit ζ 1. z2, z3 or ζ4 pass on a signal. The individual detectors d \ to c / 4 are arranged in a line. This line is aligned essentially parallel to the first focal line near the reflector. The arrangement is such that the line of the individual detectors t / 1 to d4 coincides exactly with the second focal line of the reflector r . This ensures that the electromagnetic radiation emitted by the transmitter 5 is focused on the surface of the detectors d 1 to c / 4 via the transmission path. As can be seen from Fig. 2, it is a symmetrical arrangement of radiators see reflector around detectors t / 1 to t / 4. As a result of the focusing of the electromagnetic radiation, it is possible to manage with a low transmission power even with a relatively long transmission path.

Um Störungen und Fremdeinstreuung zu vermeiden, ist es angebracht, die einzelnen Zündschaltungen ζ 1 bis ζ 4 in unmittelbarer Nähe der Ventile ii bis f4 anzuordnen. Dieser Forderung kann insbesondere dann Genüge getan werden, wenn die Stapelachse der Ventile 11 bis f 4 parallel zur Linie der einzelnen DetektorenIn order to avoid interference and foreign interference, it is advisable to arrange the individual ignition circuits ζ 1 to ζ 4 in the immediate vicinity of valves ii to f4. This requirement can be met in particular when the stacking axis of the valves 1 1 to f 4 is parallel to the line of the individual detectors 11 bis 14 ausgerichtet ist 1 1 to 1 4 is aligned

Wird Licht als elektromagnetische Strahlung verwendet so können die Detektoren d 1 bis t/4 Fototransistoren oder Fotothyristoren sein. Als Zündschaltung z\ bis ζ 4 läßt sich eine solche verwenden, die ihre Zündenergie aus der Anoden-Kathoden-Spannbng des betreffenden Ventils ti bis tA gewinnt Eine solche Zündschaltung ist beispielsweise in der bereits erwähnten deutschen Patentschrift 15 38099 beschrieben. Um die Gewinnung der Zündenergie aus dieser Anoden-Kathoden-Spannung schematisch in F i g. 1 zu verdeutlichen, ist dort zwischen der Anode des Ventils t 1 und der Zündschaltung ζ 1 eine elektrische Verbindung eingezeichnet Die Verbindung zur Kathode ist ohnehin für die Übertragung der Zündimpulse eingezeichnetIf light is used as electromagnetic radiation, the detectors d 1 to t / 4 can be phototransistors or photothyristors. An ignition circuit z \ to ζ 4 can be used which derives its ignition energy from the anode-cathode voltage of the valve ti to tA in question. In order to obtain the ignition energy from this anode-cathode voltage schematically in FIG. 1, an electrical connection is drawn in between the anode of the valve t 1 and the ignition circuit ζ 1. The connection to the cathode is drawn in anyway for the transmission of the ignition pulses

Ist als elektromagnetische Strahlung eine Hochfrequenz-Strahlung vorgesehen, so sind die Detektoren d 1 bis t/4 als Antennen ausgebildet Die auf die Detektoren d\ bis t/4 ausgerichtete Innenfläche des Reflektors r sollte dann metallisch sein. Entweder ist der Reflektor r dann insgesamt als Metallspiegel ausgebildet, oder seine Innenfläche ist mit einer metallischen Sc'iicht belegt Die einzelnen Zündschaltungen ζ 1 bis ζ 4, die wiederum entsprechend der deutschen Patentschrift 15 38 099 ausgebildet sein können, enthalten dann noch eine Hochfrequenz-Empfängerschaltung, die das über die Übertragungsstrecke gelieferte Zündsteuersignal auswerten und in einen Zündsteuerbefehl für die Zündschaltung ζ I bis ζ4 umsetzen.If high-frequency radiation is provided as the electromagnetic radiation, the detectors d 1 to t / 4 are designed as antennas. The inner surface of the reflector r aligned with the detectors d \ to t / 4 should then be metallic. Either the reflector then r total formed as a metal mirror, or its inner surface is coated with a metallic Sc'iicht The individual ignition circuits ζ 1 to ζ 4, in turn, the German patent 15 38 099 may be formed appropriately, then contain a high frequency Receiver circuit that evaluate the ignition control signal delivered via the transmission path and convert it into an ignition control command for the ignition circuit ζ I to ζ4.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Anordnung wird zur Zündung einer Reihenschaltung von Ventilen 1 I bis f4 verwendet. Die Zündung dieser Ventile /1 bis ?4 soll dabei gleichzeitig erfolgen. Abweichend davon läßt sich die dargestellte Anordnung der Bauelemente r, s und t/l bis t/4 auch dann verwenden, wenn die einzelnen Ventile ti bis f4 verschiedenen Zweigen des Stromrichters angehören und somit zu verschiedenen Zeitpunkten gezündet werden.The in the F i g. The arrangement shown in 1 and 2 is used to ignite a series connection of valves 1 I to f4. The ignition of these valves / 1 to? 4 should take place at the same time. In contrast to this, the illustrated arrangement of the components r, s and t / l to t / 4 can also be used if the individual valves ti to f4 belong to different branches of the converter and are thus ignited at different times.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

*; Device for the simultaneous ignition of a number of controllable semiconductor valves in one, converter for high voltages, in which a transmitter for electromagnetic radiation is provided with a radiator and a reflector and in which the ignition circuits of the controllable semiconductor valves are each assigned a detector, characterized in that the Reflector (r) ^ elliptical partial cylinder is formed in whose #ster © rertnlinie the radiator (s) u # d in whose second focal line the detectors (dt to t / 4) are arranged. '