DE2413164C3 - Einrichtung zur gleichzeitigen Zündung einer Anzahl von steuerbaren Halbleiterventilen, insbesondere Thyristoren, in einem Stromrichter für hohe Spannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur gleichzeitigen Zündung einer Anzahl von steuerbaren Halbleiterventilen, insbesondere Thyristoren, in einem Stromrichter für hohe Spannungen, bei der ein Hochfrequenzsender mit einer Sendeantenne und den Halbleiterventilen zugeordnete Hochfrequenzempfänger mit Empfangsantennen vorgesehen sind. Derartige Einrichtungen sind bekannt (DT-OS 15 38 257. CH-PS 4 13 993).

Bei der Hochfrequenzübertragung von Zündsignalen für die Halbleiterventile in Stromrichtern für hohe Spannungen besteht die Gefahr, daß infolge des großen Potentialunterschieds zwischen den Halbleiterventilen untereinander bzw. zwischen den Halbleiterventilen und Erde Sprühentladungen auftreten. Diese Sprühentladüngen werden durch metallische Teile mit spitzen und scharfen Kanten begünstigt. In bezug auf Sprühentladungen sind die Empfangsaiitennen der den steuerbaren Halbleiterventilen zugeordneten Hochfrequenzempfänger besonders gefährdet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungsstrecke für die Hochfrequenzübertragung von Zündsignalen anzugeben, die einerseits nur einen geringen Raumbedarf für die Empfangsantennen aufweist und bei der andererseits Sprühentladungen an den Empfangsantennen trotz des hohen Potentialunterschieds gegen Erde vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sendeantenne zur Abstrahlung zirkulär polarisierter Hochfrequenzstrahlung eingerichtet ist und daß als Empfangsantennen metallische Wendelantennen vorgesehen sind, die in ein dielektrisches Material eingebettet sind.

Die Verwendung von Wendel- oder Spulenantennen ü.s ist in der Hochfrequenztechnik bekannt (M ein k, G und Id eh »Taschenbuch der Hochfrequenztechnik«, 1968, Seiten 613, 614). Als Vorteil der zirkulären Polarisation wird in der Hochfrequenztechnik die Verminderung von Echoerscheinungen angesehen, die (>o von reflektierenden Gegenständen auf dem Übertragungsweg herrühren. Diese Eigenschaft ist in bezug auf die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Wesentlich ist vielmehr, daß Wendelantennen eine geringe Baugröße besitzen und insbesondere eine ^(l5 geringere Ausdehnung senkrecht zur Abstrahlrichtung aufweisen als beispielsweise vergleichbare Dipolantennen, /.. B. gekreuzte Dipole. Da zwischen den einzelnen Empfangsantennen ein bestimmter Sicherheitsabstand eingehalten werden muß. ist die Baugröße und insbesondere die Ausdehung senkrecht zur Abstrahlrichtung der Empfangsaniennen bestimmend für den gesamten Raumbedarf eines derartigen Stromrichters. Da derartige Stromrichter oft eine große Anzahl von steuerbaren Halbleiterventilen enthalten, ist man bestrebt, die Hochfrequenzempfänger und ihre Empfangsantennen möglichst dicht anzuordnen. Dazu ist es erforderlich, daß die Hochfrequenzempfänger und ihre Empfangsantennen möglichst klein sind. Die Baugröße eines Hochfrequenzempfängers und der nachgeschalteten Zündschaltung läßt sich durch Verwendung von miniaturisierten elektrischen Bauelementen klein halten. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Wendelantennen wird nunmehr auch für die Empfangsantennen der Hochfrequenzempfänger nur wenig Platz benötigt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß die metallischen Wendelanlennen in ein dielektrisches Material eingebettet sind. Diese Maßnahme ist zwar in der Hochfrequenztechnik bereits bekannt, wurde jedoch dort bisher nur angewendet, um die Wendelantenne mechanisch zu stützen (»Electronic Engineering«. April 19^7. Seiten 181 - 183) oder um die Wendelantenne vor Wettereinflüssen, wie Eis und Schnee, zu schützen (»Communication Engineering«. 1953, Juli-August, Seiten 19, 20). Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine Eigenschaft einer in dielektrisches Material eingebetteien Wendelantenne ausgenutzt, die in der Hochfrequenrtechnik keine Rolle spielt. Da in der Hochfrequenztechnik üblicherweise kein wesentlicher Potentialunterschied zwischen einer Empfangsantenne und I r<h^% hcstehi, tritt auch nicht die Gefahr von Sprühentladungen an der Antenne auf. Fs sind daher keine Hinweise bekannt, daß derartige Sprühentladungen durch Verwendung von metallischen Wendelantennen verhindert werden können, die in ein dielektrisches Material eingebettet sind. Die vorliegende Erfindung beinhaltet somit die Erkenntnis einer neuen Wirkung einer bekannten, in dielektrisches Material eingebetteten metallischen Wendelantenne, die es ermöglicht, bei der Hochfrequenzübertragung von Zündsignalen an die gesteuerten Halbleiterventile eines Stromrichters für hohe Spannungen die störenden Sprühentladungen an den Empfangsantennen der den Ventilen zugeordneten Hochfrequenzempfänger zu verhindern. Diese Sprühentladungen werden insbesondere an der Spitze der metallischen Wendelantenne wirksam verhindert.

Als dielektrisches Material, in das die metallische Wendelantenne eingebettet ist, kann ein Kunststoff vorgesehen sein, insbesondere ein Epoxy-Resin-Harz. Man kann die metallische Wendelantenne in einen zylindrischen Körper aus dielektrischem Material einbetten. Der Abstand der Wendelantenne von allen äußeren Begrenzungsflächen dieses Körpers soll so gewählt sein, daß keine Sprühentladungen auftreten können. E'ne besonders wirksame Auskopplung der empfangenen Hochfrequen/energie läßt sich dadurch erzielen, daß die Wendelantenne mir einer metallischen Grundplatte abgeschlossen ist, und daß das Verbindungskabel, das die Wendelantenne mit dem zugehörigen Hochfrequenzempfänger verbindet, ein Koaxialkabel ist, dessen Innenleiter mit der Wendel und dessen Außenleiter mit dieser Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei anhand

zweier Figuren beschrieben Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung zur drahtlosen Übertragung von Steuersignalen an die Steuerstrecken mehrerer Halbleiterventile eines Stromrichters und

Fig.2 eine Wendelantenne in eirer Schnittdarstellung.

Nach Fig. 1 sind zwei miteinander in Reihe geschaltete steuerbare Halbleiterventile 2a und 26 sowie zwei weitere miteinander in Reihe geschaltete steuerbare Halbleiterventile 5a und 56 vorgesehen. Die Halbleiterventile 2a, 2b und 5a, 56 sollen Bestandteile eines Stromrichters mit Haibleiterventilen, insbesondere Thyristoren, in Drehstrombrückenschaltung sein. Die jeweils zwei Halbleiterventile 2a, 2b und 3a. 3b gehören verschiedener« Zweigen des Stromrichters an. Jeder dieser Zweige besitzt im allgemeinen beträchtlich mehr als nur zwei Halbleiterventile 2a, 2b bzw. 5a, 5b, da der Stromrichter für hohe Spannung vorgesehen ist. Es kann sich insbesondere um einen Stromrichter für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung handeln.

Ein nicht gezeigter Steuersignalgeber liefert Steuersignale in vorgegebener Reihenfolge und Frequenz für sämtliche Zweige des Stromrichters. Von diesen Steuersignalen sind in Fig. 1 nur die Steuersignale ρ2 und ρ5 vermerkt, die zur drahtlosen Zündung der Halbleiterventile 2a, 2bbzw. 5 a. 5b verwendet werden.

Die Übertragung der Steuersignale ρ 2, ρ 5 an die Steuerstrecken der Halbleiterventile 2a und 2b bzw. 5;j. 5b erfolgt dabei nacheinander mittels einer Hochfre· quenzübertragiingsstrecke. Zunächst wird die gemeinsame Zündung der Halbleiterventile 2a und 2b betrachtet, die demselben Zweig im Stromrichter angehören.

Nach Fig. 1 wird das Steuersignal ρ2 für die Halbleiterventile 2a, 2b in einen Hochfrequenz-Sender 10 gegeben, der mit einer Sendeantenne 9 und einem Reflektor 9r ausgerüstet ist. Der Hochfrequenz-Sender

10 gibt ein zirkularpolarisiertes Ausgangssignal ab, dessen Trägerfrequenz /Ό z. B. 2,45 GHz beträgt. Durch das in den Modulationseingang eingegebene Steuersignal ρ 2 wird hier eine Amplitudenmodulation vorgenommen. 1st das Steuersignal ρ 2 ungleich Null, so wird die Trägerfrequenz /Ό mit einer Modulationsfrequen/ fl beispielsweise von 10 MHz amplitudenmoduliert. Die Sendeantenne 9 strahlt dann ein Übertragungssignal 11 ab, welches neben der Trägerfrequenz /"0 die Frequenzen (AO ±f2) enthält. Das Übertragungssignal

11 wird von der Sendeantenne 9 in paralleler Bündelung oder — wie eingezeichnet — radial in Richtung auf die Halbleiterventile 2a, 2b abgestrahlt.

In einigem Abstand von der Sendeantenne 9 befinden sich Hochfrequenz-Empfänger 12a, \2b. von denen jeder einem der Halbleiterventile 2a. 2b zugeordnet ist. Ihre Empfangsantennen 13a bzw. 136 sind als Empfangsantennen für zirkulär polarisierte Hochfrequenz-Strahlung ausgebildet und der Sendeantenne 9 zugewandt, so daß das Übertragu.igssignal 11 mit maximaler Stärke empfangen werden kann. Die Hochfrequenz-Empfänger 12a, 126 besitzen denselben Aufbau. Sie enthalten jeweils einen Demodulator, dessen Ausgangssignal — gegebenenfalls über eine Kippschaltung und/oder eine Zündschaltung, z. B. nach der deutschen Patentschrift 15 38 099 — auf die Steuerstrecke des zugeordneten Halbleiterventils 2;; bzw. 26 gegeben ist. Ms Demodulator dient hier die Kombination eines Gleichrichters mit einem auf die Modulationsfrequenz (2 abgestimmten Filter. Die Hochfrequenz-Empfänger 12;;, 126 wirken somit selek

liv. so daß andere Frequenzen keine Störeinflüsse ausüben können. Sobald also ein Steuersignal ρ 2 am Modulationseingang des Hochfrequenz-Senders 10 anliegt, werden die beiden Halbleiterventile 2a, 2ü gezündet Die Übertragung der Zündinformation wird durch das hochfrequente Übertragungssignal 11 potentialfrei vorgenommen. Große Potentialunterschiede zwischen Hochfrequenz-Sender 10 und Halbieiterventilen 2a, 26 wirken sich also nicht störend aus.

Aus Fig. 1 ist weiter ersichtlich, daß der Hochfrequenz-Sender IO einerseits zur drahtlosen Übertragung des Steuersignals ρ 2 an die Steuerstrecken der Halbleiterventile 2a, 26, andererseits aber auch zur drahtlosen Übertragung des weiteren Steuersignals ρ 5 an die Steuerstrecken der weiteren Halbleiterventile 5a, 56 vorgesehen ist. Das Steuersignal ρ 5 ist zu anderen Zeitpunkten ungleich Null als das Steuersignal ρ 2. Die Halbleiterventile 5a, 56 sollen also zu anderen Zeitpunkten gezündet werden als die Halbleiterventile 2a, 26. Dieses weitere Steuersignal ρ 5 sorgt nun, falls es ungleich Null ist, dafür, daß die Trägerfrequenz /"0 des Hochfrequenz-Senders 10 mit einer weiteren Modulationsfrequenz f5, die z.B. 20MHz betragen kann, moduliert wird. Das IJbertragungssignal 11 hat dann die Frequenz (/Ό±/5).

lede'ii der Halbleiterventile 5a, 56 ist ebenfalls ein Hochfrequenz-Empfänger 15a. 156mit Empfangsantenne 16a, 166 zugeordnet. Diese Hochfrequenz-Empfänger 15a. 156 zeigen denselben Aufbau wie die Hochfrequenz-Empfänger 12a. 126; sie sind ebenfalls für den Empfang zirkulär polarisierter Hochfrequenz-Strahlung eingerichtet, ihre Demodulatoren sind jedoch nicht auf die Modulationsfrequenz ti, sondein uiit die Modulationsfrequenz f5 abgestimmt. Sie geben daher nur dann ein Zündsignal an die Halbleiterventile 5a. 56 weiter, wenn das Übertragungssignal einen Anteil mit der Modulationsfrequenz /5 besitzt. Der Durchgang anderer Frequenzen durch das Filter wird weitgehend gesperrt, so daß eine unbeabsichtigte Zündung praktisch ausgeschlossen ist.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Halbleiterventile 2a. 26 und 5a, 56 Bestandteile eines Stromrichters für hohe Spannung, z. B. für eine Spannung von 1 MeV, sind. In einem solchen Stromrichter besteht die Gefahr, daß zwischen den einzelnen Halbleiterventilen oder /wischen einem Halbleiterventil einerseits und Masse oder Erde andererseits infolge der hohen Potentialunterschiede Entladungen auftreten. Um dieser Gefahr zu begegnen, müssen die einzelnen Halbleiterventile samt Beschallung voneinander und von Masse und Erde einen ausreichenden Sicherheitsabstand besitzen. Weiterhin muß darauf geachtet werden, daß die einzelnen Bauteile nicht zu scharfe Spitzen und Kanten besitzen, damit Sprühentladungen vermieden werden. Solche Sprühentladungen könnten auch auftreten, wenn jeweils als Empfangsantenne 13<-<, 136 sowie 15a, 156 eine Dipolantenne aus metallischem Werkstoff verwendet wird.

Um eine möglichst dichte Anordnung der Hochfrequenz-Empfänger 12, 15 und Empfangsantennen 13, 16 zu ermöglichen, sind die Empfangsantennen 13, 16 nach Fig. 2 als Wendelantennen zum Empfang für zirkularpolarisierte Strahlung ausgebildet.

Nach F i g. 2 umfaßt die allgemein mit 20 bezeichnete Etnpfangsantcnne eine Wendel 21 aus Metall, deren Achse 22 in Richtung auf die Sendeantenne ausgerichtet ist. Das hochfrequente Übertragungssignal 11 fällt axial auf die Wendel 21 auf. )e mehr Windungen die Wendel

21 besitzt, umso besser ist die Richtwirkung der Empfangsantenne 20.

Die Wendel 21 ist an den Innenleiter 23 eines koaxialen Verbindungskabels 24 angeschlossen, das die Wendelantenne 20 mit dem zugehörigen Hochfrequenz-Empfänger verbindet. Der Außenleiter 25 dieses Verbindungskabels 25 ist mit einer metallischen Grundplatte 26 elektrisch leitend verbunden. Die Grundplatte 26 kann z. B. aus Kupfer bestehen. Sie ist mit einer Öffnung 27 versehen, durch welche der Innenleiter 23 hindurchgeführt ist.

Die Grundplatte 26 schließt das hintere Ende der Wendel 21 ab. Sie ermöglicht eine besonders wirksame Auskupplung der einfallenden Hochfrequenz-Strahlung. Gleichzeitig kann sie als Trageplatte für weitere Bauelemente, z. B. für die zugehörige Zündschaltung, dienen.

Nach Fig. 2 ist die Wendel 21 vollständig in ein dielektrisches Material, insbesondere in einen Kunststoff wie Epoxyresinharz, eingebettet. Das Material ist s zu einem zylindrischen Körper 28 gegossen, dessen Zylinderachse mit der Achse 22 der Wendel 21 zusammenfällt. Beim Eingießen der Wendel 21 wurde darauf geachtet, daß der Abstand der Wendelantenne von der zylindrischen Außenfläche und den beiden

ίο Kreisflächen jeweils einen vorgegebenen Sicherheitsabstand nicht unterschreitet. Dadurch ist gewährleistet, daß an der Empfangsantenne 20 trotz des hohen Potenlialunterschieds gegenüber Masse oder gegenüber anderen Bauteilen keine Sprühentladungen auftre-

i<i ten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur gleichzeitigen Zündung einer Anzahl von steuerbaren Halbleiterventilen, insbesondere Thyristoren, in einem Stromrichter für hohe Spannungen, bei der ein Hochfrequenzsender mit einer Sendeantenne und den Halbleiterventilen zugeordnete Hochfrequenzempfänger mit Empfangsantennen vorgesehen sind, dadurch geke-nnzeichnet, daß die Sendeantenne (9) zur Abstrahlung zirkulär polarisierter Hochfrequenzstrahlung eingerichtet ist und daß als Empfangsantennen (13a, 136,16a, 166; 20) metallische Wendelantennen (21) vorgesehen sind, die in ein dielektrisches Material eingebettet sind.