DE2413744C3 - 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, insbes. Thyristoren, in einem Stromrichter für hohe Spannungen, bei der ein Hochfre- quenzsender mit 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 oder zwischen einem Halbleiterventil und Erde Entladungen auftreten. Diese Entladungen werden durch metallische Teile mit spitzen und scharfen Kanten begünstigt. Für Sprühentladungen besonders gefährdet sind die Empfangsantennen der Hochfrequenzempfänger.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- gründe, eine Empfangsantenne anzugeben, bei der Sprühentladungen trotz hohen Potentialunterschieds gegen Erde vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Empfangsantennen an sich bekannte dielektrisehe Stielstrahler vorgesehen sind.

Die Verwendung von Süelstrahlern als dielektrische Richtstrahler ist in der Hochfrequenztechnik bekannt (Meinke.Gundlach »Taschenbuch der Hochfre quenztechnik«. 1968. Seite t>12, 613; Fernmeldetechnisehe Zeitschrift. Heft 2. Februar 1949, Seite 33-36). Bei der vorliegenden Frfindung wird jedoch eine Eigenschaft der dielektrischen Stielstrahler ausgenutzt, die in der Hochfrequenzuvhnik Nslang keine Rolle spielte. Da in der Hochfrequenztechnik üblicherweise kein wesentlicher Potentialun'erschied zwischen einer Empfangsantenne und F.rde besteht, tritt dort auch nicht die Ciefdhr von Spruhentladungen an der Antenne auf Fs sind Jäher auch keine Hinweise bekannt, daß derartige Spruhentladungcn nut Hilfe von dielektrischen Stiel-Strahlern verhindert werden können Die vorliegende t rfindiing I"-einhaltet 'iiniii die Frkenntnis einer neuen W u kung der bekannten dielektrischen Stielstrahler, die es ermöglicht, hei der Hochfrequenzubertragung von /undsignalcn an die gesteuerten Ventile eines Stromrichtcrs für hohe Spannungen die störenden Sprühentladungen an der Empfangsantennc zu verhindern.

Fin dielckirischer Stielstrahler kann in bekannter Weise in seiner Richtwirkung an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Die in den Stielstrahler ein- f>5 tretende Hoehfrequenzencrgie läßt sich besonders gut ausnützen, wenn das Ende des Stielstrahlers mit einem metallischen Reflektor versehen ist. Dieser metallische Reflektor kann als kappenartiger Schirm ausgebildet sein der das Ende des Stilstrahlers umgibt Ein solcher Schirm dient zum einen zur Abschirmung gegenüber Störstrahlung; er gewährleistet zum anderen auch einen guten mechanischen Schutz gegenüber Beschädigungen. Schließlich wirkt er auch als Hohlraumresonator wodurch eine gute Ankopplung der Empfangsantenne an das Verbindungskabel gewährleistet ist. Hierbei kann das Verbindungskabel das vom dielektrischen Stielstrahler als Empfangsantenne zum Hochfrequenzempfänger führt, als Koaxialkabel ausgebildet sein, dessen Außenleiter im rechten Winkel zur Stielachse am Schirm angeflanscht ist, während die Fortsetzung seines Innenleiters in den Schirm hineinragt und einen halben Dipol bildet

Es ist ist auch möglich, den am Ende des dielektrischen Stabes angeordneten Reflektor zu einer Schlitzantenne weiterzubilden. Hierbei ist das rückwärtige Ende des Stabes mit einer Metallplatte versehen, deren Normale in Strahlrichtung des Hochfrequenz-Senders ausgerichtet ist Ferner ist die Metallplatte mit einem Schlitz versehen, dessen Höhe gleich der im Stab gemessenen halben Wellenlänge und dessen Breite wesentlich kleiner als die im Stab gemessene halbe Wellenlänge ist. Um hierbei eine einfache Befestigung zu erreichen, kann der Stab mit endseitig verringertem Querschnitt teilweise durch den Schlitz hindurchgefüiirt sein.

Als Werkstoff für die Empfangsantenne kann insbesondere ein Kunststoff, z. B. das unter dem Warenzeichen »Teflon« bekannte Polyfluoräthylen, verwendet werden. Um aber die Dielektrizitätskonstante dieses Werkstoffes stark zu vergrößern, können dem Werkstoff Metallteilchen, z. B. Gold- und/oder Silberstaub, fein verteilt beigemengt sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in fünf Figuren dargestellt Es zeigen:

F i g. 1 eine Anordnung zur drahtlosen Übertragung von Steuersignalen an die Steuerstrecken mehrerer Halbleiterventile eines Stromrichters,

Fig.2 einen dielektrischen Stielstrahler in einer Schnittdarstellung,

F i g. 3 einen Blick in Strahlrichtung auf den Stielstrahler von F i g. 2,

Fig.4 einen dielektrischen Stielstrahler mit einer Schlitzantenne in einer Schnittdarstellung. und

F i g. 5 einen Blick auf die Rückseite der Antenne von F i g. 4.

Nach F i g. 1 sind zwei miteinander in Reihe geschaltete steuerbare Halbleiterventile la und 2b sowie zwei weitere miteinander in Reihe geschaltete steuerbare Halbleiterventile 5a und 56 vorgesehen. Die Halbleiterventile la. Ib und 5a. 5b sollen Bestandteile eines Stromrichters mit Halbleiterventilen, insbesondere Thyristoren, in Drehstrombrückenscl.altung sein. Die jeweils zwei Halbleiterventil·.' la. Ib und 5a. 5/>gehören verschiedenen Zweigen des Stromrichters an. Jeder dieser Zweige besitzt im allgemeinen beträchtlich mehr als nur zwei Halbleiterventile la, Ib 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 for sämtliche Zweige des Stromrichters. Von diesen Steuersignalen sind in F i g. 1 nur die Steuersignale pl und ρ 5 vermerkt, die zur drahtlosen Zündung der Halbieiterventile 2a, 26 bzw. 5a, 5b verwendet werden.

Die Übertragung der Steuersignale ρ 2, ρ 5 an die Steuerstrecken der Halbleiterventile 2a, 26 bzw. 5a, 56 erfolgt dabei nacheinander mittels einer Hochfrequenzübertragungsstrecke. Zunächst wird die gemeinsame Zündung der Halbleiterventile 2* und 26 betrachtet, die demselben Zweig im Stromrichter angehören.

Nach F i g. 1 wird das Steuersignal ρ 2 für die Halbleiterventile 2a, 26 in einen Hochfrequenz-üender 10 gegeben, der mit einer Sendeantenne 9 und einem Reflektor 9r ausgerüstet ist. Der Hochfrequenz-Sender 10 gibt ein Ausgangssignal ab, dessen Trägerfrequenz f, z. B. 2,45 GHz beträgt Durch das in den Modulationseingang eingegebene Steuersignal ρ 2 wird hier eine Amplitudenmodulation vorgenommen. Ist das Steuersignal ρ 2 ungleich Null, so wird die Trägerfrequenz /0 mit einer Modulationsfrequenz /j beispielsweise von 10 MHz amplitudenmoduliert Die Sendeantenne 9 strahlt dann ein Übertragungssignal 11 ab, welches neben der Trägerfrequenz f° die Frequenzen (/O ± f,) enthält Das Übertragungssignal 11 wird von der Sendeantenne 9 in paralleler Bündelung oder — wie eingezeichnet — radial in Richtung auf die Halbleiterventile 2a, 26 abgestrahlt.

In einigem Abstand von der Sendeantenne 9 befinden sich Hochfrequenz-Empfänger 12a, 126, von denen jeder einem der Halbleiterventile 2a, 26 zugeordnet ist. Ihre Empfangsantennen 13a bzw. 136 sind der Sendeantenne 9 zugewandt, so daß das Übertragungssignal 11 mit maximaler Stärke empfangen werdei; 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 2a bzw. 26 gegeben ist. Als Demodulator dient hier die Kombination eines Gleichrichters mit einem auf die Modulationsfrequenz fi abgestimmten Filter. Die Hochfrequenz-Empfänger 12a, 126 wirken somit selektiv, 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, 26 gezündet. Die übertragung der Zündinformation wird durch das hochfrequente Übertragungssignal Il potentialfrei vorgenommen. Große Potentialunterschiede zwischen Hochfrequenz-Sender 10 und Halbleiterventilen 2a. 26 wirken sich also nicht störend aus.

Aus F i g. 1 ist weiter ersichtlich, daß der Hochfrequenz-Sender 10 einerseits zur drahtlosen Übertragung des Steuersignals ρ 2 an die Steuerstrecken der Halbleiterventile 2a und 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 S sorgt nun, falls es ungleich Null ist, dafür, daß die Trägerfrequenz f, des Hochfrequenz-Senders 10 mit einer weiteren Modulationsfrequenz k, die z. B. 20 MHz betragen kann, moduliert wird. Das Übertragungssignal 11 hat dann die Frequenz (Λ ± ft).

Jedem der Halbleiterventile 5a, 56 ist ebenfalls ein Hochfrequenz-Empfänger 15a, 156 mit Empfangsantenne 16a, 166 zugeordnet. Diese Hochfrequenz-Empfänger 15a, 156 zeigen denselben Aufbau wie die Hochfrequenz-Empfänger 12a, 126, ihre Demodulatoren sind jedoch nicht auf die Modulationsfrequenz k, sondern auf die Modulationsfrequenz Λ abgestimmt Sie geben daher nur dann ein Zündngnal an die Halbleiterventile 5a, 56 weiter, wenn das Übertragungssignal einen Anteil mit der Modulationsfrequenz A 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 zwischen einem Halbleiterventil einerseits und Masse oder Erde andererseits infolge der hohen Potential-Unterschiede Entladungen auftreten. Um dieser Gefahr zu begegnen, müssen die einzelnen Halbleiterventile samt Beschattung 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 13a, 136 sowie 15a, 156 eine reine Dipolantenne aus metallischem Werkstoff verwendet wird.

Die F i g. 2 und 3 zeigen eine bevorzupte Ausführungsform einer Empfangsantenne 13 im Querschnitt bzw. in der Aufsicht, bei der Entladungen der genannten Art vermieden werden. Die Empfangsantenne 13 ist ein an sich bekannter dielektrischer Stielstrahler.

Die Empfangsantenne 13 besteht nach F i g. 2 und 3 aus einem länglichen Körper aus einem dielektrischen Material. Ihre Längsausdehnung ist also wesentlich größer ai., ihr Durchmesser. Als Material kann der leichten Bearbeitbarkeit wegen ein Kunststoff wie das unter dem Warenzeichen »Teflon« bekannte Polyfluoräthylen verwendet werden. Um ein Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante zu erhalten, können diesem Material Metallteilchen in feiner Verteilung, z. B. Gold- oder Silberstaub, beigemengt sein.

Die Empfangsantenne 13 ist mit ihrer Längsachse auf die Sendeantenne 9 ausgerichtet. Sie umfaßt ein stabförmiges vorderes Teilstück 14 runden Querschnitts, das sich — in Richtung auf die Sendeantenne 9 und entgegen der Strahlrichtung gesehen — verjüngt. Durch die verjüngte Ausbildung dieses Teilstücks 14 erhält man eine gute Richtungscharakteristik. Das vordere Teilstück 14 sitzt auf einem hinteren Teilstück 15, das als kubischer Absatz geformt ist. Das hintere Teilstück 15 kann prinzipiell beliebig, z. B. auch zylindrisch, ausgebildet sein. Es enthält das Endstück des Innenleiters 16 eines Verbindungskabels 17, das bevorzugt ein Koaxialkabel ist. Das Verbindungskabel 17 verbindet die hmpfangsantenne 13 mit dem Hochfrequenzempfänger. Das Endstück des Innenleiters 16 ist, damit sich eine gute Polarisationswirkung ergibt, senkrecht zur Längsachse des Teilstückes 14 in das Teilstück 15 eingeführt. Dadurch wirkt der Innenleiler 16 als kurze, von dielektrischem'Material umgebene halbe Dipolantenne. Die Länge der Empfangsantenne 13 — in Strahlrichtung des Übertragungssignals 11 zwischen der Frontfläche 18 des Teilstücks 14 und dem Endstück des Innenleiters 16 gemessen — ist so gewählt, daß die Hochfrequenz-Welle des in die Empfangsantenne 13 eintretenden hochfrequenten Übertragungssignals 11 längs des genannten Weges eine Phasendrehung von min-

destens 180°, also eine Phasenverschiebung von mindestens einer halben Wellenlänge erfährt. Die Länge der Empfangsantenne 13 ist somit von dem verwendeten dielektrischen Material abhängig.

Das hintere Ende des Teilstückes 15 ist in einigem Abstand von der rückseitigen Stirnfläche mit einem metallischen Reflektor 19 versehen. Auf diese Weise läßt sich die in die Empfangsantenne 13 eintretende Hochfrequenz-Energie besonders gut zur Zündung des zugeordneten Halbleiterventils ausnutzen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der metallische Reflektor 19 durch metallische Seitenwände 20 vorteilhafterweise zu einem Schirm 19, 20 ergänzt worden. Dieser Schirm 19,20 ist an einer Verbindungsstelle 21 mit dem Außenleiter 22 des Zuführungskabels 17 elektrisch leitend verbunden. Ein solcher Schirm 19, 20 dient zum einen zur Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Störstrahlung, zum anderen gewährleistet er auch mechanischen Schutz gegenüber Beschädigungen der Empfangsantenne 13. Schließlich wirkt er auch als Hohlraumresonator, wodurch eine gute Ankopplung der Empfangsantenne 13 an das Zuführungskabel 17 gewährleistet ist

Die Fig.4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Empfangsantenne 23 im Querschnitt bzw. in der rückwärtigen Aufsicht, bei der ebenfalls störende Entladungen nicht auftreten können. Auch diese Empfangsantenne 23 ist ein dielektrischer Stielstrahler.

Die Empfangsantenne 23 ist in den F i g. 4 und 5 als Schlitzantenne ausgeführt. Sie besteht aus einem länglichen Teilstück 24 runden Querschnitts, das aus einem dielektrischen Material gefertigt ist Dieses Teilstflck 24 verjüngt sich in Blickrichtung auf die Sendeantenne. Das rückwärtige Ende des stabförmigen Teilstücks 24 ist mit einer Metallplatte 25, die z. B. aus Kupfer gefertigt ist, abgeschlossen. Die Normale der Metallplatte 25 ist im Betrieb in Richtung auf die Sendeantenne ausgerichtet. Die äußeren Abmessungen der Metallplatte 25 sind um einiges größer als der endseitige Durchmesser des Teilstückes 24. Der Abstand zwischen vorderer Stirnfläche des Teilstückes 24 und hinterer Stirnfläche an der Metallplatte 25 ist so bemessen, daß sich für die eintretende Hochfrequenzwelle dazwischen eine Phasendrehung von mindestens 180° ergibt.

Die Metallplatte 25 ist in ihrer Mitte mit einem Schlitz 26 versehen. Die Abmessungen dieses Schlitzes 26 sind folgende: Seine Höhe Λ ist gleich der im Teilstück 24 gemessenen halben Wellenlänge der Hoclifre-

quenz-Welle des Übertragungs-Signals II, und seine Breite b ist wesentlich kleiner als die im Teilstück 24 gemessene halbe Wellenlänge. Die Breite b kann z. B. eine Zehntel Wellenlänge betragen. Die Abmessungen des Schlitzes 26 hängen somit von dem dielektrischen Material ab, das zur Fertigung des Teilstückes 24 verwendet wird.

Das Endstück 27 des Teilstücks 24 ist mit einem verringerten, dem Schlitz 26 angepaßten Querschnitt durch den Schlitz 26 hindurchgeführt Auf diese Weise

läßt sich eine einfache Befestigung von Teilstück 24 und Metallplatte 25 erreichen. Die Metallplatte 25 übernimmt dadurch neben der Funktion eines metallischen Reflektors diejenige einer Tragplatte.
Aus F i g. 5 ergibt sich, daß zwei Zuführungslekungen 28, 29, welche die Empfangsantenne 23 mit dem zugehörigen Hochfrequenz-Empfänger verbinden, an den Punkten 30 bzw. 31 symmetrisch und in halber Höhe h am Schlitz 26 angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur gleichzeitigen Zündung einer Anzahl von steuerbaren Halbleiterventilen, insbes. Thyristoren, in einem Stromrichter für hohe Spannungen, bei der ein Hochfrequenzsender mit Sendeantenne und den Halbleiterventilen zugeordnete Hochfrequenzempfänger mit Empfangsantennen vorgesehen sind, dadurch gekennzeich net, daß als Empfangsantennen an sich bekannte dielektrische Stielstrahler vorgesehen sind.