DE2444910A1

DE2444910A1 - Schutzvorrichtung fuer einen thyristor

Info

Publication number: DE2444910A1
Application number: DE19742444910
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl Ing Thiele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1974-09-19
Publication date: 1976-04-08
Also published as: DE2444910C3; DE2444910B2; JPS5156943A

Description

Schutzvorrichtung für einen Thyristor Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Thyristor gegen Überspannungen.
Thyristoren können durch Überspannungen, die größer als die zulässige Spitzenspannung des Thyristors sind, oder durch eine zu große Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung zerstört werden. Zum Schutz von Thyristoren sind Überspannungsbeschaltungen, beispielsweise mit Uberspannungsableitern und -fl'-CL-Gliedern bekannt, wie sie beispielsweise in dem Buch "Thyristor-Handbuch" Herausgeber Siemens AG 1965, Seite 193 bis 195 beschrieben sind.
Besonders wichtig sind solche Überspannungsbeschaltungen bei Thyristorventilen für Hochspannungsanwendungen, z.B. in HGÜ-Anlagen. Diese Thyristorventile werden durch die Reihen-und Parallelschaltung entsprechender Anzahlen von Thyristoren gebildet, die z.B. über Impulsübertrager magnetisch angesteuert werden.
Diese Thyristorventile können durch äußere Ursachen wie z.B.
Isolatorüberschläge oder durch Blitzeinschläge auf den Übertragungsleitungen zu beliebiger Zeit einer Überspannungsbeanspruchung ausgesetzt werden. Mit einer oben erwähnten Überspannungsbeschaltung, bei der den Ventilen Überspannungsabweiter parallel geschaltet werden, die die Höhe der Überspannungen auf die für die Thyristoren zulässigen Werte begrenzen und bei der eine Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit für die Thyristoren innerhalb eines Ventils durch RCL-Glieder erfolgt, die im Ventil verteilt angeordnet sind, wird ein weitgehender Schutz der Ventile gegen Überspannungen erreicht.
Lediglich bei Überspannungen während der Freiwerdezeit der Thyristoren, die sich an ihre Stromführungszeit anschließt, kann ein erneutes Zünden jedes Thyristors beim Auftreten positiver Spannung an seiner Anoden-Kathoden-Strecke bei einem Spannungswert erfolgen, der von der elektrischen Beanspruchung und vom Thyristorexemplar abhängig ist. Dabei ist noch zu berücksichtigen, daß die Freiwerdezeit eines Thyristors insbesondere mit der Anstiegsgeschwinigkt und auch mit der Höhe der von negativ nach positiv wiederkehrenden Änodenspannung ansteigt. Das Einschalten von Thyristoren über ihre Anoden-Eathoden-Spannung ohne Steuerimpuls, das sogenannte Überkopf-Zünden kann zu einer Thyristorzerstörung Führen, die mit bekannten Überspannungsbeschaltungen -nicht auszuschließen ist.
Es besteht die Aufgabe, eine Schutzvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Uberkopf-Zünden des Thyristors ausgeschlossen ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zündelektrode des Thyristors mit einer Basis eines Uni-Juncton-Transistors verbunden ist, daß die andere Basis des Uni-junction-Transistors mit dem Verbindungspunkt; einer Referenzspannungsquelle und eines Widerstandes verbunden es., die parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke des Tr:stors geschaltet sind und daß der Emitter des Uni-Junction-Transistors mit einem Meßfühler zur Bestimmung der Thyristors spannung verbunden ist.
Mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung wird bei Auftreten einer Überspannung eine gezielte -Notzündung des Thyristors über die Elektrode erreicht. Dies ist insbesondere auch während der Freiwerdezeit des Thyristors möglich. Vorzugsweise mit einem Meßfühler zur Bestimmung der Anstiegssteilheit der Thyristorspannung, mit dem der Emitter des Uni-Junction-Transistors verbunden ist, kann auch eine Notzündung in Abhängigkeit von der Anstiegssteilheit der Thyristorspannung erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung wird beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. In den Figuren sind drei Ausführungsbeispiele dargestellt. Gleiche Bauteile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt zwei parallel geschaltete Thyristoren 1, die über Klemmen 2 und 3 an einer Spannung liegen. Der Qnoden-Kathoden-Strecke der Thyristoren 1 ist ein Widerstand 4 und als Referenzspannungsquelle eine Z-Diode 5 parallelgeschaltet. Der Verbindungspunkt 5a zwischen dem Widerstand 4 und der Z-Diode 5 ist mit der Basis B2 eines Uni-Junction-Transistors 6 verbunden. Die andere Basis B1 des Uni-Junction-Transistors 6 ist über jeweils eine Sperrdiode 7 mit der Zündelektrode jedes Thyristors 1 verbunden. Ebenfalls zur Anoden-Kathoden-Strecke der Thyristoren 1 liegt eine Serienschaltung, die aus einer Sperrdiode 8 und zwei Eondensatoren 9 und 10 besteht; wobei der Sperrdiode 8 ein Widerstand 11 parallelgeschaltet ist. Der Verbindungspunkt 1Oa der beiden Kondensatoren 9 und 10 ist mit dem Emitter E des TJnl-Junction-Transistors 6 verbunden. Steigt die Spannung am Thyristor 1 so an, daß die Spannung am Kondensator den Vert zur Spannung zwischen der Basis B1 und der Basis B2 des Uni-Junction-Transistors übersteigt, so zündet der Uni-Junction-Transistor und die Thyristoren 1 erhalten einen Zündimpuls und werden gezündet, wobei der Kondensator 10 bei dieser Notzündung als Energiespeicher dient. Diese Notsündung kann in jedem Zeitpunkt, also auch insbesondere während der Freiwerdezeit.der Thyristoren 1 erfolgen und ein Überkopf -Zünden der Thyristoren 1 ist damit in einfacher Weise vermieden. Liegt Sperrspannung an den Thyristoren 1 an, so können sich die Kondensatoren 9 und 10 über den hochohmigen Widerstand 11 entladen.
Im Äusführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Schaltung durch einen Meßfühler ergänzt, der die Anstiegssteilheit der Thyristorspannung bestimmt. Dem Kondensator 10 liegt die Reihenschaltung zweier Kondensatoren 14 und 15 und eines Widerstandes 16 parallel. Der Yerbindungspunkt 17 der Kondensatoren 14, 15 ist mit dem Emitter E des Uni-Junction-Transistors 6 verbunden. Übersteigt die am Verbindungspunkt 17 abgenommene Spannung, die die Anoden-Kathodenspannung des Thyristors und ihren Differentialquotient repräsentiert, den für die Thyristoren 1 zulässigen Wert, so wird in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit Figur 1 geschildert der Uni-Junction-Transistor 6 gezündet. Bei dieser Notzündung dient der Kondensator 15 als Energiespeicher. Das RC-Glied 15 und 16 dient dazu, die Zündverzögerung auszugleichen, die durch den Uni-Junction-Transistor 6 und den Thyristor 1 bedingt ist.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 2, wobei anstelle der RC-Reihenschaltung 14, 15 und 16 eine RC-Parallelschaltung benutzt wird. Dabei sind dem Kondensator 10 zwei RC-Glieder parallelgeschaltet, die aus dem Widerstand 18 und dem Kondensator 19 und dem Widerstand 20 und dem Kondensator 21 bestehen. Die Widerstände 18 und 20 sind jeweils de Kondensatoren 19 und 21 parallelgeschaltet. Der Abgriff 17 der RC-Glieder ist wieder mit dem Emitter E des Uni-Junction-Tranistors 6 verbunden. Die Zeitkonstanten der beiden RC-Glieder müssen unterschiedlich sein. Die Notzündung der Transistoren 1 bei einer unzulässig großen Anstiegsgeschwindigkeit der Thyristorspannung erfolgt wie im Zusammenhang mit Fig. 2 geschildert.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung bei einfachem Aufbau eine Notzündung der Thyristoren bei allen auftretenden uberspannungsfällen möglich ist. Die aufwendigen t'berspannungsableiter bekannter Einrichtungen können damit ersetzt und eingespart werden.
3 Figuren 5 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Schutzvorrichtung für einen Thyristor gegen tberspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode des Thyristors (1) mit einer Basis (B1) eines Uni-Junction-Transistors (6) verbunden ist, daß die andere Basis des Uni-Junction-Transistors mit dem Verbindungspunkt (5a) einer Referenzspannungsquelle (5) und eines Widerstandes (4) verbunden ist, die parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke (2, 3) des Thyristors geschaltet sind und daß der Emitter (E) des Uni-Junction-Transistors mit einem Meßfühler (9, 10) zur Bestimmung der Thyristor-Spannung verbunden ist.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (E) des Uni-Junction-Transistors (6) mit einem Meßfühler (14, 15, 16; 18, 19, 20, 21) zur Bestimmung der Anstiegssteilheit der Thyristorspannung verbunden ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsquelle eine Z-Diode (5) vorgesehen ist.
4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler für die Thyristorspannung zwei Kondensatoren (9, 10) vorgesehen sind, die der Anoden-Kathoden-Strecke (2, 3) des Thyristors (1) parallelgeschaltet sind und mit deren Yerbirdungsprzkt (lOa) der Emitter (E) des Uni-Junction-Trvnsi3tors (5) verbunden isto
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler für die Anstiegssteilheit der Thyristorspannung wenigstens ein RC-Glied (15, 16; 18, 19, 20, 21) der Anoden-Kathoden-Strecke (2, 3) des Thyristors (1) parallel liegt, das mit dem Emitter (E) des Uni-Junction-Transistors (6) verbunden ist.

L e e r s e i t e