DE2519396A1

DE2519396A1 - Schaltungsanordnung zum schutz von thyristoren

Info

Publication number: DE2519396A1
Application number: DE19752519396
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Dipl In Leowald; Jakob Schenk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1976-11-04
Also published as: JPS51134067A; DE2519396B2; JPS5627065B2; CA1054218A

Description

Schaltungsanordnung zum Schutz von Thyristoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz mehrerer in Reihe geschalteter Thyristoren gegen Selbstzündung, denen Jeweils eine auf Thyristorpotential liegende Zündschaltung zugeordnet ist.
Thyristoren können beim Durchzünden infolge Unterschreitung ihrer Freiwerdezeit zerstört werden. Eine Zerstörung des Thyristors durch eine positive Anodenspannung während der Freiwerdezeit kann durch eine Zündung über die Steuerelektrode verhindert werden.
Bei einer aus der DT-AS 2 005 724 bekannten Schutzschaltung für Thyristorventile gegen Selbstzündung ist eine die Polarität der Spannung über dem Ventil abtastende Anordnung vorhanden, die so bemessen ist, daß sie ein erstes Signal über eine Kippstufe an ein UND-Glied abgibt, wenn die Spannung nach einer Kommutierung negative Polarität bekommt, und daß sie ein zweites Signal direkt an das UND-Glied abgibt, wenn die Spannung positive Polarität bekommt. Beide Signale sind über das UND-Glied dem Zündsystem des Ventils zugeführt. Das erstgenannte Signal ist ebenfalls einem die Kippstufe rücksetzenden Zeitgerät zugeführt, welches das erste Signal für eine gewisse im voraus bestimmte Zeitspanne verzögert, die der längsten Wiederherstellungszeit der Thyristorventile entspricht. Ein Zündsignal über das UND-Glied wird nur dann freigegeben, wenn das genannte zweite Signal innerhalb dieser Zeitspanne abgegeben wird Wenn bei dieser bekannten Schutzschaltung das Thyristorventil aus mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren besteht, so ist vorgesehen, daß die gesamte über der Reihenschaltung der Thyristoren liegende Spannung über einen Spannungsteiler abgegriffen und im Hinblick auf negative bzw. positive Polarität überwacht wird. Ein individueller Schutz der einzelnen Thyristoren ist mit dieser bekannten Schutzschaltung somit nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Schutz mehrerer in Reihe geschalteter Thyristorventile gegen Selbstzündung zu schaffen, bei der die individuellen Eigenschaften eines jeden einzelnen Thyristors berücksichtigt werden können.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Schaltungsanordnung mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen: a) Jedem Thyristor ist eine auf Thyristorpotential liegende erste Einrichtung zugeordnet, die ein erstes Schaltsignal erzeugt, wenn der Strom im betreffenden Thyristor zu Null wird oder wenn die Spannung über dem betreffenden Thyristor einen vorgegebenen negativen Wert unterschreitet, b) Jeder derartigen ersten Einrichtung ist eine erste Ubertragungseinrichtung nachgeschaltet, die das erste Schaltsignal an eine auf Erdpotential liegende Auswerteeinrichtung überträgt, c) die Auswerteeinrichtung bildet aus dem ersten Schaltsignal ein Zeitsignal für einen Uberwachungszeitraum, das über eine zweite Ubertragungseinrichtung an eine auf Thyristorpotential liegende Uberwachungsschaltung übertragen wird, d) Jedem Thyristor ist eine auf Thyristorpotential liegende zweite Einrichtung zugeordnet, die bei einem vorgegebenen positiven Spannungswert über dem Thyristor ein zweites Schaltsignal erzeugt und der tSberwachungsschaltung zuführt, e) die Überwachungsschaltung steuert die Zündschaltung zur Abgabe von Zündimpulsen an den Thyristor an, wenn während des Zeitsignals für den Uberwachungszeitraum das zweite Schaltsignal erscheint.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht es, auch Thyristoren mit unterschiedlichen Freiwerdezeiten in Reihe zu schalten, da die Eigenschaften der Thyristoren individuell berücksichtigt werden können.
Das Zeitsignal kann durch ein für die Dauer des Uberwachungszeitraumes anstehendes Dauersignal gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß das Zeitsignal durch am Beginn und am Ende des Uberwachungszeitraumes liegende Impulse gebildet wird, die einer Kippstufe zugeführt sind. Das Zeitsignal kann auch durch verschlüsselte Signale zur Kennzeichnung von Beginn und Ende des Überwachungszeitraumes gebildet sein. Es ist weiterhin möglich, daß das Zeitsignal durch einen am Beginn des über wachungszeitraumes liegenden Impuls gebildet wird, der einer Zeitstufe mit einer dem Überwachungszeitraum entsprechenden Verzögerungszeit zugeführt ist.
Als Überwachungszeitraum kann entweder die Schonzeit des Thyristors oder seine theoretische Stromführungsdauer vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: In der Zeichnung sind drei in Reihe geschaltete Thyristoren nl, n2, n3 dargestellt, denen Jeweils eine Zündschaltung und eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Selbstzündung zugeordnet sind. Um die Übersichtlichkeit der zeichnerischen Darstellung zu wahren, sind eine Zündschaltung 19 und eine Schutzschaltung nur für den Thyristor n1 dargestellt.
Die Zündschaltung 19 bezieht ihre Energie aus der Anoden-Kathoden-Spannung des Thyristors n1 und kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie in der DT-PS 1 538 099 oder der DT-OS 2 360 173 beschrieben ist.
Dem Thyristor n1 ist eine auf Thyristorpotential liegende erste Einrichtung 1 zugeordnet, der eingangsseitig die über einen Spannungsteiler R1, C1; R2, C2 abgegriffene Anoden-Kathoden-Spannung über dem Thyristor nl zugeführt ist. Die Einrichtung 1 enthält einen Grenzwertmelder 3, beispielsweise einen Kippverstärker , der die am Spannungsteiler abgegriffene Spannung mit einem vorgegebenen negativen Wert vergleicht, der symbolisch an einem Potentiometer 4 abgegriffen ist. Der Grenzwertmelder 3 ändert sein Ausgangssignal, wenn die Spannung über dem Thyristor n1 den vorgegebenen negativen Wert unterschreitet.
Hierdurch wird eine mono stabile Kippstufe 5 mit einer sehr kurzen Impulsdauer, beispielsweise 10 /usec, angestoßen, deren Ausgangssignal ein erstes Schaltsignal s1 darstellt, das den Beginn der Schonzeit des Thyristors n1 angibt. Das erste Schaltsignal s1 kann auch durch eine Uberwachung des Laststromes des Thyristors gewonnen werden. Dabei ist einem Strommeßwandler ein Grenzwertmelder nachgeschaltet, der sein Ausgangssignal ändert, wenn der Strom durch den Thyristor Null wird.
Das erste Schaltsignal s1 wird überein erste Ubertragungseinrichtung U1 an eine Auswerteeinrichtung 8 übertragen. Die erste Ubertragungseinrichtung enthält einen Sender 6 mit einer nachgeschalteten Sendeantenne S6, sowie empfangsseitig einen Empfänger 7 mit einer vorgeschalteten Empfangsantenne S7.
Der Empfänger 7 beaufschlagt den Eingang der Auswerteeinrichtung 8, die auf Erdpotential liegt.
Die Auswerteeinrichtung 8 enthält eine bistabile Kippstufe 9 und eine dieser nachgeschaltete monostabile Kippstufe 10, sowie ein ODER-Glied 11. Das übertragene erste Schaltsignal setzt die bistabile Kippstufe 9, die ihrerseits die monostabile Kippstufe 10 anstößt. Die Impulsdauer der monostabilen Kippstufe 10 entspricht einem Überwachungszeitraum, für den die Schonzeit des Thyristors n1 oder seine theoretische Stromführungsdauer gewählt sein können. Die Kippstufe 9 wird vom Zündsteuersignal des Steuersatzes rückgesetzt, das der Auswerteeinrichtung 8 an der Klemme 20 zugeführt ist. Das Zündsignal vom Steuersatz und das Zeitsignal st der monostabilen Kippstufe 10 werden im ODER-Glied 11 zusammengefaßt und über eine zweite Übertragungseinrichtung U2 gesendet. Die Übertragungseinrichtung U2 enthält einen Sender 12 mit einer nachgeschalteten Sendeantenne S12 sowie einen Empfänger 13 mit einer vorgeschalteten Empfangsantenne S13. Die Übertragungseinrichtung U2 dient - wie ersichtlich - auch zur Übertragung der Zündsignale eines Steuersatzes. Für die erfindungsgemäße Schutzschaltung braucht daher keine eigene weitere Übertragungseinrichtung vorgesehen werden.
Dem Thyristor n1 ist eine auf Thyristorpotential liegende zweite Einrichtung 2 zugeordnet, der eingangsseitig ebenfalls die über dem Spannungsteiler R1, C1; R2, C2 abgegriffene Spannung über dem Thyristor n1 zugeführt ist. Diese zweite Einrichtung enthält einen Grenzwertmelder 21, beispielsweise einen Kippverstärker, der die Spannung über dem Thyristor n1 mit einem vorgegebenen positiven Spannungswert vergleicht, der symbolisch an einem Potentiometer 22 abgegriffen ist. Das zweite Schaltsignal s2 der zweiten Einrichtung 2 und das vom Empfänger 13 empfangenen Zeitsignal st werden einer Überwachungsschaltung 14 zugeführt und dort in einem UND-Glied 15 konJunktiv miteinander verknüpft. Die Überwachungsschaltung 14 steuert die Zündschaltung 19 zur Abgabe von Zündimpulsen an die Steuerstrecke des Thyristors anfwenn während des Zeitsignals st vom Empfänger 13 das zweite Schaltsignal s2 von der Einrichtung 2 erscheint. Die Dauer des ZündimpuBæs richtet sich nach den speziellen Erfordernissen des Thyristors n1. Um den Bedarf an Zündleistung kleinzuhalten, kann der Zündimpuls nach einer kurzen Zeitspanne, beispielsweise wenigen Mikrosekunden, wieder abgebrochen werden. Hierzu wird das Ausgangs signal des UND-Gliedes 15 über ein Invertierglied 17 einer monostabilen Kippstufe 18 mit einer entsprechend kurzen Impulsdauer zugeführt, deren Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des UND-Gliedes 15 in einem ODER-Glied 16 disJunktiv verknüpft wird.
Das ODER-Glied 16 wird somit nach Ablauf der Impulsdauer der monostabilen Kippstufe 18 gesperrt und der Zündimpuls damit beendet.
Als Übertragungseinrichtungen U1 bzw. U2 können auch optoelektronische Sender und Empfänger verwendet werden.
7 Patentansprüche 1 Zeichnung

Claims

Patentansprüche 1 Schaltungsanordnung zum Schutz mehrerer in Reihe geschalteter Thyristoren gegen Selbstzündung, denen jeweils eine auf Thyristorpotential liegende Zündschaltung zugeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Jedem Thyristor (z.B. ni) ist eine auf Thyristorpotential liegende erste Einrichtung (1) zugeordnet, die ein erstes Schaltsignal (sl) erzeugt, wenn der Strom im betreffenden Thyristor (n1) zu Null wird oder wenn die Spannung über dem betreffenden Thyristor (n1) einen vorgegebenen negativen Wert unterschreitet, b) Jeder derartigen ersten Einrichtung (1) ist eine erste Übertragungseinrichtung (U1) nachgeschaltet, die das erste Schaltsignal (s1) an eine auf Erdpotential liegende Auswerteeinrichtung (8) überträgt, c) die Auswerteeinrichtung (8) bildet aus dem übertragenen ersten Schaltsignal ein Zeitsignal (ast) für einen Überwachungszeitraum, das Uber eine zweite Übertragungseinrichtung (U2) an eine auf Thyristorpotential liegende Überwachungsschaltung (14) übertragen wird, d) Jedem Thyristor (n1) ist eine auf Thyristorpotential liegende zweite Einrichtung (2) zugeordnet, die bei einem vorgegebenen positiven Spannungswert über dem Thyristor (n1) ein zweites Schaltsignal (s2) erzeugt und der Überwachungsschaltung (14) zuführt, e) die Überwachungsschaltung (14) steuert die Zündschaltung (19) zur Abgabe von Zündimpulsen an den Thyristor (n1) an, wenn während des Zeitsignals (set) \ für den Überwachungszeitraum das zweite Schaltsignal (s2) erscheint.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsignal durch ein für die Dauer des Überwachungszeitraumes anstehendes Dauersignal gebildet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsignal durch am Beginn und am Ende des Überwachungszeitraumes liegende Impulse gebildet ist, die einer Kippstufe zugeführt sind
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsignal durch verschlüsselte Signale zur Kennzeichnung von Beginn und Ende des Überwachungszeitraumes gebildet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsignal durch einen am Beginn des Uberwachungszeitraumes liegenden Impuls gebildet wird, der einer Zeitstufe mit einer dem Überwachungszeitraum entsprechenden Verzögerungszeit zugeführt ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungszeitraum die Schonzeit des Ventils vorgesehen ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungszeitraum die theoretische Stromführungsdauer des Ventils vorgesehen ist.