DE2523997C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsan­ ordnung zur Zündung eines Leistungsthyristors mit Hilfe eines lichtgesteuerten Thyristors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Schaltungsanordnungen zur Zündung eines Leistungsthyristors Bezug, wie er in der CH-PS 4 78 480 beschrieben ist. Dort ist zum Zünden eines Lei­ stungsthyristors eine Lichtthyristor vorgesehen. Mittels eines Lösch-Reihenschwingkreises können während der Leitdauer des Leistungsthyristors mehrere Steuerimpulse abgegeben werden. Nachteilig dabei ist, daß der Reihen­ schwingkreis im wesentlichen über den Gatekreis des Leistungsthyristors zurückschwingt und die Zündung des Leistungsthyristors kurz nach dessen Zündung durch den negativen Gatestrom wieder aufgehoben oder verhindert werden kann. Außerdem wird die Steuerstrecke des Lei­ stungsthyristors mit relativ hoher Spannung in Sperr­ richtung beansprucht, was sich ungünstig auf den Thyri­ stor auswirken kann.

Leistungsthyristoren werden häufig mittels lichtgesteuer­ ter Thyristoren gezündet. Schaltungen dieser Art sind z. B. im "SCR Manual" der Firma General Elektric, 5. Ausgabe, New York 1972, Seite 434 und 437 beschrieben. Ferner sind Schaltungen bekannt, bei denen Kondensatoren bei positiver Spannungsänderung am Leistungsthyristor aufgeladen werden. Zur Zündung des Leistungsthyristors wird die Kondensationsenergie über einen lichtge­ steuerten Thyristor an die Steuerelektrode des Leistungsthyri­ stors abgegeben, (DE-AS 15 38 099, DE-OS 23 32 723).

Diese Steuerimpulsschaltungen liefern im allgemeinen einen kurzen und wegen des Einflusses der Gateimpedanz des Leistungs­ thyristors in seiner Länge wenig genau bestimmbaren Steuerim­ puls.

Für Stromrichter werden häufig mehrere Steuerimpulse benötigt, die während einer Periode der Netzspannung abgegeben werden, z. B. beim Anfahren von Stromrichtern mit 6-Puls- bzw. 12-Puls­ schaltungen, bei Lückbetrieb oder wenn aus Sicherheitsgründen kurze Zeit nach dem ersten Impuls ein zweiter Impuls abgegeben werden soll. Dies kann erforderlich sein, bei direkter Parallel­ schaltung von Thyristoren, Nachzünden bei Schwingvorgängen im Ventilstrom und zu Schutzzwecken im Freiwerdebereich der Thyristoren. Bei praktisch allen Schaltungen, die Hilfsthyri­ storen verwenden, ist die Stromleitdauer im Gate unterschied­ lich, und zwar vornehmlich abhängig von der Gateimpedanz des anzusteuernden Thyristors und der unterschiedlichen Aufladung des Speicherkondensators. Die Schaltungen sind nicht hilfs­ energiesparend.

Die Erfindung, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruch 1 in Verbindung mit Oberbegriff definiert ist, löst die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die es ermöglicht, Mehrfach­ impulse abzugeben, ohne den Leistungsthyristor nach dem Umschwingstrom des lichtgesteuerten Thyristors mit einem negativen Strom zu belasten.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in einer größeren Betriebssicher­ heit bei relativ kleinen Stromänderungen im Leistungsthyristor.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nach­ stehend anhand der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schaltung zur Erzeugung von Mehrfachzündimpulsen und Begrenzung der Zündimpulslänge,

Fig. 2 eine Zwangskommutierungsschaltung zur Verringerung der Zündimpulslänge,

Fig. 3 eine Zwangskommutierungsschaltung zur Begrenzung von Zündimpulsen auf extrem geringe Längen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 liegt zwischen Anode und Kathode eines Leistungsthyristors 1 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 2 und drei Kondensatoren 3, 25, 26. Parallel zum Widerstand 2 ist eine Diode 27 so angeordnet, daß die Anode mit der Anode des Leistungsthyristors 1 und die Kathode mit dem Kondensator 3 verbunden ist. Die Kondensatoren 25, 26 sind jeweils durch eine Spannungsbegrenzerdiode 28, 29 über­ brückt. Zwischen der Verbindung der Kondensator 25, 26 und der Anode eines lichtzündbaren Thyristors 9 liegt eine Reihen­ schaltung aus einer nichtlinearen Drossel 30 und einer Diode 31, wobei die Kathode der Diode 31 mit der Anode des licht­ zündbaren Thyristors 9 verbunden ist. Parallel zur Stufen­ drossel 30 ist ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 7 und einem Kondensator 8 geschaltet. Ebenfalls parallel zur Stufendrossel 30 ist eine Diode 32 angeordnet, deren Anode mit der Anode der Diode 31 verbunden ist. Eine Diode 33 ist mit ihrer Anode an die Verbindung der Kondensatoren 3 und 25 geschaltet, die Kathode ist mit der Anode des lichtgesteuerten Thyristors 9 verbunden. Jeweils ein Ende der Spulen eines Zündübertragers 10 ist mit der Kathode des Leistungsthyristors 1 verbunden, ein Spulenende ist über eine Diode 11 an die Steuerelektrode des Leistungsthyristors 1 und ein Spulenende an die Kathode des lichtgesteuerten Thyristors 9 geschaltet. Zwischen Anode und Kathode des lichtzündbaren Thyristors 9 liegt eine Reihenschaltung aus einem Kommutierungskondensator bzw. Kondensator 34, einer Kommutierungsdiode bzw. Diode 35 und einer Kommutierungsdrossel bzw. Drossel 36. Parallel zur Diode 35 ist ein Kommutierungsthyristor bzw. Hilfsthyristor 37 in umgekehrter Durchlaßrichtung geschaltet. Zwischen Anode und Steuerelektrode des Hilfsthyristors 37 liegt ein Widerstand 38, zwischen Kathode und Steuerelektrode befindet sich ein Kondensator 39. Zwischen der Kathode des Hilfsthyristors 37 und der Kathode des Leistungsthyristors 1 ist eine Kommutierungsimpedanz bzw. ein Widerstand 40 geschaltet. Die elekronischen Bauele­ mente 34-40 bilden eine Zwangskommutierungsschaltung 41. Zwi­ schen der Kathode des lichtzündbaren Thyristors 9 und der Kathode des Leistungsthyristors 1 ist eine Diode 12 in Sperr­ richtung zum lichtzündbaren Thyristor 9 vorgesehen.

In Reihe zur gesamten Schaltung liegt eine Drossel 24.

Das kapazitive Spannungsteilerverhältnis der Kondensatoren 3, 25, 26 wird so gewählt und die Spannungsbegrenzerdioden 28 und 29 so dimensioniert, daß an den Kondensatoren 25 und 26 nur ein Bruchteil der gesamten Spannung des Leistungsthyristors 1 anliegt. Jedoch muß die Ladung des Kondensators 26 so groß sein, daß sie zur Abgabe eines oder mehrerer Steuerimpulse ge­ nügender Dauer und Amplitude ausreicht. Bei positiver Spannungs­ änderung am Leistungsthyristor 1 werden die Kondensatoren 3, 25, 26 aufgeladen entsprechend der Gleichung Δ u = ¹/ _C ∫ idt. Der Kondensator 34 wird über den Widerstand 40 aufgeladen. Wenn der Leistungsthyristor 1 gezündet werden soll, erhält der lichtzündbare Thyristor 9 einen Lichtimpuls und schaltet durch. Vom Kondensator 26 fließt nun ein Entladestrom durch die Stufendrossel 30, die Diode 31, den lichtzündbaren Thyri­ stor 9 und den Zündübertrager 10. Die Stufendrossel 30 bewirkt, daß der Leistungsthyristor 1 im Zündzeitpunkt einen Steuer­ impuls mit annähernd konstanter Stromstärke erhält. Das RC- Glied, bestehend aus dem Widerstand 7 und dem Kondensator 8 dient dazu, daß der Leistungsthyristor 1 im Zündzeitpunkt eine kurze hohe Zündimpuls-Anfangsstromspitze erhält. Der Zündimpuls kann beliebig lang sein, entsprechend der Ladungs­ menge des Kondensators 26.

Die Zwangskommutierungsschaltung 41 dient zur Löschung des lichtzündbaren Thyristors 9 zu einem beliebigen Zeitpunkt, der Zündimpuls für den Leistungsthyristor 1 wird abgebrochen. Dadurch kann eine Folge von Zündimpulsen während einer Periode abgegeben werden. Der Hilfsthyristor 37 wird durch die Be­ schaltung mit dem Widerstand 38 und dem Kondensator 39 ge­ zündet. Vom Kondensator 34 fließt ein Schwingstrom über den lichtzündbaren Thyristor 9, die Drossel 36 und den Hilfsthyri­ stor 37. Nachdem die Halbschwingung beendet ist, fließt die zweite Halbwelle des Schwingstromes über die Diode 35 zurück. Dieser Schwingstrom muß groß gegenüber dem Entladestrom des Kondensators 26 sein, damit der lichtzündbare Thyristor 9 gelöscht wird. Der Kondensator 26 hat sich nur wenig entladen und ist bereit zur Abgabe des nächsten Zündimpulses. Die Länge des Zündimpulses ist abhängig von der Dimensionierung des Widerstandes 38 und des Kondensators 39.

Der Widerstand 40 soll so dimensioniert werden, daß er in Verbindung mit dem Kondensator 34 eine Zeitkonstante hat, die etwa einhundertmal größer ist als die Periodendauer des Entladestromes des Kondensators 26.

Die Drossel 24, der Widerstand 2 und der Kondensator 3 dienen zur Spannungsanstiegbegrenzung (du/dt) in positiver Richtung am Leistungsthyristor 1.

Der Kondensator 25 und die Diode 33 bewirken, daß der Kon­ densator 34 stärker aufgeladen wird, als der Kondensator 26. In Verbindung mit dieser Schaltung kann vorteilhaft eine Notzündeinrichtung gemäß der CH-PS 4 92 334 angewendet werden.

Es ist darauf zu achten, daß das RC-Glied, bestehend aus dem Widerstand 2 und dem Kondensator 3, eine Zeitkonstante hat, die größer ist als die Zündimpulslänge. Das ist er­ forderlich, damit der Leistungsthyristor 1 beim Zünden einen genügend hohen Strom führt.

Fig. 2 zeigt eine Zwangskommutierungsschaltung 41, die sich von der in Fig. 1 gezeigten Zwangskommutierungsschaltung 41 dadurch unterscheidet, daß die Polaritäten der Diode 35 und des Hilfsthyristors 37 vertauscht sind. Das bewirkt, daß nach dem Zünden des lichtzündbaren Thyristors 9 ein Schwing­ strom vom Kondensator 34 über den lichtzündbaren Thyristor 9, die Diode 35 und die Drossel 36 fließt. Durch Zünden des Hilfsthyristors 37, das in oben beschriebener Weise erfolgt, fließt ein Schwingstrom in entgegengesetzter Richtung, wo­ durch der lichtzündbare Thyristor 9 gelöscht wird. Mit Hilfe dieser Schaltung wird ein früheres Löschen des lichtzündbaren Thyristors erreicht und damit die Länge des Zündimpulses für den Leistungsthyristor 1 verkürzt.

Fig. 3 zeigt eine Zwangskommutierungsschaltung 4 bei dem der Hilfsthyristor 37 parallel zum Widerstand 40 liegt und zwar so, daß die Anode des Hilfsthyristors 37 mit dem Kon­ densator 34 verbunden ist. Der Hilfsthyristor 37 ist in der oben beschriebenen Weise mit einem Widerstand 38 und einem Kondensator 39 beschaltet, die zur Zündung des Hilfsthyristors 37 dienen. Die Funktionsweise dieser Schaltung unterscheidet sich von der Funktionsweise der Schaltung gemäß Fig. 2 ledig­ lich dadurch, daß kein Rückschwingen des Stromes erfolgt, son­ dern durch Zünden des Hilfsthyristors 37 vom Kondensator 34 ein Entladestrom über den Hilfsthyristor 37 und die Diode 12 zum lichtzündbaren Thyristor 9 fließt wodurch dieser gelöscht wird. Mit Hilfe dieser Schaltung können extrem kurze Zündimpulse erzeugt werden.

Ein einwandfreies Zünden des Leistungsthyristors 1 ist auch dann möglich, wenn der lichtzündbare Thyristor 9 durch einen stromgesteuerten Thyristor ersetzt wird, dessen Gate mit einer lichtgesteuerten Elektronik beschaltet ist.

Schaltungsanordnungen nach der Erfindung ermöglichen die Abgabe von Mehrfachimpulsen zur Zündung von Leistungsthyri­ storen. Die Schaltung gemäß Fig. 1 hat ferner den Vorteil, daß die Zündimpulslänge festgelegt werden kann. Im Gegen­ satz zu den bisher bekannten Schaltungen entlädt sich der Kondensator 26 nur wenig und spart daher Hilfsenergie.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung zur Zündung eines Leistungsthyri­ stors (1)

• a) mit einem Zündimpulskondensator (26) als Energie­ speicher für die Steuerenergie des Leistungsthyri­ stors (1),
• b) welcher Zündimpulskondensator (26) einerseits über einen lichtgesteuerten Thyristor (9) mit dem Gate-Kathodenkreis des Leistungsthyristors (1) in Wirkverbindung steht und
• c) andererseits Teil eines kapazitiven Spannungs­ teiles (3, 25, 26) mit mindestens einem zweiten Kondensator (25) ist, welcher Spannungteiler einerseits mit der Anode und andererseits mit der Kathode des Leistungsthyristors (1) in Wirkver­ bindung steht, wobei die Steuerenergie für den Leistungsthyristor dessen Versorgungsspannung entnehmbar ist,
• d) mit einer Zwangskommutierungsschaltung (41) zur Lösung des lichtgesteuerten Thyristors (9) und damit zur Begrenzung der Dauer des Zündimpulses für den Leistungsthyristor,
• e) welche Zwangskommutierungsschaltung (41) einen ersten Reihenresonanzkreis (34, 35, 36, 9) mit mindestens einem Kommutierungskondensator (34) in Reihe mit einem induktiven Kommutierungswiderstand (36) und dem lichtgesteuerten Thyristor (9) auf­ weist,

dadurch gekennzeichnet,

• f) daß ein zweiter Reihenresonanzkreis (26, 30, 31, 9, 10) vorgesehen ist, der den lichtgesteuerten Thryristor (9) in Reihe mit einem induktiven Wider­ stand (30) und dem Zündimpulskondensator (26) aufweist.

2. Schaltungsanordung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,

• a) daß - zur Erzeugung eines Steuerimpulses mit annä­ hernd konstanter Stromstärke - der induktive Wider­ stand (30) des zweiten Reihenresonanzkreises eine nichtlineare Stufendrossel und
• b) daß - zur Erzeugung einer kurzen, hohen Zündimpuls-An­ fangsstromspitze im Zündzeitpunkt - parallel zu diesem induktiven Widerstand (30) ein RC-Glied aus einem Widerstand (7) in Reihe mit einem Konden­ sator (8) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die kapazitive Spannungsteiler (3, 25, 26) über eine Impedanz (2) mit der Versorgungsspannung oder mit der Anode des Leistungsthyristors (1) in Wirkverbindung steht und
• b) daß in einem Parallelzweig zu dieser Impedanz (2) eine Diode (27) vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu mindestens einem der Kondensatoren (25, 26) des kapazitiven Spannungsteilers (3, 25, 26) eine Spannungsbegrenzer­ diode (28, 29) geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand (30) des zweiten Reihenresonanzkreises über ein erstes elektrisches Ventil (31) mit dem lichtgesteuerten Thyristor (9) in Wirkverbindung steht, wobei die Kathode des ersten elektrischen Ventils mit der Anode des lichtgesteuerten Thyristors in Wirkverbindung steht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet,

• a) daß parallel zum induktiven Widerstand (30) des zweiten Reihenresonanzkreises ein zweites elektri­ sches Ventil (32) angeordnet ist, dessen Anode mit der Anode des ersten elektrischen Ventils (31) elektrisch verbunden ist,
• b) daß die Kathode des zweiten elektrischen Ventils (32) über den zweiten Kondensator (25) das kapazi­ tiven Spannungsteilers (3, 25, 26) in Reihe mit einem dritten elektrischen Ventil (33) kathodenseitig mit der Kathode des ersten elektrischen Ventils (31) elektrisch verbunden ist und
• c) daß die Kathode des ersten elektrischen Ventils (31) mit dem Kommutierungskondensator (34) des ersten Reihenresonanzkreises (34, 35, 36, 9) elek­ trisch verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß in der Zwangskommutierungsschaltung (41) der Kommutierungskondensator (34) und der induktive Kommutierungswiderstand (36) mit einer Kommutierungs­ diode (35) in Reihe geschaltet sind,
• b) daß antiparallel zur Kommutierungsdiode (35) ein Kommutierungsthyristor (37) geschaltet ist,
• c) daß zur Einstellung der Dauer der Zündimpulse für den Leistungsthyristor (1) zwischen Anode und Steuerelektrode des Kommutierungsthyristors (37) ein Widerstand (38) und zwischen Kathode und Steuerelektrode des Kommutierungsthyristors (37) ein Kondensator (39) geschaltet ist und
• d) daß der Kommutierungskondensator (34) über eine Kommutierungsimpedanz (40) mit der Kathode des lichtgesteuerten Thyristors (9) in Wirkverbindung steht (Fig. 1).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kathode der Kommutierungsdiode (35) mit dem Kommutierungskondensator (34) elektrisch verbunden ist (Fig. 2, 3).

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß in der Zwangskommutierungsschaltung (41) der Kommutierungskondensator (34) und der induktive Kommutierungswiderstand (36) mit einer Kommutierungs­ diode (35) in Reihe geschaltet sind, wobei die Kathode der Kommutierungsdiode (35) mit dem Kommutierungs­ kondensator (34) elektrisch verbunden ist,
• b) daß der Kommutierungskondensator (34) über eine Kommutierungsimpedanz (40) mit der Kathode des lichtgesteuerten Thyristors (9) in Wirkverbindung steht,
• c) daß parallel zu der Kommutierungsimpedanz (40) ein Kommutierungsthyristor (37) geschaltet ist, wobei dessen Anode mit dem Kommutierungskondensator (34) elektrisch verbunden ist (Fig. 3).

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode des lichtge­ steuerten Thyristors (9) einerseits über eine Spule eines Zündübertragers (10) und andererseits über eine Diode (12) mit gleicher Polung wie der lichtge­ steuerte Thyristor (9) mit dem Zündimpulskondensator (26) in Wirkverbindung steht.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsimpedanz (40) so dimensioniert ist, daß sie in Verbindung mit dem Kommutierungskondensator (34) eine Zeitkon­ stante hat, die ein Vielfaches der Periodendauer des zweiten Reihenresonanzkreises beträgt.