DE2744693C2

DE2744693C2 - Schaltungsanordnung zur Erfassung eines gekippten Thyristors

Info

Publication number: DE2744693C2
Application number: DE19772744693
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Dipl.-Ing. 1000 Berlin Matejka
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-10-01
Filing date: 1977-10-01
Publication date: 1986-07-31
Also published as: CA1095125A; DE2744693A1

Description

einrichtung stellt fest, ob die Spannung am Thyristor in positiver Richtung einen positiven Schwellenwert überschreitet Ist dieses der Fall, gibt sie ein Signal an eine UN D-Verknüpfung ab, an die auch das Ausg&ngssignal der monostabilen Kippstufe gelegt ist Stehen beide Signale an, d. h. ist beim Auftreten der positiven Spannung am Thyristor die Schonzeit noch nicht abgelaufen, steht zu befürchten, daß der Thyristor kippt Um dieses zu vermeiden, bewirkt die U N D-Verknüpfung die Abgabt eines Not-Zün>isignals an den Thyristor.

Während die beschriebene Schutzschaltung das unkontrollierte Kippen eines Thyristors zu verhindern sucht, besteht aber außer durch Unterschreiten der Freiwerdezeit auch die Möglichkeit, daß ein Thyristor kippt weil auch außerhalb der Freiwerdephase ein Spannungsstoß zu hoher Steilheit die Thyristorkette belastet Ein Thyristor kann auch infolge der Schutzzündung durch eine ihm zugeordneten Break-Over-Diode (BOD-Element) leitend sein.

Bei letzteren Fällen oder auch, wenn die Notzündung durch die Schutzschaltung nach der DE-AS 25 19 396 erfolgt besteht die Gefahr, daß zuviele einzelne Thyristoren der Kette ausfallen, so daß die Thyristorkette die an ihr auftretende positive (Sperr-)Spannung nicht aushält und ein zerstörender Durchschlag erfolgt Es ist deshalb notwendig, die einzelnen Thyristoren der Kette auf ihre Sperrfähigkeit oder — negativ — auf ihre Kippung zu überwachen, um schließlich festzustellen, ob die Gesamtspannungsbelastungsfähigkeit der Kette noch ausreicht oder ob die Kette insgesamt sicherheitshalber durchgezündet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur direkten Erfassung der einzelnen tatsächlich gekippten Thyristoren einer Thyristorkette anzugeben, so daß aus der festgestellten Anzahl gekippter Thyrisotren auf die Belastungsfähigkeit der Thyristorkette mit positiver Sperrspannung geschlossen werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 bis 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Damit ist es möglich, die einzelnen gekippten Thyristoren zu erfassen, ohne die Schonzeit zu beachten, so daß die einzuhaltende Schonzeit vorteilhaft äußerst knapp bemessen werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen

F i g. 1 bis 3 je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 4 bis 6 den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den verschiedenen Bausteinen der Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 bis 3.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist mit G ein NOR-Glied bezeichnet, deren Eingänge mit Klemmen a, b, c verbunden sind. An die Klemmen a und b sind die Ausgänge eines in den Figuren nicht dargestellten Gliedes für die Erfassung der Thyristorspannung dargestellt Der Klemme c wird das während der gesamten Stromflußzeit des Thyristors anstehende Zündsignal F des Thyristors zugeführt.

In der F i g. 1 ist der invertierende Ausgang des NOR-Gliedes C über ein RC-Glied zur Ausgangsklemme d der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und zu dem Setz-Eingang einer monostabilen Kippstufe M geführt. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe M ist mit einem weiteren Eingang des NOR-Gliedes C verbunden.

In der F i g. 2 ist der invertierende Ausgang des NOR-Gliedes G mit dem Setz-Eingang der monostabilen Kippstufe M und über ein Verzögerungsglied V mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes Uverbunden, dessen Ausgang zur Ausgangsklemme d führt Ein invertierender Ausgang der monostabilen Kippstufe Mist mit dem zweiten Eingang des UND-Gliedes U verbunden.

In der F i g. 3 führt der invertierende Ausgang des

ίο NOR-Gliedes G zu einem ersten Eingang eines UND-Gliedes U. Der zweite Eingang des UND-Gliedes i/ist über ein RC-Glied V mit dem Ausgang des NOR-Gliedes G verbunden. Dem Widerstand R des RC-Gliedes V ist eine in Sperrichtung gepolte Diode D parallelgeschaltet. Der Ausgang des UND-Gliedes U führt zur Ausgangsklemme d.

In der F i g. 4a ist der zeitliche Verlauf der Thyristorspannung Ut für den gesperrten und gezündeten Zustand einschließlich der Verhältnisse, wenn der Thyristör gekippt ist, dargestellt.

Die Fig.4b und 4c zeigen die Ausgangssiganle Up bzw. Un des Erfassungsgliedes für die Thyristorspannung.
In Fig.4d ist das vorgegebene Zündsignal für den Thyristor dargestellt.

Die F i g. 4e bis 4h beziehen sich auf die Ausführungsform nach der F i g. 1.

F i g. 4e zeigt deri^ zeitlichen Verlauf der logischen Verknüpfung Dp -Un-F die aus den invertierten Signalen U_P und Uk und F des NOR-Gliedes G gebildet wird.

In Fig.4f ist das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe M und in Fig.4g das Ausgangssignal Pdes NOR-Gliedes G angegeben.

InFi g. 4h ist das Ausgangssignal K an der Ausgangsklemme d der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach F i g. 1 dargestellt, das die Information über eine Thyristorkippung enthält.
Zur Zeit t\ (F i g. 4a) erreicht die positive Sperrspannung Ut am Thyristor einen positiven Schwellenwert Us\ des Erfassungsgliedes für die Thyristorspannung, demzufolge der Klemme a in den Fig. 1—3 ein Signal Up zugeführt wird. Zur Zeit f2 erscheint an Klemme cein von einer zentralen Steuereinheit abgegebenes Zündsignal F(Fig.4d), worauf die Spannung am gezündeten Thyristor den Schwellenwert Us\ unterschreitet und das Signal Up Null wird. Zum Zeitpunkt tj erfolgt die Kommutierung, d. h. ein anderer Ventilzweig wird gezündet und das Zündsignal F für den betrachteten Thyristor beendet. Der betrachtete Thyristor erhält eine negative Sperrspannung, die den Schwellenwert Us2 des Erfassungsgliedes für die Thyristorspannung überschreitet. Der Klemme b wird das Signal Un zugeführt (siehe Fig.4c), und zwar solange, bis zum Zeitpunkt U die kleiner werdende negative Sperrspannung des Thyristors den Schwellenwert Us 2 erreicht Bei weiter positiv werdender Thyristorspannung hat diese zur Zeit is den Schwellenwert Us 1 erreicht, worauf das Erfassungsglied für die Thyristorspannung der Klemme a das Signal Up zuführt. Die Zeit zwischen U und is, in der die Thyristorspannung den Spannungsbereich zwischen den beiden Schwellenwerten Us2 und Us \ durchläuft, ist die Durchlaufzeit T_T. Während dieser Zeit gibt das NOR-Glied G ein Signal P ab, das die monostabile Kippstufe M mit einer Laufzeit Tn startet. Die Laufzeit Tn der monostabilen Kippstufe M ist so zu bemessen, daß die Durchlaufzeit Trim ungestörten Betrieb immer kleiner als Tn ist. Der in der Zeit von u bis h ablaufende Vorgang

wiederholt sich, solange keine Störung vorliegt, d. h. solange der betrachtete Thyristor nicht gekippt ist.

Liegt der Thyristor in einer Ventilkette, die im Wechselrichterbetrieb arbeitet, ist man um die Leistung der Anlage voll ausnutzen zu können, bestrebt, die Zeit Ts zwischen f3 und t*, den sogenannten Sicherheitswinkel, klein zu halten. Andererseits darf eine gewisse Mindestzeitdauer, an der negative Sperrspannung am Thyristor liegt, nicht unterschritten werden, damit der Thyristor seine positive Sperrfähigkeit wiedererlangen kann und Kippung des Thyristors vermieden wird. In der Fig.4 ist die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ab dem Zeitpunkt ti für einen gekippten Thyristor dargestellt. In diesem Zeitpunkt erhält der Thyristor eine kleine negative Sperrspannung, die zwar noch is den Schwellenwert Us2 überschreitet, so daß der Klemme b das Signal U_n zugeführt wird (F i g. 4c), jedoch ist der Sicherheitswinkel Ts zu klein, so daß bereits zur Zeit, fs das Signal Un zu Null wird. Da der Thyristor gekippt sein soll, liefert das Erfassungsglied für die Thyristorspannung kein Ausgangssignal Up, wodurch das NOR-Glied G ein Ausgangssignal

P= Up- O_n- F- Ä

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(F i g. 4g) abgibt, welches sich als Sprung von 0 nach L darstellt

Nach der Abfilterung des Überlappungsimpulses, der durch die Verzögerungszeit Tn der monostabilen Kippstufe verursacht ist, mittels des RC-Gliedes erscheint an der Klemme d der Schaltungsanordnung das Signal K (F ig. 4h).

Wie in F i g. 5 dargestellt triggert beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 das Ausgangssignal P des NOR-Gliedes G die monostabile Kippstufe M, deren invertiertes Ausgangssignal Ä dem UND-Glied U zugeführt wird. Dieses verknüpft das Ausgangssignal P des NOR-Gliedes G über das Verzögerungsglied Vmit dem invertierten Ausgangssignal Ader monostabilen Kippstufe Mzu dem Signal K-P- A, das an der Klemme c/abgegriffen wird.

In F i g. 6 ist der Verlauf der Signale beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 dargestellt. Dort wird das Ausgangssigna! Pdes NOR-Gliedes Gdem UND-Glied U und dem Verzögerungsglied V zugeführt Dieses wird aus einem RC-Glied mit einer Diode D gebildet Diese ist so gepolt, daß sie bei positiven Spannungen am Eingang des Verzögerungsgliedes V'sperrt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Thyristoren in einer Thyristorkette,

bei der jedem Thyristor ein Erfassungsglied zugeordnet ist, das L-Signale abgibt, wenn die Thyristorspannung oberhalb eines positiven bzw. unterhalb eines negativen Schwellenwertes liegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erfassung eines gekippten Thyristors ein NOR-Glied (G) vorgesehen ist, dem die vom Erfassungsglied gelieferten L-Signale und zusätzlich ein während der gesamten Stromflußzeit anstehendes Zündsignal (F) a\s L-Signal zugeführt werden,
daß das Ausgangssignal des NOR-Gliedes (G) über eine monostabile Kippstufe (M) auf einen weiteren Eingang des NOR-Gliedes (G) rückgeführt wird, wobei die monostabile Kippstufe (M) für eine Zeit (7V ein L-Signal abgibt, die größer ist als die maximale Durchlaufzeit (T_T) der Spannung (Ut) am störungsfreien Thyristor durch die von dem positiven und dem negativen Schwellenwert (Us\, U&) bestimmte nullnahe Spannungszone,
und daß das den Kippzustand des Thyristors anzeigende Signal (K) über ein RC-Glied vom Ausgang des NOR-Gliedes (G) abgreifbar ist.

2. Schaltungsanordnung für Thyristoren in einer Thyristorkette,

bei der jedem Thyristor ein Erfassungsglied zugeordnet ist, das L-Signale abgibt, wenn die Thyristorspannung oberhalb eines positiven bzw. unterhalb eines negativen Schwellenwertes liegt,
dadurch gekennzeichnet,

daß zur Erfassung eines gekippten Thyristors ein NOR-Glied (G) vorgesehen ist, dem die vom Erfassungsglied gelieferten L-Signale und zusätzlich ein während der gesamten StromHußzeit anstehendes Zündsignal (F) als L-Signal zugeführt v/erden, daß das Ausgangssignal (P) des NOR-Gliedes (G) einer monostabilen Kippstufe (M) zugeführt wird, wobei die monostabile Kippstufe (M) für eine Zeit (Tn) an ihrem invertierenden Ausgang ein O-Signal abgibt, die größer ist als die maximale Durchlaufzeit (Tt) der Spannung (Ut) am störungsfreien Thyristor durch die von dem positiven und dem negativen Schwellenwert (Us\, Usi) bestimmte nullnahe Spannungszone,

daß ein UND-Glied (U) vorgesehen ist, dessen erster Eingang über ein Verzögerungsglied (V) mit dem Ausgang des NOR-Gliedes (G) und dessen zweiter Eingang mit dem invertierenden Ausgang der monostabilen Kippstufe (M) verbunden ist,
und daß das den Kippzustand des Thyristors anzeigende Signal (K) am Ausgang des UND-Gliedes (U) abgreifbar ist.

3. Schaltungsanordnung für Thyristoren in einer Thyristorkette,

daß zur Erfassung eines gekippten Thyristors ein NOR-Glied (G) vorgesehen ist, dem die vom Erfassungsglied gelieferten L-Signale und zusätzlich ein während der gesamten Stromflußzeit anstehendes Zündsignal (F) als L-Signal zugeführt werden,

daß das Ausgangssignal (P) des NOR-Gliedes (G) einem RC-Glied (V) zugeführt wird, dessen Einschaltverzögerung größer ist als die maximale Durchlaufzeit (Tt) der Spannung (Ut) am störungsfreien Thyristor durch die mit dem positiven und dem negativen Schwellenwert (Us\, Usi) bestimmte nullnahe Spannungszone,

daß ein UND-Glied (U) vorgesehen ist dessen erster Eingang unmittelbar mit dem Ausgang des NOR-Gliedes (G) und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des RC-Gliedes (V) verbunden ist,
und daß das den Kippzustand des Thyristors anzeigende Signal (K) am Ausgang des UND-Gliedes (U) abgreifbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Thyristoren in einer Thyristorkette gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bis 3. Eine solche Anordnung ist durch die DE-OS 25 19 396 bekannt.

Die Thyristorkette durchläuft im Betrieb einen positiv sperrenden, einen gezündeten, einen negativ sperrenden und wieder einen positiv sperrenden Zustand usw. Arbeitet die Thyristorkette im Wechselrichterbetrieb, ist man bestrebt — um die Leistung der Anlage voll ausnutzen zu können — die Zeit des negativ sperrenden Zustandes kurz zu halten. Andererseits darf eine gewisse Mindestdauer während der die negative Sperrspannung an der Thyristorkette liegt, nicht unterschritten werden, damit der einzelne Thyristor seine positive Sperrfähigkeit wiedererlangen kann. Anderenfalls tritt Kippung des Thyristors auf, d. h. der Thyristor zündet, ohne daß dem Thyristorgitter ein Zündimpuls zugeführt wird. Während des positiv sperrenden Zustandes wird die Gesamtspannung der in Reihe angeordneten Thyristoren nur an die ungekippten verteilt. Erscheint in dieser Phase eine Störung (z. B. Blitzeinschlag), die sich als ein negativer subtraktiver Spannungsstoß auf den Verlauf der Gesamtspannung auswirkt, werden die zwischen der Anode und Kathode jedes Thyristors angeschlossenen Beschaltungskondensatoren umgepolt. Jedoch wird die Verteilung der negativen Sperrspannung in diesem Falle nicht gleichmäßig, sondern die vorher gekippten Thyristoren würden größeren negativen Spannungen ausgesetzt als die, die positvie Spannung davor übernommen hatten. Die negative Thyristorspannung könnte das Zulässige überschreiten und die Thyristoren destruktiven Schaden erleiden. Um dies zu verhindern ist es üblich, die ganze Thyristorkette präventiv zentral zu zünden (Notzündung), sobald gekippte Thyristoren in der Kette bei Aufbau der positiven Spannung festgestellt worden sind.

Durch die DE-AS 25 19 396 ist eine Schutzschaltung für die einzelnen Thyristoren einer Thyristorkette bekannt, durch die überwacht wird, ob eine ausreichende Schonzeit für den jeweiligen Thyristor eingehalten werden kann. Ist dieses nicht der Fall, wird der Thyristor, um ein unkontrolliertes, wahrscheinliches Kippen zu vermeiden, gezündet. Zu diesem Zweck ist eine erste Spannungserfassungseinrichtung vorgesehen, die, sobald die Spannung am Thyristor in negativer Richtung einen negativen Schwellenwert überschreitet, ein Signal an eine Auswerteeinrichtung abgibt. Dieses Signal setzt eine von dem Zündsignal für den Thyristor rücksetzbare monostabile Kippstufe in Gang, deren Impulsdauer der Schonzeit entspricht. Eine zweite Spannungserfassungs-