DE2744961C2 - Überspannungsschutzanordnung für den Wechselstromsteller eines Schweißtransformators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Wechselstromsteller aus zwei antiparallel geschalteten steuerbaren Halbleiterventilen, einem dem Wechselstromsteller nachgcschalteten Schweißtransformator und einer Notzündeinrichtung.

Eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines parallel zur Überspannungsschutzschaltung liegenden Wechselspannungsverbrauchers gegen Überspannungen ist bekannt aus der DE-OS 22 58 112 (Rg. 6). Dabei liegt zwischen den Steuerelektroden zweier antiparallel geschalteter Thyristo. en ein Halbleiterelement mit spannungsrichtungsunabhängiger, sparrungsgrößenabhängiger Strorn-Spannungs-CharaJcteristik. Bei Überschreiten des Spannungsschwellwertes de Halbleiterelementes, der in der Größenordnung der hochstzulässigen Überspannung der beiden antiparallelen Thyristoren liegt, wird der jeweils mit positiver Anodenspannung beanspruchte Thyristor gezündet. In Serie zu jedem Thyristor liegt ein ohmscher Widerstand, der nach Zünden des Thyristors den Überspannungsirnpuls abbaut.

Die vorbeschriebene Überspannungs-Zündschaltung ist nach der vorgenannten Schrift auch auf Thyristoren anwendbar, die von einem gewöhnlichen Zündwiderstandgerät gesteuert werden.

Eine weitere Schaltungsanordnung zum Schutz eines Verbrauchers gegen Überspannungen ist bekannt aus der Zeitschrift »INDUSTRIE ELEKTRIK + ELEKTRONIK«, 1964, Seiten 123 bis 130, insbesondere Bild 12. Es handelt sich dabei um eine Überspannungsschutzschaltung für die Feldspeisung eines Gleichstrommotors aus einem Drehstromnetz über steuerbare Halbleiterventile in Drehstrom-Brückenschaltung. Die Überspannungsschutzschaltung besteht aus einem Thyristpr in Serie mit einem ohmschen Widerstand, wobei die Ansprechspannung des Thyristors durch die Serienschaltung aus einer Diode und einer Zenerdiode an der Steuerelektrode des Thyristors festgelegt ist. Ohmscher Widerstand und Thyristor liegen im Gleichstromzweig einer Diodcnbriieke. deren Wcehselspannungsanschlüsse iinniiltcjhiir /,um Verbraucher parallel geschähet sind, lün llbcrspanmingsimpuls beliebiger Polarität, dessen I lohe die Zcncrspannung überschreitet, führt zum Zünden des Thyristors, worauf der Überspannungsimpuls im ohmschen Widerstand abgebaut wird, bevor er den parallclgeschalteten Verbraucher beschädigen kann.

Wird mit Hilfe eines Wechselstromstellers ein Schweißtransformator als Last angesteuert, so muß darauf geachtet werden, daß nicht durch ungleiche Zündwinkel eine Gleichstromkomponente erzeugt wird, die den Transformatorkern in die Sättigung treibt. Die Forderung nach gleichen Zündwerten für die beiden Halbwellen der Sinusspannung gelten insbesondere auch für eine Notzündeinrichtung zum Schutz der beiden antiparallel geschalteten steuerbaren Haibleiterventile gegen Überspannungen mit hohem Energieinhalt, da

ίο Überspannungen naturgemäß auch Überströme erzeugen und keim ohmscher Widerstand zur Strombegrenzung in Serie zum Thyristor geschaltet werden kann. Aus diesem Grund muß eine Schaltungsanordnung zum Schutz der beiden ant'parallcl geschalteten steuerbaren

J5 Haibleiterventile eines Wechselstromsteller mit nachgeschaltetem Schweißtransformator bei beliebiger Polarität eines Überspannungsimpulses bei möglichst exakt gleichem Spannungswert ansprechen.
Hierzu ist die in der DE-OS 22 58 112 offenbarte Schaltungsanordnung nicht geeignet. Bei dem dort verwendeten Halbleiterelement lassen sich die Ansprechwerte der Strom-Spannungs-Kennlinien für beide Stromrichtungen aus technologischen Gründen nur mit einer Toleranz von ±50 V gegenüber dem Sollwert cinhalten. Die Ansprcchwertc eines mit einem derartigen Halbleiterelement als Überspannungsschutz ausgerüsteten Wechselstromstellers können sich somit um bis zu 100 V unterscheiden. Für eine einwandfreie Funktion müssen deshalb solche Halbleiterelemente ausgewählt werden, deren Strom-Spannungs-Kennlinie sowohl bei stationärer als aach bei dynamischer Beanspruchung gleiche Spannungsschwellwerte besitzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs gcnannten Art so auszubilden, daß die Notzündung bei beliebiger Polarität der Überspannung bei gleichen Ansprechwerten erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches gciusl.

Als Kippventil wird voi^ugswci.-.e ein in der UHC-Dfückschfih DHS 60 590 D beschriebenes BOO-F-Icment (Kippdiode) verwendet. Bei diesem handelt es sich um einen auf definierte Kippspannung dimensionierten Thyristor, dessen Gate-Anschluß nicht herausgeführt

ist. Die Zündung erfolgt durch Überschreiten der NuII-Kippspannung.

Der Widerstand in Serie zur Gractz-Brückc begrenzt kapazitive Verschiebeströme in den Sperrschichlkapazitäten der Thyristoren sowie in den Streukapazitäten des jeweiligen Schaltungsaufbaus.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Zwischen Wechselstromanschlüssen 1 und 2 an zu . einem Schweißtransformator als Verbraucher führcnden Leitungen liegen antiparallclcl geschaltete Thyristoren 3 und 4, zwischen deren Sleuerclcktrodeniinschlüsse 5 und 6 eine Schaltungsanordnung /um Schul/, der Thyristoren 3, 4 gegen Überspannungen angeschlossen ist. Diese besteht au* einer aus vier Dioden 8

w) bis Il aufgebauten Graelz-ßrüeke, in deren (JIeU-Iistmm/.weig ein auf eine Kipp.spiinnunjr einer (irüUe im terhalb der hochstzulässigen Überspannung der Thyristoren 3 und 4 dimensioniertes Kippventil 12 liegt. In Reihe zur Graetz-Brücke sind ein Schutzwiderstand 13

b5 und eine Sicherung 14 mit Meldcschalter 15 geschaltet. Der Meldeschalter kann im Stromkreis einer nicht dargestellten Glimmlampe liegen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wird

nachfolgend erläutert:

Bei Beanspruchung des Thyristors 3 mit positiver Spannung (Blockierspannung) sperrt dieser, solange nicht von der normalen Steuereinrichtung (nicht gezeigt) ein Zündsignal vorliegt. Nahezu die gesamte positivc Anodenspannung liegt also als Sperrspannung am von der Anode aus gesehen zweiten pn-Obergang, welcher als Sperrschicht wirkt. Beim Thyristor 4 sind bei der angenommenen Spannungsbeanspruchung hingegen jeweils di; beiden äußeren pn-Übergäiige auf Sperrspannung beansprucht, weil dessen Anode eine negative Spannung gegenüber der Kathode hat Über-' schreitet nun die Spannung an den Thyristoren 3, 4 einen bestimmten Wert, so wird über die Kathoden-Steucrclcktrodcn-Strecke des Thyristors 4 hinweg die Kippspannung des Kippventils 52 erreicht. Dieses schaltet durch. Ober die Diode 9, das Kippventil 12, die Diode 10. den Schutzwiderstand 13 und die Sicherung 14 fließt ein Steuerstrom it;, der im Gegensatz zum vorher fließenp den sehr geringen Sperrstrom die Durchschaltung des £" Thyristors 3 bewirkt. Man kann sich dies auch so vorsiciicn und kann dies auch vorsehen, daß zwischen der f: Kathode und der Steuerelektrode des Thyris;ors 4 ein '^- Widerstand 16 liegt, dessen Spannungsabfall vernachlässigbar ist Positive Überspannungen am Anschluß 1 ^f bewirken also über eine Art Zener-Charakteristik am ^ Thyristor 4 ein Kippen des Kippventils 12 und somit ein Durchschalten des Thyristors 3. Entsprechend wird der Thyristor 4 durchgeschaltet, falls positive Überspannun- ^J, gen am Anschluß 2 anstehen. Die Durchlaßveriuste und die Strombclastung der Dioden 8 bis 11 können angesichts des im Verhältnis zum Thyristor-Hauptstrom kleinen Steuerstroms vernachlässigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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50

55

bO

Claims (1)

1. Patentanspruch:
   Schaltungsanordnung, enthaltend

   a) einen Wechselstromsteller aus zwei antiparallelgeschalteten steuerbaren Halbleiterventilen (3.4),

   b) einen den Wechselstromstellen nachgeschalteten Schweißtransformator,

   c) eine Notzündeinrichtung aus der Serienschaltung eines Widerstandes (13) und einer Graetz-Brücke (8,9, 10,11) mit einem in ihrem Gleichstromzweig angeordneten Halbleiter-Kippventil (12), wobei die Notzündeinrichtung die Steucrelektroden (5, 6) der beiden steuerbaren Halbleiterventile (3,4) verbindet.