DE3015198C2

DE3015198C2 -

Info

Publication number: DE3015198C2
Application number: DE3015198A
Authority: DE
Inventors: Sumio Yokohama Kanagawa Jp Kobayashi; Tadashi Kawasaki Kanagawa Jp Takahashi; Hidetoshi Kunitachi Tokio/Tokyo Jp Ino
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-04-24
Filing date: 1980-04-19
Publication date: 1989-03-30
Also published as: DE3015198A1; JPS55141982A; US4325114A; JPS61989B2; CH634182A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Zündschal tung ist Gegenstand der älteren Anmeldung P 29 51 115.7-32.

Bei der gemäß der Gattung ausgebildeten, relativ kurze Zünd impulse verwendenden Zündschaltung hat es sich bewährt, nicht nur zu Beginn des Leitfähigkeitsintervalls eine An zahl in Reihe geschalteter Thyristoren einen Zündimpuls auszulösen, sondern zusätzlich weitere Zündimpulse bereits dann, wenn nach Auftreten einer kurzzeitigen Sperrspannung während des Leitfähigkeitsintervalls diese Sperrspannung gegen Null zurückgeht.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß unter ungünstigen Lastver hältnissen der gewünschte unbedingte Schutz der aufwendigen Thyristoranordnung nicht sicher gewährleistet ist, insbe sondere, wenn die Dauer von Spannungseinbrüchen die Größen ordnung der Abschaltzeit der eingesetzten Thyristoren er reicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Zünd schaltung der eingangs genannten Art den Schutz so zu er strecken, daß zwar die Vorteile der frühzeitigen Nachzündung erlangt werden, die mit der Zündschaltung betriebenen Thyristo ren jedoch lückenlos in allen möglichen Betriebszuständen unbedingt gegen Zerstörungen gesichert sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Sie gestatten die frühzeitige Abgabe eines weiteren Zündimpulses bereits dann, wenn die während eines Leitfähigkeitsintervalls kurzzeitig in Sperrichtung anliegen de Spannung gegen Null geht, so daß eine frühere Möglichkeit der Rückzündung geschaffen wird als bei üblichen Zündschal tungen, bei denen weitere Zündimpulse erst beim Einsetzen einer in Durchlaßrichtung liegenden Spannung ausgelöst wer den. Die an sich vorteilhafte und Thyristoren schützende Möglichkeit der frühzeitigen Auslösung weiterer Zündimpulse kann jedoch auch eine Gefährdung dann bedingen, wenn die Dauer der in Sperrichtung anliegenden Spannung die Größen ordnung der Abschaltzeit der eingesetzten Thyristoren er reicht. Nach der Erfindung werden daher bei länger andauern den in Sperrichtung anliegenden Spannungen die frühe Zündim pulse bewirkenden Schaltelemente wirkungslos gemacht, so daß erst nach Aufbau einer ausreichend hohen in Durchlaßrichtung anliegenden Spannung weitere Zündimpulse bewirkt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Anspruch 2 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt hierbei

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Zündschaltung,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von beim Betrieb der Zündschaltung auftretenden Signalen,

Fig. 3 schematisch eine Ausführung der Meßschaltung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer variierten Teilschaltung der Fig. 1, und

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf von beispielhaft an Thyristoren anliegenden Spannungen.

In der Fig. 1 ist ein aus einer Anzahl in Reihe geschalteter, gleichzeitig zu zündender Thyristoren bestehender Thyristor- Zweig 1 dargestellt; derartige Thyristor-Zweige können beispiels weise zu einem Thyristor-Stromrichter zusammengeschaltet wer den. Die Perioden, während deren die Thyristoren 1 zu zünden sind, im folgenden als Leitfähigkeitsintervall bezeichnet, werden durch die Signale a am Ausgang eines sie bewirkenden Steuerkreises 2 bezeichnet. An den Anoden-Anschluß sowie den Kathoden-Anschluß eines Thyristors, gegebenenfalls auch einer Gruppe von Thyristoren, ist eine Meßschaltung 3 gelegt, welche die an Thyristoren liegende Spannung V _A-K erfaßt. Sie gibt ein Ausgangssignal b ab, wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode mindestens eines Thyristors in Durchlaß richtung desselben einen vorgegebenen Schwellwert überschrei tet, und sie bewirkt über einen separaten Ausgang ein Aus gangssignal c, wenn am Thyristor eine Spannung in Sperrichtung anliegt. Dem Eingang der Meßschaltung 3 ist eine konventionelle Dämpfungsschaltung SC parallel geschaltet.

Das Ausgangssignal a des Steuerkreises 2 sowie das Ausgangs signal b der Meßschaltung 3 sind einem Und-Glied 4 aufge schaltet, das ein Ausgangssignal d weitergibt, wenn die bei den ihr aufgeschalteten Signale a und b den Logikwert "1" aufweisen. Dieses Signal d ist ein Anzeichen dafür, daß wäh rend des Leitfähigkeitsintervalls, bezeichnet durch das Aus gangssignal a, an mindestens einem Thyristor eine Spannung in Durchlaßrichtung ansteht, bezeichnet durch das Ausgangssignal b.

Das Signal d wird einem Oder-Glied 7 zugeführt, das beim Auf treten eines solchen Signales ein Signal g bewirkt, welches einen Zündimpuls auslöst.

Das Ausgangssignal c der Meßschaltung 3 wird parallel hierzu einer Impuls-Stufe 5 sowie einer monostabilen Kippstufe 8 zugeführt, und die an deren Ausgängen erfaßbaren Signale e und h werden mit dem Ausgangssignal a des Steuerkreises 2 drei Eingängen eines zweiten Und-Gliedes 6 zugeführt. Damit ergibt sich folgende Auswirkung: Durch die Einbeziehung des Ausgangssignales a kann das Und-Glied 6 nur während des Leitfähigkeitsintervalls wirksam werden. Die Impulsstufe 5 bewirkt ein Ausgangssignal e, wenn das Ausgangssignal c der Meßschaltung 3 gegen Null abfällt. Dieses Ausgangssignal e wird im Arbeitszustand der monostabilen Kippstufe 8 und beim Anliegen des Ausgangssignales a über das zweite Und- Glied 6 als Ausgangssignal f dem Oder-Glied 7 übermittelt und bewirkt ein Ausgangssignal g und damit ein weiteres Zündsignal, das beim Abfallen einer an Thyristoren anliegenden Sperrspannung gegen Null bewirkt wird, so daß es bereits vor dem Ansteigen der am Thyristor in Durchlaßrichtung liegenden Spannung auftritt.

Durch das Ausgangssignal c der Meßschaltung 3 wird gleich zeitig auch die monostabile Kippstufe 8 in den Arbeitszu stand umgeschaltet, so daß, wie beschrieben, das Ausgangs signal e der Impulsstufe 5 über das zweite Und-Glied 6 über tragen werden konnte. Die monostabile Kippstufe 8 ist so bemessen, daß das durch ihre Einschaltung bewirkte Ausgangs signal h eine Dauer T ₁ aufweist, welche mindestens annähernd der Abschaltzeit der Thyristoren entspricht. Weisen an den Thyristoren anliegende Sperrspannungen und damit auch das Ausgangssignal c eine längere Dauer auf, so schaltet die monostabile Kippstufe 8 vor deren Ende zurück und das Aus gangssignal h verschwindet, so daß eine Wirksamkeit der Im pulsstufe 5 für Sperrspannungseinbrüche längerer Dauer mittels des Und-Gliedes 6 ausgeschlossen wird.

Erläutert werden diese Vorgänge in Verbindung mit den Diagram men der Fig. 2. Hierbei gilt die Kurve V _A-K für die zwischen der Anode und der Kathode liegende Spannung des mittels der Meß schaltung 3 erfaßten Thyristors. Beidseitig der Nullinie sind die Spannungsschwellwerte FVL bzw. RVL angedeutet, bei deren Überschreitung bzw. Unterschreitung die Ausgangssignale b bzw. c ausgelöst werden. Mit a sind die Ausgangssignale des Steuerkreises 2 bezeichnet, welche die jeweiligen Leit fähigkeitsintervalle des Thyristorenzweiges 1 bezeichnen. Das Signal b wird bei an den Thyristoren anstehender Durch laßspannung abgegeben und bewirkt beim gleichzeitigen Vor liegen des Signales a mittels der Und-Stufe 4 ein Ausgangs signal d und damit ein Ausgangssignal g und einen Zündimpuls.

Bei einem Sperrspannungseinbruch wird ein Ausgangssignal c bewirkt, welches die monostabile Kippstufe 8 mit einer Dauer T ₁ wirksam macht, welche der Abschaltzeit der Thyristoren entspricht. Bei einer Unterschreitung der Schwelle RVL werden über die Impulsstufe 5, das Und-Glied 6 sowie das Oder-Glied 7 Ausgangssignale e, f und g und damit weitere Zündimpulse ausgelöst. In der rechts wiedergegebenen Darstellung je doch wird die mit RVL bezeichnete Schwelle erst nach der Rückschaltung der monostabilen Kippstufe 8 erreicht, so daß zwar die Impulsstufe 5 ein Ausgangssignal e bewirkt, dieses aber durch das Und-Glied 6 unterdrückt wird, so daß beim Wie dereinsetzen der Durchlaßspannung nach längerer Sperrspannung die wiederholte Zündung während des Leitfähigkeitsintervalls nur nach Überschreiten der Schwelle FVL mittels der Ausgangs signale a und b über das Und-Glied 4 erfolgt.

Eine mögliche praktische Ausführung der Meßschaltung 3 der Fig. 1, bei der auf die erforderliche hochspannungsfeste Aus führung geachtet ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Die dort gezeigte Meßschaltung enthält Licht emittierende Leuchtdioden LED ₁ und LED ₂, welche über einen Widerstand R mit dem Thyristor- Zweig 1 verbunden sind, und über diesen Widerstand R von der am Thyristor-Zweig 1 anliegenden Spannung gespeist werden. Durch inverse Polung wird erreicht, daß bei in Durchlaßrichtung orientierten Spannungen die Leuchtdiode LED ₁ anspricht, während bei in Sperrichtung orientierten Spannungen die Leuchtdiode LED ₂ Licht abstrahlt. Über Licht leiter LG ₁ und LG ₂ werden von den Leuchtdioden ihnen zugeord nete Fototransistoren P ₁ bzw. P ₂ angesprochen, denen Schalt transistoren Tr ₁ und Tr ₂ nachgeordnet sind. Damit wird beim Erfassen von in Durchlaßrichtung gepolten Spannungen die Leuchtdiode LED ₁ erregt, und es wird der Fototransistor P ₁ angesprochen, der über den Schalttransistor Tr ₁ das Ausgangs signal b abgibt. Dementsprechend wird im Falle von in Sperr ichtung anliegenden Spannungen über den Schalttransistor Tr ₂ ein Ausgangssignal c abgegeben.

Eine das Blockschaltbild der Fig. 1 variierende Teilschaltung ist in Fig. 4 gezeigt. Zwischen das Und-Glied 6 und das Oder- Glied 7 ist hier zusätzlich eine Zeitverzögerungsschaltung 9 eingefügt, welche beim Absinken der Sperrspannung gegen Null mittels des Ausgangssignales c über die Impuls-Stufe 5 bewirkte Signale in Form der hinter dem Und-Glied 6 auftretenden Aus gangssignale f auf Ausgangssignale f′ hin verzögert, so daß auch die hinter dem Oder-Glied 7 auftretenden, Zündimpulse bewirkenden Ausgangssignale g′ entsprechend verzögert sind. Hierbei besteht die Möglichkeit, diese Zeitverzögerung td so einzustellen, daß sie der Erholungszeit des Thyristors entspricht, so daß damit auch die Impulsbreite der für das Zünden der Thyristoren benutzten Zündimpulse verkürzbar ist, da durch die zusätzliche Verzögerung auch bei schnellstem Absinken der in Sperrichtung liegenden Spannung der Zünd impuls wirksam wird. Dargestellt ist eine solche Verzöge rung im links gezeigten Diagramm der Fig. 2 in den den Signalen f′ und g′ zugeordneten Bereichen.

Zur weiteren Erläuterung wird in Fig. 5A eine an Thyristoren liegende Sperrspannung V _A-K mit schneller Anstiegszeit ge zeigt, während Fig. 5B ein wesentlich langsameres Ansteigen illustriert. Bei steilem Anstieg ergeben sich entsprechend der Verteilung der Träger Q der in Serie betriebenen Thyri storen kurze Erholungszeiten und kurze Zeitabschnitte t ₁, während in der Fig. 5B eine lange anliegende Sperrspannung dargestellt ist, die zu entsprechend langen Zeitabschnitten t ₂ führt.

Gemäß der Lehre der Erfindung wird aber bei steilem Abfall der Sperrspannung im Sinne einer baldigen Wiederkehr der Durchlaßpolung der Zünd impuls in Abhängigkeit vom Ausgangssignal f bewirkt. Ist da gegen bei länger andauernden Sperrspannungen die Dauer T ₁ der monostabilen Kippstufe 8 abgelaufen, dann wird der Zünd impuls über das Und-Glied 4 synchron zum Aufbau der Durch laßspannung bewirkt. Damit aber wird vermieden, daß Thyristoren gefährdet werden, wenn nach Auftreten einer Sperrspannung und Abschalten aller Thyristoren allen Thyristoren ein Zünd signal aufgeschaltet wird. Vielmehr erweist sich die Zünd schaltung als ausgesprochen sicher, da erneute Zündungen auf der Grundlage der während der Einschaltperiode gemessenen und erfaßten Sperrspannung bewirkt werden, so daß ein Thyristor- Stromrichter auch dann sicher betrieben werden kann, wenn die in Durchlaßrichtung liegende Spannung bei einem oder mehreren der Thyristoren nicht erfaßt werden kann. Da nach den Lehren der Erfindung auch schmale Zündimpulse verwendbar sind, ist es möglich, die Leistung der diese bewirkenden Stromquelle zu reduzieren. Es ergibt sich damit eine sowohl sichere als auch wirtschaftliche Zündschaltung für Thyristorenanordnungen, insbesondere in Stromrichtern.

Claims

1. Zündschaltung für eine Thyristor-Anordnung mit einer Anzahl in Reihe geschalteter, gleichzeitig zu zündender Thyristoren mit einem Steuerkreis (2) zur Vorgabe des gewünschten Leitfähigkeitsintervalls (a) und mit einer Meßschaltung (3), die ein Ausgangssignal (b) abgibt, wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode mindestens eines Thyristors in Durchlaßrichtung desselben einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei die Aus gänge von Steuerkreis (2) und Meßschaltung (3) auf die Eingänge eines ersten Und-Gliedes (4) geschaltet sind, welches bei der Ansteuerung seiner Eingänge Zündimpulse auslöst, wobei die Meßschaltung (3) über einen separaten Ausgang ein weiteres Ausgangssignal (c) für eine Zeitdauer bereitstellt, während der an dem Thyristor eine Spannung in Sperrichtung zwischen dessen Anode und Kathode liegt, und daß das weitere Ausgangssignal (c) eine Impulsstufe (5) beaufschlagt, welche beim Zurückfallen des weiteren Ausgangssignals (c) auf Null ein kurzzeitiges weiteres Signal (e) aus löst, und daß das Steuerkreis-Ausgangssignal (a) und das kurzzeitige weitere Signal (e) auf Eingänge eines zweiten Und-Gliedes (6) geführt sind, dessen Ausgang

- zusammen mit dem Ausgang des ersten Und-Gliedes (4)
- mit Eingängen eines Oder-Gliedes (7)

verbunden ist, an dessen Ausgang ein Zündimpuls abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine monostabile Kippstufe (8) vorgesehen ist, deren Eingang vom weiteren Ausgangssignal (c) der Meßschaltung (3) beaufschlagt ist, und deren Ausgang mit einem weiteren Eingang des zweiten Und-Gliedes (6) verbunden ist, wobei die monostabile Kippstufe (8) ein Signal (h) bereitstellt, dessen Dauer (T ₁) min destens annähernd der Abschaltzeit der Thyristoren entspricht, und dessen Beginn mit dem Beginn des weiteren Ausgangssignals (c) zusammenfällt.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitverzögerungsschaltung (9) zwischen dem Ausgang des zweiten Und-Gliedes (6) und dem Eingang des Oder-Gliedes (7) vorgesehen ist.