DE3119889C1 - Schutzschaltung für einen Thyristor in einem Kondensator-Thyristorschalter - Google Patents

Description

• Wenn die Netzspannung UN zum Zeitpunkt tl ihren -Scheitelwert erreicht, so steht an den Thyristoren la und 1 b die doppelte Amplitude 2 Uo an. Wenn nun zu diesem Zeitpunkt t 1 beispielsweise der Thyristor la durch einen Fehler gezündet wird, so entsteht ein sehr hoher 230 244/624 Ladestrom 1,, der den Kondensator 2 umlädt. Unter der Wirkung der Drossel 3 sowie der Induktivität des angeschlossenen Netzes erfolgt dieses Umladen des Kondensators 2 nicht nur auf den Amplitudenwert der Netzspannung UN, sondern der Kondensatorstrom Jc wird solange weitergetrieben, bis der Kondensator 2 auf den dreifachen Amplitudenwert 3 Uo aufgeladen ist Der Ladestrom Ic fällt dann auf Null bzw. erreicht sogar kurzzeitig negative Werte, bis der vorher leitende Thyristor 1 a gelöscht ist In der negativen Halbwelle der Netzspannung UN addiert sich zur Kondensatorspannung Uc mit dem dreifachen Amplitudenwert 3 Uo nochmals der Amplitudenwert Uo der Netzspannung UN, so daß die Thyristoren 1a und 1b bei Berücksichtigung von Fehlzündungen für die vierfache Amplitude der Netzspannung ausgelegt sein müßten.
• Um den bereits eingangs erwähnten hohen Aufwand für die Erhöhung der Sperrfähigkeit zu umgehen, wird erfindungsgemäß jeder Thyristor la, 1b blockiert, solange an ihm eine hohe Sperrspannung ansteht. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Schaltung für einen einzelnen Thyristor 1 ist in F i g. 3 dargestellt.
• Dabei ist die Schaltstrecke des Thyristors 1 von der Reihenschaltung einer Diode 8, einer Thyristor-Diode 6, eines Widerstandes 9 und der Primärwicklung 7a eines Übertragers 7 überbrückt Als Thyristor-Diode 6 kann beispielsweise ein Diac oder eine Break Over Diode eingesetzt werden. Die Sekundärwicklung 7b des Übertragers 7 liegt in Reihe mit einer Diode 11 parallel zur Gate-Kollektor-Strecke des Thyristors 1. Ebenfalls parallel zur Gate-Kollektor-Strecke des Thyristors 1 liegt eine Diode 10. Dabei ist die Polung der Diode 10, der Diode 11 und der Sekundärwicklung 7b so gewählt, daß ein über die Diode 8 im Primärkreis des Übertragers 7 fließender Strom im Sekundärkreis über die Dioden 10 und 11 fließt.
• Wenn bei der Schaltung nach Fig. 3 die am Thyristor 1 anstehende Spannung U7; die in F i g. 4 zusammen mit der Netzspannung UN dargestellt ist, einen Grenzwert Uc überschreitet, so wird die Thyristordiode 6 leitend.
• Über die Primärwicklung 7a des Übertragers 7 fließt dann ein Strom, der durch den zum Schutz der Anordnung dienenden Widerstand 9 begrenzt wird. Da Thyristordioden in Rückwärtsrichtung im allgemeinen eine schlechte Sperrfähigkeit aufweisen, ist die Diode 8 vorgesehen, die diese Sperrspannung übernimmt Durch den Strom im Primärkreis des Übertragers 7 wird ein Strom in der Sekundärwicklung 7b induziert, der über die Dioden 10 und 11 fließt. Damit wird das Gate des Thyristors 1 um die Schwellspannung der Diode 10 negativ gegenüber der Kathode vorgespannt Da das Übersetzungsverhältnis des Übertragers 7 sehr groß ist, z. B. bei 500 liegt, wird in der Sekundärwicklung 7b ein verhältnismäßig großer Strom induziert, der größer ist als der an der Klemme 12 zu erwartende Steuerstrom. Der Steuerstrom am Steueranschluß 12 kann daher während der Blockierzeit d tdes Thyristors 1 nicht zur Wirkung kommen. Eine Fehlzündung nach F i g. 2 bei hoher anstehender Sperrspannung ist damit ausgeschlossen. Damit muß die Sperrspannung des Thyristors 1 nicht auf den vierfachen Amplitudenwert, sondern lediglich auf den doppelten Amplitudenwert plus möglicher Überspannungen im Netz ausgelegt werden.
• Die Diode 10 könnte auch weggelassen werden, wobei dann der Aufbau einer negativen Spannung über die Gate-Kathoden-Strecke des Thyristors 1 erfolgt.
• In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine vollständige Schaltung mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren la, 1b dargestellt. Um in diesem Fall die Sperrspannung in beiden Richtungen überwachen zu können, sind die Thyristoranschlüsse mit einem Brückengleichrichter 8 verbunden, an dessen Ausgangsklemmen die Reihenschaltung der Thyristordiode 6, des Widerstandes 9 und der Primärwicklung 7a liegt Für jeden Thyristor 1a bzw. 1b ist eine gesonderte Sekundärwicklung 7b bzw. 7c vorgesehen, die über eine Diode 11a bzw. 11b mit dem Gate des zugeordneten Thyristors la bzw. 1b verbunden ist Die Gate-Kollektor-Strecke jedes Thyristors la bzw. 1b ist mit einer Diode 10a bzw. 106 überbrückt.
• Bei dieser Schaltung wird die Thyristordiode 6 sowohl bei Überschreiten eines negativen als auch eines positiven Grenzwertes der an den Thyristoren 1a, 1b anstehenden Sperrspannung leitend. Über die Sekundärwicklung 7b bzw. 7c wird dann der Zündimpuls für den Thyristor blockiert, der für die anstehende Sperrspannung in Leitrichtung liegt. Die Funktion der Schaltung entspricht dabei der Funktion des in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels mit einem Thyristor.
• Ebenso wie beim einzelnen Thyristor wird beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 die Zündung der antiparallel geschalteten Thyristoren 1a und 1b bei anstehender hoher Sperrspannung in jeder Richtung sicher verhindert - L e e r s e i t e - - Leerseite - - Leerseite -

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Schutzschaltung für einen Thyristor in einem Kondensator-Thyristorschalter, der einen Kondensator mit einem Wechselstromnetz verbindet, dadurch gekennze-ichnet, daß zwischen Anode und Kathode des Thyristors (1) die Reihenschaltung eines Schwellwertgliedes (6) und der Primärwicklung (7a) eines Übertragers (7) angeordnet ist, dessen Sekundärwicklung (7b) in Reihenschaltung mit einer Diode (11) zwischen Gate und Kathode des Thyristors (1) liegt, so daß bei leitendem Schwellwertglied (6) die Zündimpulse für den Thyristor (1) blockiert werden.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertglied (6) eine Thyristor-Diode ist.
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors (1) eine Diode (10) angeordnet ist, deren Kathode dem Gate zugewandt ist.
4. 4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren (la, ib), dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung von Schwellwertglied (6) und Primärwicklung (7a) des Übertragers (7) über einen Brückengleichrichter (x) mit den Thyristoranschlüssen verbunden ist und daß der Übertrager (7) zwei jeweils einem Thyristor (1, 2) zugeordnete Sekun; därwicklungen (7b, 7c) aufweist.

   Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für einen Thyristor in einem Kondensator-Thyristorschalter, der einen Kondensator mit einem Wechselstromnetz verbindet.

   Insbesondere in Blindstromkompensationseinrichtungen werden Kondensatoren über Thyristorschalter an die Wechselspannung des zu beeinflussenden Netzes gelegt. Der Thyristor soll dabei möglichst spannungslos eingeschaltet werden, um die Schaltbelastung gering zu halten und Oberschwingungen zu verhindern. Der Thyristor wird daher mit Steuerimpulsen angesteuert, die gegenüber der Netzspannung um 90" voreilen.

   Wenn der Kondensator vom Netz abgeschaltet werden soll, so erhält der Thyristor keine Steuerimpulse mehr und sperrt damit mit dem nächsten Strom-Nulldurchgang. Im Anschluß an eine Phase der Durchlässigkeit des Thyristorschalters bleibt der Kondensator aufgeladen, so daß der Thyristorschalter als Sperrspannung betriebsmäßig den doppelten Wert der anliegenden Netzwechselspannung aufnehmen muß. Unter Berücksichtigung von Überspannungsvorgängen, z. B. Schaltstoßspannungen muß der Thyristorschalter für noch höhere Sperrspannungen bemessen werden. Eine Sperrspannung, die auf den vierfachen Wert der anliegenden Netzwechselspannung ansteigen kann, tritt schließlich auf, wenn durch eine Fehlzündung der Thyristorschalter bei Phasenopposition, d. h. wenn am Thyristorschalter als Sperrspannung die doppelte Netzwechselspannung ansteht, gezündet wird. Diese Fehlzündung kann durch Störimpulse oder Bauelementdefekte verursacht worden sein. Bei handelsüblichen Geräten wird dieser Fehler dadurch beherrscht, daß die Sperrfähigkeit des Thyristorschalters, z. B. durch Erhö- hung der Anzahl in Reihe geschalteter Thyristoren, entsprechend angepaßt wird und daß dem Kondensator zusätzlich ein Überspannungsableiter parallelgeschaltet wird. Diese Maßnahmen bedingen jedoch einen hohen Bauelementenaufwand im Leistungskreis des Thyristorschalters.

   Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Fehlzündung des Thyristors bei hoher anstehender Sperrspannung verhindert wird.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Anode und Kathode des Thyristors die Reihenschaltung eines Schwellwertgliedes und der Primärwicklung eines Übertragers angeordnet ist, dessen Sekundärwicklung in Reihenschaltung mit einer Diode zwischen Gate und Kathode des Thyristors liegt, so daß bei leitendem Schwellwertglied die Zündimpulse für den Thyristor blockiert werden. Mit dieser Zündblockiereinrichtung wird erreicht, daß der Thyristor bei hoher anstehender Sperrspannung nicht mehr gezündet werden kann, so daß der bei Fehlzündung auftretende Sperrspannungsanstieg auf die vierfache Netzspannung nicht mehr möglich ist. Die Sperrfähigkeit des Thyristorschalters kann damit entsprechend kleiner gewählt werden.

   Vorteilhafterweise kann das Schwellwertglied eine Thyristor-Diode sein. Es kann also beispielsweise ein Diac oder eine Break Over Diode eingesetzt werden, so daß der Schaltungsaufbau einfach und kostengünstig wird.

   Zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors kann eine Diode angeordnet sein, deren Kathode dem Gate zugewandt ist. Über diese Diode fließt bei Ansprechen des Schwellwertgliedes ein Strom, der das Gate gegen die Kathode des Thyristors negativ polt und somit diesen sicher im sperrenden Zustand hält.

   Bei einer Schutzschaltung mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren kann die Reihenschaltung von Schwellwertglied und Primärwicklung des Übertragers über einen Brückengleichrichter mit den Thyristoranschlüssen verbunden sein und der Übertrager zwei jeweils einem Thyristor zugeordnete Sekundärwicklungen aufweisen.

   Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert.

   F i g. 1 zeigt zur Erläuterung der Problemstellung die Grundschaltung des bekannten Kondensator-Thyristorschalters mit zwei antiparallelen Thyristoren la und lb, zu denen ein Kondensator 2 und eine Drossel 3 in Reihe liegen. Der Kondensator-Thyristorschalter wird über die Klemmen 4 und 5 mit dem zu beeinflussenden Netz verbunden. Die Drossel 3 soll zu hohe Ladeströme des Kondensators 2 verhindern und schützt somit die Thyristoren la und 1bevor Stromspitzen.

   In F i g. 2 ist der Verlauf der Netzspannung UN mit der Amplitude Ua der Kondensatorspannung Uc, der Thyristorspannung UT sowie des Kondensatorstromes Ic im Falle einer Fehlzündung des Thyristors la dargestellt. Bei leitendem Thyristor la wird der Kondensator 2 auf die negative Amplitude - Uo der Netzwechselspannung UN aufgeladen. Wenn der Ladestrom durch Null geht, löscht der Thyristor la und der Kondensator bleibt auf die Spannung - Uo aufgeladen.