DE3210484A1 - Zuendschaltung fuer antiparallel geschaltete thyristoren - Google Patents

Zuendschaltung fuer antiparallel geschaltete thyristoren

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Description

  • Zündschaltung für antiparallel geschaltete Thyristoren
  • (Es wird die Priorität aus der Japanischen Anmeldung T 56-40274 vom 23.03.1981 beansprucht) Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für eine Thyristoranordnung, bei der mindestens zwei Zweige mit mindestens Je zwei in gleicher Leitrichtung in Serie geschalteten Thyristoren antiparallel geschaltet sind, wobei die Zündschaltung einen lichtzündbaren Hilfsthyristor enthält, dessen einer Anschluß mit dem Verbindungspunkt zweier in entgegengesetzter Leitrichtung in Serie geschalteter Dioden verbunden ist und wobei alle Thyristoren über den lichtzündbaren Hilfsthyristor und die Dioden gezündet werden.
  • Bei antiparallel geschalteten Thyristoren soll für die Zündung mehrerer Thyristoren möglichst nur ein einzelner lichtzündbarer Hilfsthyristor verwendet werden, da lichtzündbare Hilfsthyristoren verhältnismäßig teuer sind.
  • Andererseits wird bei Zündung mehrerer in Serie geschalteter Thyristoren mit einem einzelnen lichtzündbaren Hilfsthyristor der lichtzündbare Hilfsthyristor mit hohen Spannungen belastet. Die an den Thyristoren in Serie schaltung anstehende Spannung geht nämlich im allgemeinen auf den einzelnen lichtzündbaren Hilfsthyristor über. In einer derartigen Zündschaltung kann man auch Störungen Jedes Hauptthyristors der Serienschaltung überwachen. Dabei ist es erwünscht, daß Störungen für Jeden Thyristor getrennt erfaßt werden und daß die Zündschaltung so klein und kostengünstig wie möglich gehalten wird.
  • In den Figuren 1 bis 3 sind Beispiele bekannter Zündschaltungen für antiparallel geschaltete Thyristoren dargestellt.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Stromrichter mit zwei Thyristorzweigen, wobei Jeder Thyristorzweig eine Serienschaltung mehrerer Thyristoren TH1 bis THn-1 bzw. TH2 bis THn enthält und die beiden Thyristorzweige antiparallel geschaltet sind. Dabei ist Jedem Thyristor TH1 bis THn ein eigener lichtzlindbarer Hilfsthyristor PTH1 bis PTHn zugeordnet. Damit erhält man eine Zündschaltung mit einfachem Aufbau und sicherer Steuerung der Zündung. Da Jedoch ebensoviele lichtzUndbare Hilfsthyristoren wie Hauptthyristoren nötig sind, werden die Kosten sehr hoch.
  • Figur 2 zeigt eine weitere bekannte Zündschaltung mit zwei antiparallel geschalteten Thyristorzweigen, wobei jeder Thyristorzweig zwei in Serie geschaltete Thyristoren TH1, TH3 bzw. TH2, TH4 enthält. Die Thyristoren TH1 bis TH4 werden mit zwei lichtzündbaren Hilfsthyristoren PTH1 und PTH2 gezündet. Bei der ebenfalls bekannten Schaltungsanordnung nach Figur 3, die die Merkmale nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, werden die vier Thyristoren TH1 bis TH4 einer Serien-Antiparallelschaltung mit einem einzigen lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 gezündet. Damit wird die Zahl der zur Zündung benötigten lichtzündbaren Hilfsthyristoren mit der Schaltung nach Figur 2 also auf die Hälfte und mit der Schaltung nach Figur 3 auf ein Viertel der Anzahl der Thyristoren reduziert. Die Kosten der Zündschaltung werden also geringer. Dagegen wird die Anzahl der insgesamt benötigten Schaltelemente erhöht, so daß der Schaltungsaufbau komplizierter wird. Besonders bei der ZUndschaltung nach Figur 3 ist ein sehr hochspannungsfester lichtzündbaren Hilfsthyristor erforderlich, da dieser die von den beiden in Serie geschalteten Thyristoren TH1, TH3 bzw. TH2, TH4 auf den lichtzündbaren Hilfsthyristor übergehende Spannung aushalten muß. Damit muß man Jedoch verschiedene Nachteile in Kauf nehmen.
  • In Figur 4 ist eine ebenfalls bekannte Schaltungsanordnung dargestellt, bei der in einem Stromrichter mit Serien-Antiparallelschaltung mehrerer Thyristoren TH1 bis THn die Thyristoren TH1 bis THn auf Fehler überwacht werden.
  • Dabei ist Jeder Antiparallelschaltung zweier Thyristoren TH1, TH2 bis THn-1, THn die Serienschaltung eines Widerstands RS1 bis RSn/2 und einer Leuchtdiode LED1 bis LEDn/2 parallel geschaltet. Damit werden die Thyristoren TH1 bis THn mit den Leuchtdioden LED1 bis LEDn/2 durch Lichtaussendungauf Fehler überwacht. Dabei ist Jedoch für jeweils zwei Thyristoren TH1, TH2 bis THn-1, THn ein verhältnismäßig teuerer Lichtleiter erforderlich, um für Jeweils zwei Thyristoren die Lichtaussendung der zugeordneten Leuchtdiode zu überwachen. Dabei wird der Aufbau kompliziert und kostspielig. Außerdem müssen die Leuchtdioden in Anbetracht der Charakteristik eines Uberwachungssignal-Ubertragungssystems mit dem Lichtleiter einen ve;rhältnismäßig hohen Strom führen. Dies führt zu Problemen bezüglich der Verschlechterung der Charakteristik oder Verkürzung der Lebensdauer der Leuchtdioden.
  • Die bekannte Schaltung nach Figur 4 enthält außerdem Einrichtungen ST1 bis STn zur Selbstzündung der Thyristoren TH1 bis THn.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zündschaltung für eine Thyristoranordnung mit Thyristoren in Antiparallelschaltung so auszugestalten, daß die Herstellungskosten gering sind und die Spannungsbeanspruchung für den lichtzündbaren Hilfsthyristor niedrig ist. Außerdem sollen Fehler der Thyristoren durch eine einfach und kostengünstig herzustellende Überwachungsschaltung erkannt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Anschluß des lichtzündbaren Hilfsthyristors mit einer Leitung verbunden ist, die entsprechende Ver- bindungspunkte der Thyristoren der antiparallel geschalteten Zweige verbindet.
  • Dabei werden die Thyristoren der Serien-Antiparallelschaltung mit einem einzigen lichtzündbaren Hilfsthyristor gezündet, wobei der lichtzündbare Hilfsthyristor nur die Spannung eines Thyristors übernehmen muß. Damit werden die Nachteile der herkömmlichen Schaltungen vermieden und es ist für mehrere Thyristoren nur ein lichtzündbarer Hilfsthyristor vorhanden.
  • Vorteilhafterweise ist Jede Diode mit einer Primärwicklung eines Impulsübertragers verbunden, wobei Jeder Impulsübertrager für Jeden zu zündenden Thyristor eine Sekundärwicklung aufweist, die mit dem Gate des zugeordneten Thyristors verbunden ist. Die Zündimpulse werden damit den Thyristoren potentiaigetrennt über Impulsübertrager zugeführt.
  • Vorteilhafterweise liegt in Serie zu Jedem lichtzündbaren Hilfsthyristor eine Strom-Uberwachungsschaltung, die mit einer Störmeldeeinrichtung verbunden ist. Dabei können mit einer einzigen Strom-Uberwachungsschaltung Fehler in allen zugeordneten Thyristoren erfaßt werden.
  • Jede Strom-Uberwachungsschaltung kann zweckmäßigerweise eine Leuchtdiode sein, da dann die potentialgetrennte Ubertragung der Störmeldesignale besonders einfach wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren 5 bis 9 näher erläutert.
  • Figur 5 zeigt eine Thyristoranordnung mit zwei Thyristorzweigen, wobei der erste Thyristorzweig zwei Thyristoren TH1 und TH3 in Serienschaltung und der zweite Thyristorzweig ebenfalls zwei Thyristoren TH2 und TH4 in Serienschaltung enthält. Die Thyristoren TH1 und TH2 sowie TH3 und TH4 sind Jeweils antiparallel geschaltet. Die Anode eines lichtzündbaren Hilfsthyristors PTH1 ist mit einer Leitung L verbunden, die die Verbindungspunkte der Thyristoren TH1, TH3 und TH2, TH4 verbindet. Parallel zu den beiden Thyristorzweigen TH1, TH3 bzw. TH2, TH4 liegt die Serienschaltung der Primärwicklung eines ersten Impulsübertragers PT1,einer ersten Diode D1, einer zweiten Diode D2 und der Primärwicklung eines zweiten Impulsübertragers PT2. Die beiden Dioden D1, D2 sind entgegengesetzt gepolt, wobei die Kathode der ersten Dioden D1 der Kathode des Thyristors TH3 bzw. der Anode des Thyristors TH4 zugewandt ist. Die Kathode des lichtzündbaren Hilfsthyristors PTH1 ist mit dem Verbindungspunkt der beiden Dioden D1, D2 verbunden. Die beiden Impulsübertrager PT1 und PT2 weisen Jeweils zwei Sekundärwicklungen auf, wobei Jede Sekundärwicklung einerseits mit der Kathode und andererseits mit dem Gate eines Thyristors TH1, TH3 für den ersten Impulsübertrager PT1 bzw. TH2, TH4 für den zweiten Impulsübertrager PT2 verbunden ist. Schutzbeschaltungen für die Thyristoren TH1 bis TH4 sind in Figur 5 der Ubersichtlichkeit wegen weggelassen.
  • Wenn an die Thyristoranordnung nach Figur 5 eine Spannung angelegt ist, für die die Thyristoren TH1, TH3 in Leitrichtung und die Thyristoren TH2, TH4 in Sperrichtung liegen, so ist die Diode D1 leitend und die Diode D2 sperrt. Daher liegt am lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 lediglich eine Spannung der Thyristoren TH3 bzw. TH4 an.
  • Wenn dem lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 unter diesen Bedingungen ein Lichtsignal zugeführt wird, so wird der lichtzündbare Hilfsthyristor PTH1 eingeschaltet und über den Impulstransformator PT1 den Thyristoren TH7 und TH3 ein Zündimpuls zugeführt.
  • Wenn dagegen die Spannung an der Thyristoranordnung eine derartige Polarität aufweist, daß die Thyristoren TH2 und TH4 in Leitrichtung und die Thyristoren TH1, TH3 in Sperrrichtung liegen, so sperrt die Diode Dl und die Diode D2 leitet. Daher liegt lediglich eine der Spannungen der Thyristoren TH2 bzw. TH1 am lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 an. Wenn dabei der lichtzündbare Hilfsthyristor PTH1 durch ein Lichtsignal eingeschaltet wird, erhalten die Thyristoren TH2 und TH4 über den Impulstransformator PT2 einen Zündimpuls.
  • Dabei liegt am lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 lediglich die an einem der Thyristoren TH1 bis TH3 anstehende Spannung an. Ein Zündimpuls wird automatisch verteilt und denjenigen der Thyristoren TH1 bis TH4 zugeführt, die in Leitrichtung liegen. Die Thyristoren TH1 und TH3 bzw.
  • TH2 und TH4 werden daher abwechselnd gezündet.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Thyristoranordnung nach der vorliegenden Erfindung ist in Figur 6 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Thyristoren TH1 bis TH4 wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 in Serien-Antiparallelschaltung angeordnet. Die Serienschaltung der entgegengesetzt gepolten Dioden Dl und D2 ist dabei den beiden Thyristorzweigen TH1, TH3 und TH2, TH4 direkt parallel geschaltet. Die Kathode des lichtzündbaren Hilfsthyristors PTH1 ist mit dem Verbindungspunkt der beiden Dioden D1, D2 verbunden. Die Anode des lichtzündbaren Hilfstyhristors PTH1 ist über die Primärwicklung eines Impulsübertragers PT1 mit der Verbindungsleitung zwischen den Verbindungspunkten der Thyristoren TH1, TH3 und TH2, TH4-verbunden. Der Impulsübertrager PT1 weist vier Sekundärwicklungen auf, von denen jeweils ein Ende mit der Kathode und das zweite Ende mit dem Gate eines Thyristors TH1 bis TH4 verbunden ist. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 wird der lichtzündbare Hilfsthyristor PTH1 nur mit der Spannung eines der Thyristoren TH1 bis TH4 belastet. Unabhängig von der Polarität der Spannung an den Thyristoren TH1 bis TH4 wird ein Zündimpuls mit einem einzigen Impulstransformator PT1 auf die einzelnen Thyristoren TH1 bis TH4 übertragen.
  • Figur 7 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem vier Thyristoren TH1 bis TH4 wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen in Serien-Antiparallelschaltung angeordnet sind.
  • Die Zündschaltung entspricht dabei der nach Figur 5. Bei der Schaltung nach Figur 6 werden Jedoch Fehler der Thyirstoren TH1 bis TH4 mit Hilfe des Stroms durch den gemeinsamen lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 überwacht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Strom durch den lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 über einen Widerstand RD1 und eine zu dem Widerstand RD1 parallel geschaltete Serienschaltung eines weiteren Widerstands RD2 und einer Leuchtdiode LED1 geführt. An diese Leuchtdiode LED1 kann z.B. ein Lichtleiter angeschlossen werden, der das von der Leuchtdiode LED1ausgesandte Licht zu einer Störmeldeeinrichtung führt. Der den lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 durchfließende Strom kann aber auch direkt über die Leuchtdiode LED1 geführt werden, wenn dieser Strom den Betriebsdaten für die Leuchtdiode LED7 entspricht.
  • Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 7 weist Jeder der Thyristoren TH1 bis TH4 eine Schutzzündeinrichtung ST1 bis ST4 auf. Mit diesen Schutzzündeinrichtungen ST1 bis ST4 wird der zugeordnete Thyristor TH1 bis TH4 in dem Fall gezündet, daß die an ihm anstehende Spannung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dieser vorgegebene Grenzwert liegt unter der für den zugeordneten Thyristor zulässigen Spannung. Die Uberschreitung des vorgegebenen Grenzwerts wird mit den Schutzzündschaltungen ST1 bis ST4 erfaßt, wobei diese dem zugeordneten Thyristor TH1 bis TH4 einen Zündimpuls zuführen. Durch Zündung werden die Thyristoren also gegen Uberspannung geschützt.
  • In Figur 9 ist ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Fehlerüberwachung gemäß der Schaltungsanordnung nach Figur 7 dargestellt. Die Schaltungsanordnung nach Figur 7 soll dabei entsprechend Figur 8 über eine Induktivität L an eine Wechselspannungsquelle S angeschlossen sein. Bei den Impulsdiagrammen nach Figur 9 zeigt das Diagramm A den Spannungsverlauf an den Thyristoren TH1, TH2 das Impulsdiagramm B den Spannungsverlauf an den Thyristoren TH3, TH4, die Impulsdiagramme C, D, Ei F zeigen Jeweils die Ansteuerimpulse für die entsprechenden Thyristoren TH1 bis TH4 und das Impulsdiagramm G zeigt schließlich den Stromverlauf durch die Leuchtdiode LED1. Die Zündimpulse der Impulsdiagramme C bis F sind mit Nummern versehen, wobei die Zündimpulse 1 und 2 von den Impulstransformatoren PT1 bzw. PT2 geliefert werden, während der Zündimpuls 3 einen Zündimpuls darstellt, der durch die Schutzzündanordnung ST1 erzeugt wird. Bei den dargestellten Impulsdiagrammen ist angenommen, daß am Thyristor TH3 oder TH4 ein Kurzschluß auftritt. Da die an den Thyristoren TH3 bzw. TH4 anstehende Spannung O ist, kann dem Thyristor TH1 während seiner Spannungsbeaufschlagung in Leitrichtung kein Zündimpuls durch den Impulsübertrager PT1 zugeführt werden. Daher wird der Thyristor TH1 zusätzlich belastet, wenn der in Serie geschaltete Thyristor TH3 gezündet ist. Die Schutzzündschaltung ST1 schützt Jedoch den Thyristor TH1 vor Uberlastung, indem sie diesen zündet. In diesem Fall fließt über den lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 kein Strom, so daß auch die Leuchtdiode LED1 stromlos bleibt.
  • Wenn also an den Thyristoren TH3 oder TH4 ein Fehler auftritt, gibt also die Leuchtdiode LED1 sofort nach einem optischen Zündsignal für den lichtzündbaren Hilfsthyri- stor PTH1 während der Spannungsbeaufschlagung der Thyristoren TH1, TH3 in Durchlaßrichtung kein Kontrollsignal ab. Damit wird ein Fehler des Thyristors TH3 oder TH4 erfaßt.
  • Entsprechend wird auch ein Fehler an den Thyristoren TH1 oder TH2 erfaßt. In diesem Fall gibt die Leuchtdiode LED1 während der Spannungsbeaufschlagung der Thyristoren TH1, TH3 in Sperrichtung kein Kontrollsignal ab. Damit kann ein Fehler an den Thyristoren TH1 oder TH2 erfaßt werden.
  • Zusammenfassend ist also festzustellen, daß der lichtzündbare Hilfsthyristor über die in seinem Strompfad liegenden Dioden1, D2 lediglich mit der Spannung eines der Thyristoren TH1 bis TH4 belastet wird. Daher ist für den lichtzündbaren Hilfsthyristor eine Ausführung mit geringerer Spannungsbelastbarkeit ausreichend. Die Anzahl der für die Zündung benötigten Bauelemente kann verringert werden, was zu einem einfachen Aufbau und geringen Kosten der Schaltung führt und außerdem die Zuverlässigkeit der Anordnung erhöht. Ferner müssen die Thyristoren nicht einzeln mit Fehleriiberwachungen versehen werden, vielmehr können Fehler mit dem Strom eines einzelnen, für die vier Transistoren einer Serien-Antiparallelschaltung gemeinsamen lichtzündbaren Hilfsthyristors erfaßt werden. Der den lichtzündbaren Hilfsthyristor durchfließende Strom ist ein'begrenzter Impulsstrom.
  • Für die Uberwachung dieses Impulsstroms ist eine Leuchtdiode vorgesehen. Der diese Leuchtdiode durchfließende Strom ist also ebenfalls ein impulsförmiger Strom. Damit wird nicht nur erreicht, daß die Leuchtdiode während des Betriebs leuchtet, sondern es wird sowohl die Zuverlässigkeit der Fehlerüberwachung verbessert und die Lebensdauer der Leuchtdiode erhöht.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind Jeweils zwei Thyristorzweige parallel geschaltet. Die Zündschaltung nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch ganz allgemein auch auf jede Thyristoranordnung anwendbar, bei der zwei oder mehr in Serie geschaltete Thyristoren antiparallel geschaltet sind. Die Erfindung ist ferner auch anwendbar bei allen Stromrichterschaltungen, die eine Antiparallelschaltung enthalten, wie z.B. Umkehrantriebe in Ward-Leonard-Schaltung mit kreisstromfreiem System sowie in kreisstromfreien Direktumrichtern, sofern diese zwei oder mehr in Serie geschaltete Thyristoren enthalten.
  • 9 Figuren 4 Patentansprüche

Claims (4)

  1. Patentansrüche Oi Zündschaltung für eine Thyristoranordnung, bei der mindestens zwei Zweige mit mindestens Je zwei in gleicher Leitrichtung in Serie geschalteten Thyristoren antiparallel geschaltet sind, wobei die Zündschaltung einen lichtzündbaren Hilfsthyristor enthält, dessen einer Anschluß mit dem Verbindungspunkt zweier in entgegengesetzter Leitrichtung in Serie geschalteter Dioden verbunden ist und wobei alle Thyristoren über den lichtzündbaren Hilfsthyristor und die Dioden gezündet werden, d a -d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß der zweite Anschluß des lichtzUndbaren Hilfsthyristors (PTH1) mit einer Leitung (L) verbunden ist, die entsprechende Verbindungspunkte der Thyristoren (TH1, TH3; TH2, TH4) der antiparallel geschalteten Zweige verbindet.
  2. 2. Zündschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n. e t , daß jede Diode (D1, D2) mit einer Primärwicklung eines Impulsübertragers (PT1, PT2) verbunden ist und daß Jeder Impulsübertrager (PT1, PT2) für Jeden zu zündenden Thyristor (TH1, TH3 bzw. TH2, TH4) eine Sekundärwicklung aufweist, die mit dem Gate des zugeordneten Thyristors (TH 1 bis TH4) verbunden ist.
  3. 3. Zündschaltung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in Serie zu jedem lichtzündbaren Hilfsthyristor (PTH?) eine Strom-tiberwachungsschaltung (LED1) liegt, die mit einer Stbrmeldeeinrichtung verbunden ist.
  4. 4. Zündschaltung nach -Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß Jede Strom-Uberwachungsschaltung (LED1) eine Leuchtdiode ist.
DE19823210484 1981-03-23 1982-03-22 Zündschaltung für antiparallel geschaltete Thyristoren Expired DE3210484C2 (de)

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