DE3210484C2 - Zündschaltung für antiparallel geschaltete Thyristoren - Google Patents

Zündschaltung für antiparallel geschaltete Thyristoren

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für eine Thyristoranordnung, bei der zwei Zweige mit mindestens zwei in gleicher Leitrichtung in Serie geschalteten Thyristoren (TH1, TH3 bzw. TH2, TH4) antiparallel geschaltet sind. Die Zündschaltung enthält einen lichtzündbaren Hilfsthyristor (PTH1) dessen einer Anschluß mit dem Verbindungspunkt zweier in entgegengesetzter Leitrichtung in Serie geschalteter Dioden (D1, D2) verbunden ist. Der zweite Anschluß des lichtzündbaren Hilfsthyristors (PTH1) ist mit einer Leitung (L) verbunden, die entsprechende Verbindungspunkte der Thyristoren (TH1, TH3 bzw. TH2, TH4) der antiparallel geschalteten Zweige verbindet. Alle Thyristoren (TH1 bis THn) werden über den lichtzündbaren Hilfsthyristor (PTH1) und die Dioden (D1, D2) gezündet. Damit ist also zur Zündung mehrerer Thyristoren (TH1 bis TH4) nur ein lichtzündbarer Hilfsthyristor (PTH1) erforderlich. Dieser wird lediglich mit der Spannung von einem der Thyristoren (TH1 bis TH4) belastet.

Description

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, wobei diese Serienschaltung parallel zu den Thyristorzweigen liegt 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 Serienschaltung 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 Fig. 1 bis 3 sind Beispiele bekannter Zündschaltungen für antiparallel geschaltete Thyristoren dargestellt.
65 F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel fur einen Stromrichter mit zwei Thyristorzweigen, wobei jeder Thyristorzweig eine Serienschaltung mehrerer Thyristoren THi bis THn-I bzw. TH2 bis THn enthält und die beiden Thyristorzweige antiparallel geschaltet sind Dabei ist jedem Thyristor THi bis THn ein eigener lichtzündbarer Hilfsthyristor PTH1 bis PTHn zugeordnet. Damit erhält man eine Zündschaltung mit einfachem Aufbau und sicherer Steuerung der Zündung. Da jedoch ebensoviele lichtzündbare Hilfsthyristoren wie Hauptthyristoren nötig sind, werden die Kosten sehr hoch.
F i g. 2 zeigt eine weitere bekannte Zündschaltung mit zwei antiparallel geschalteten Thyristorzweigen, wobei jeder Thyristorzweig zwei in Serie geschaltete Thyristoren THl, TH3 bzw. TH2, TH 4 enthält Die Thyristoren THi bis TH 4 werden mit zwei lichtzündbaren Hilfsthyristoren PTHl und PTH2 gezündet. Bei der ebenfalls bekannten Schaltungsanordnung nach Fig.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 Hilfsrhyristor PTHl gezündet. Damit wird die Zahl der zur Zündung benötigten lichtzündbaren Hilfsthyristoren mit der Schaltung nach Fig.2 also auf die Hälfte und mit der Schaltung nach Fig.3 auf ein Viertel der Anzahl der Thyristoren reduziert. Die Kosten der Zündschaltunng werden also geringer. Dagegen wird die Anzahl der insgesamt benötigten Schaltelemente erhöht, so daß der Schaltungsaufbau komplizierter wird. Besonders bei der Zündschaltung nach F i g. 3 ist ein sehr hochspannungsfester lichtzündbarer Hilfsthyristor erforderlich, da dieser die von den beiden in Serie geschalteten Thyristoren THl, THi bzw. TH2, TH4 auf den lichtzündbaren Hilfsthyristor übergehende Spannung aushalten muß. Damit muß man jedoch verschiedene Nachteile in Kauf nehmen.
In Fig.4 ist eine ebenfalls bekannte Schaltungsanordnung dargestellt, bei der in einem Stromrichter mit Serien-Antiparallelschaltung mehrere Thyristoren TH 1 bis THn die Thyristoren THl bis THn auf Fehler überwacht werden. Dabei ist jeder Antiparallelschaltung zweier Thyristoren THl, TH2 bis THn-I, THn die Serienschaltung eines Widerstands RS1 bis RSn/2 und einer Leuchtdiode LED 1 bis LEDn/2 parallel geschaltet. Damit werden die Thyristoren TH I bis THn mit den Leuchtdioden LED 1 bis LEDn/2 durch Lichtaussendung auf Fehler überwacht. Dabei ist jedoch für jeweils zwei Thyristoren TWl, TH2 bis THn-I, 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 Charakterstik eines Überwachungssignal-Übertragungssystems mit dem Lichtleiter einen verhältnismäßig hohen Strom führen. Dies führt zu Problemen bezüglich der Verschlechterung der Charakteristik oder Verkürzung der Lebensdauer der Leuchtdioden. Die bekannte Schaltung nach F i g. 4 enthält außerdem Einrichtungen STX bis STn zur Selbstzündung der Thyristoren 77Yl 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 Verbindungspunkte der Thyristorer; der antiparallel geschalteten Zweige verbindet und daß das andere Ende jeder 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
Dabei werden die Thyristoren der Serien-Antiparallelschaltung mit einem einzigen lichtzündbaren Hilfsthyristor gezündet, wobei der lichzündbare Hilfsthyristor nur die Spannung eines Thyristors übernehmen muß. Damit werden die Nachteile der herkömmlichen Scnaltungen vermieden und es ist für mehrere Thyristoren nur ein lichtzündbarer Hilfsthyristor vorhanden. Ferner werden damit die Zündimpulse den Thyristoren potentialgetrennt über Jmpulsübertrager zugeführt.
Vorteilhafterweise liegt in Serie zu jedem lichtzündbaren Hilfsthyristor eine Strom-Überwachungsschaltung, die mit einer Störmeldeeinrichtung verbunden ist. Dabei können mit einer einzigen Strom-Überwachungsschaltung Fehler in allen zugeordneten Thyristoren erfaßt werden.
Jede Strom-Überwachungsschaltung kann zweckmäßigerweise eine Leuchtdiode sein, da dann die potentialgetrennte Übertragung der Störmeldesignale besonders einfach wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der F i g. 5 bis 9 näher erläutert.
F i g. 5 zeigt eine Thyristoranordnung mit zwei Thyristorzweigen, wobei der erste Thyristorzweig mit Thyristoren THl und 7H3 in Serienschallung und der zweite Thyristorzweig ebenfalls zwei Thyristoren TH 2 und TH4 in Serienschaltung enthält. Die Thyristoren THl und TH2 sowie THi und TH4 sind jeweils antiparallel geschaltet. Die Anode eines lichtzündbaren Hilfsthyristors PTH1 ist mit einer Leitung L verbunden, die die Verbindungspunkte der Thyristoren THi, TH3 und TH 2, TH4 verbindet. Parallel zur den beiden Thyristorzweigen THi, TH3 bzw. TH2, TH4 liegt die Serienschaltung der Primärwicklung eines ersten Impulsübertragers PTi, einer ersten Diode Dl, einer zweiten Diode D 2 und der Primärwicklung eines zweiten Impulsübertragers PT2. Die beiden Dioden Di, D2 sind entgegengesetzt gepolt, wobei die. Kathode der ersten Dioden D1 der Kathode des Thyristors TH 3 bzw. der Anode des Thyristors TH 4 zugewandt ist. Die Kathode des lichtzündbaren Hilfsthyristors PTH i ist mit dem Verbindungspunkt der beiden Dioden Di, D2 verbunden. Die beiden Impulsübertrager PTi und PT2 weisen jeweils zwei Sekundärwicklungen auf, wobei jede Sekundärwicklung einerseits mit der Kathode und andererseits mit dem Gate eines Thyristors THX, TH3 für den ersten Impulsübertrager PTX bzw. TH2, TH4 für den zweiten Impulsübertrager PT2 verbunden ist. Schutzbeschaltungen für die Thyristoren TH X bis TH4 sind in F i g. 5 der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.
Wenn an die Thyristoranordnung nach Fig. 5 eine Spannung angelegt ist, für die die Thyristoren THX, TH3 in Leitrichtung und die Thyristoren TH2, TH4 in Sperrichtung liegen, so ist die Diode D 1 leitend und die
Diode D 2 sperrt. Daher liegt am lichtzündbaren Hilfsthyristor PTHi lediglich eine Spannung der Thyristoren 7H3 bzw. 7H4 an. Wenn dem lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH1 unter diesen Bedingungen ein Lichtsignal zugeführt wird, so wird der lichtzündbare Hilfrthyristor P7H1 eingeschaltet und über den Impulstransformator PTi den Thyristoren 7Hl und 7H3 ein Zündimpuls zugeführt
Wenn dagegen die Spannung an der 1 hyristoranordnung eine derartige Polarität aufweist, daß die Thyristoren ΓΗ2 und 7H4 in Leitrichtung und die Thyristoren TH1, 7H3 in Sperrichtung liegen, so sperrt die Diode Dl und die Diode D 2 leitet Daher liegt lediglich eine der Spannungen der Thyristoren 7H2 bzw. 7Hl am lichtzündbaren Hilfsthyristor PTHi an. Wenn dabei der lichtzündbare Hilfsthyristor PTHi durch ein Lichtsignal eingeschaltet wird, erhalten die Thyristoren 7H2und 7H4 über den Impulstransformator P7"2 einen Zündimpuls.
Dabei liegt am lichtzündbaren Hilfsthyristor PTHi lediglich die an einem der Thyristoren 7Hl bis TH 3 anstehende Spannung an. Ein Zündimpuls wird automatisch verteilt und denjenigen der Thyristoren TH1 bis TH 4 zugeführt, die in Leitrichtung liegen. Die Thyristoren TH1 und 7H3 bzw. 7H2 und 7H4 werden daher abwechselnd gezündet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Thyristoranordnung nach der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 6 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Thyristoren THl bis 7H4 wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 in Serien-Antiparallelschaltung angeordnet. Die Serienschaltung der entgegegensetzt gepolten Dioden Dl und D 2 ist dabei den beiden Thyristorzweigen 7Hl, ΓΗ3 und TH2, TH4 direkt parallel geschaltet. Die Kathode des lichtzündbaren Hilfsthyristors PTHi mit mit dem Verbindungspunkt der beiden Dioden Dl, D2 verbunden. Die Anode des lichtzündbaren Hilfsthyristor PTHi ist über die Primärwicklung eines Impulsübertragers PTX mit der Verbindungsleitung zwischen den Verbindungspunkten der Thyristoren THl, 7H3 und 7H2, 7H4 verbunden. Der Impulsübertrager PTi weist vier Sekundärwicklungen auf, von denen jeweils ein Ende mit der Kathode und das andere Ende mit dem Gate eines Thyristors TH X bis TH4 verbunden ist. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird der lichtzündbare Hilfsthyristor PTH1 nur mit der Spannung eines der Thyristoren TH X bis 7H4 belastet. Unabhängig von der Polarität der Spannung an den Thyristoren TH 1 bis 7H4 wird ein Zündimpuls mit einem einzigen Impulstransformator PTX auf die einzelnen Thyristoren THl bis 7H4 übertragen.
Fi g. 7 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem vier Thyristoren TH X bis 7H4 wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen in Serien-Antiparallelschaltung angeordnet sind. Die Zündschaltung entspricht dabei der nach Fig. 5. Bei der Schaltung nach Fig. 6 werden jedoch Fehler der Thyristoren 7Hl bis 7H4 mit Hilfe des Stroms durch den gemeinsamen lichtzündbaren Hilfsthyristor PTHX überwacht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Strom durch den lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH I über einen Widerstand RD 1 und eine zu dem Widerstand RD 1 parallel geschaltete Serienschaltung eines weiteren Widerstands RD 2 und einer Leuchtdiode LED 1 geführt. An diese Leuchtdiode LEDX kann z. B. ein Lichtleiter angeschlossen werden, der das von der Leuchtdiode LED 1 ausgesandtc Licht
zu einer Störmeldeeinriclitung führt. Der den lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH 1 durchfließende Strom kann aber auch direkt über die Leuchtdiode LED 1 geführt werden, wenn dieser Strom den Betriebsdaten für die Leuchtdiode LED 1 entspricht. ■;
Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 7 weist jeder der Thyristoren THX bis TH 4 eine Schutzzündeinrichtung ST1 bis ST 4 auf. Mit diesen Schutzzündeinrichtungen STi bis ST4 wird der zugeordnete Thyristor TH 1 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 Überschreitung des vorgegebenen Grenzwerts wird mit den Schutzzündschaltungen 5Tl π bis ST4 erfaßt, wobei diese dem zugeordneten Thyristor THX bis TH4 einen Zündimpuls zuführen. Durch Zündung werden die Thyristoren also gegen Überspannung geschützt.
In F i g. 9 ist ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der :<i Arbeitsweise der Fehlerüberwachung gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 dargestellt. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 soll dabei entsprechend Fig. 8 Über eine Induktivität L an eine Wechselspannungsquelle 5 angeschlossen sein. Bei den 2=, Impulsdiagrammen nach Fig.9 zeigt das Diagramm A den Spannungsverlauf an den Thyristoren THi, TH2 das Impulsdiagramm B den Spannungsverlauf an den Thyristoren TH3, TH 4, die Inipulsdiagramme C, D, E, F zeigen jeweils die Ansteuerimpulse für die entsprechenden Thyristoren THX bis TH4 und das Impulsdiagramm G zeigt schließlich den Stromverlauf durch die Leuchtdiode LED X. Die Zündimpulse der Impulsdiagramme Cbis Fsind mit Nummern versehen, wobei die Zündimpulse 1 und 2 von den Impulstransformatoren PTl bzw. PTl geliefert werden, während der Zündimpuls 3 einen Zündimpuls darstellt, der durch die Schutzzündanordnung STi 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 0 ist, kann dem Thyristor TH I während seiner Spannungsbeaufschlagung in Leitrichtung kein Zündimpuls durch den Impulsübertrager PTi zugeführt werden. Daher wird der Thyristor THi zusätzlich belastet, wenn der in Serie geschaltete Thyristor 77/3 gezündet ist. Die Schutzzündschaltung STi schützt jedoch den Thyristor TH1 vor Überlastung, indem sie diesen zündet. In diesem Fall fließt über den lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH 1 kein Strom, so daß auch die Leuchtdiode LED X stromlos bleibt. Wenn also an den Thyristoren TH3 oder 77Y4 ein Fehler auftritt, gibt also die Leuchtdiode LED X sofort nach einem optischen Zündsignal für den lichtzündbaren Hilfsthyristor PTH 1 während der Spannungsbeaufschlagung der Thyristoren 77Vl, TH3 in Durchlaßrichtung kein Kontrollsignal ab. Damit wird ein Fehler des Thyristors TH3 oder TH4 erfaßt.
Entsprechend wird auch ein Fehler an den Thyristoren 7Wl oder TH 2 erfaßt. In diesem Fall gibt die Leuchtdiode LED 1 während der Spannungsbeaufschlagung der Thyristoren 7"Wl, TH3 in Sperrichtung kein Kontrollsignal ab. Damit kann ein Fehler an den Thyristoren TWl oder TH 2 erfaßt werden.
Zusammenfassend ist also festzustellen, daß der lichtzündbare Hilfsthyristor über die in seinem Strompfad liegenden Dioden Dl, D2 lediglich mit der Spannung eines der Thyristoren TH 1 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 Fehlerüberwachungen 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 Überwachung 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:
1. Zündschaltung für eine Thyristoranordnung, bei der mindestens zwei Zweige mit mindestens je zwei in gleicher Leitrichtung in Serie geschalteten Tnyristoren antiparallel geschaltet sind, wobei die Zündschaltung einen lichtzündbaren Hilfsthyristor enthält, dessen einer Anschluß mit dem Verbindungspunkt zweier in entgegengesetzter Leitrichtung in Serie geschalteten Dioden verbunden ist, '" wöbe: diese Serienschaltung parallel zu den Thyristorzweigen liegt und wobei alle Thyristoren über den lichtzündbaren Hilfsthyristor und die Dioden gezündet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des lichtzündbaren is Hilfsthyristors (PTHl) mit einer Leitung (L) verbunden ist, die entsprechende Verbindungspunkte der Thyristoren (THi, THi; 77/2, TH4) der antiparallel geschalteten Zweige verbindet und daß das andere Ende jeder Diode (Dl, D2) mit einer *> Primärwicklung eines Impulsübertragers (PTi, PT2) verbunden ist und daß jeder Impulsübertrager (PTi, PT2) für jeden zu zündenden Thyristor (TH 1, TH 3 bzw. TH 2, TH 4) eine Sekundärwicklung aufweist, die mit dem Gate des zugeordneten Thyristors (TH 1 bis TH 4) verbunden ist.
2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu jedem lichtzündbaren Hilfsthyristor (PTHi) eine Strom-Überwachungsschaltung (LEDi) liegt, die mit einer Störmeldeeinrichtung verbunden ist.
3. Zündschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strom-Überwachungsschaltung (LED 1) eine Leuchtdiode ist.
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