DE3311426A1 - Overvoltage protection device for an electrical valve, having feedback of a protective triggering in the event of overvoltage - Google Patents

Overvoltage protection device for an electrical valve, having feedback of a protective triggering in the event of overvoltage

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DE3311426A1 DE19833311426 DE3311426A DE3311426A1 DE 3311426 A1 DE3311426 A1 DE 3311426A1 DE 19833311426 DE19833311426 DE 19833311426 DE 3311426 A DE3311426 A DE 3311426A DE 3311426 A1 DE3311426 A1 DE 3311426A1
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Abstract

In order to protect a valve (thyristor 1) against overvoltages, the valve voltage is monitored by means of a break-over element (BOD) which connects the operating voltage to the control connection of the valve when its break-over voltage is exceeded, and causes emergency triggering. The valve voltage additionally charges a capacitor (4) which is connected in parallel with the valve but which is discharged when the break-over element (BOD) breaks over, via the light-emitting diode (6) of an optocoupler and the switched-through break-over element. A feedback signal, which if necessary is amplified on a transistor (9), is picked off on the photo-element (8) of the optocoupler (7). <IMAGE>

Description

Überspannungsschutzeinrichtung für ein elektrisches Ven-Surge protection device for an electrical valve

til mit Rückmeldung einer Schutzzündung bei Überspannung Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung für ein elektrisches Ventil, insbesondere einen Thyristor, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.til with feedback of a protective ignition in the event of overvoltage The invention relates to an overvoltage protection device for an electric valve, in particular a thyristor according to the features of the preamble of claim 1.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist ein Gleichstromsteller zur Speisung eines gesteuerten oder geregelten elektrischen Antriebs, insbesondere eines Bahnantriebes, oder allgemeiner eine gesteuerte elektrische Ventilanordnung zur Speisung einer Last. Elektrische Ventile vermögen im allgemeinen eine in ihrer Durchflußrichtung liegende Spannung nur innerhalb bestimmter Grenzen zu sperren. Übersteigen diese zu sperrenden Betriebsspannungen die Sperrfähigkeit des betreffenden Ventils, so droht Zerstörung des Ventils und das Ventil muß bei derartigen Überspannungen gezündet werden ("Notzündung"). Versieht man daher ein derartiges Ventil mit einer Notzündeinrichtung, die selbsttätig bei Überschreiten der Sperrfähigkeit einen Notzündimpuls abgibt, so ist dieser Zündimpuls nicht durch die Steuerung selbst beeinflußt und kann daher zu Fehlsteuerungen führen.The preferred field of application of the invention is a DC chopper for feeding a controlled or regulated electric drive, in particular a rail drive, or more generally a controlled electrical valve arrangement for feeding a load. Electric valves are generally capable of one in their own To block the voltage lying in the direction of flow only within certain limits. If these operating voltages to be blocked exceed the blocking capability of the relevant Valve, there is a risk of destruction of the valve and the valve must be in the event of such overvoltages be ignited ("emergency ignition"). Therefore, if such a valve is provided with a Emergency ignition device that automatically generates an emergency ignition pulse when the blocking capability is exceeded emits, this ignition pulse is not influenced by the control itself and can therefore lead to control errors.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Ventil, insbesondere einen Thyristor, mit einer derartigen Notzündeinrichtung zu versehen, wobei jedoch eine Rückmeldung des Notzündsignals vorgesehen ist.The object of the invention is therefore to provide an electric valve, in particular a thyristor to be provided with such an emergency ignition device, however a feedback of the emergency ignition signal is provided.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.This object is achieved by the features of claim 1.

Es sind bereits sogenannte BOD"-Eemente (Break-Over-Diode) bekannt, die in der Lage sind, eine anliegende Spannung bis zu einer Grenzspannung ("Kippspannung") zu sperren, oberhalb dieser Kippspannung aber praktisch vol kommen stromdurchlässig sind und nur noch eine geringe Haltespannung aufweisen. Die Notzündeinrichtung selbst läßt sich mittels eines solchen Kippelementes leicht aufbauen, indem das Kippelement derart mit den Anschlüssen des Thyristors verbunden wird, daß bei gesperrtem Thyristor die in der Durchlaßrichtung des Ventils liegende Betriebsspannung für unterhalb der Kippspannung liegende Werte am Kippelement anliegt, bei Überschreiten der Kippspannung aber über das Kippelement und die Steuerstrecke des Ventils kurzgeschlossen wird. Hierzu kann z.B. der Hauptanschluß der "Schaltstrecke" (Kollektor-Emitter-Strecke eines bipolaren Leistungstransistors, Drain-Source-Strecke eines Leistungs-PeIdeffckttransistors oder Anoden-Gitter-Strecke eines Thyristors) über eine Reihenschaltung aus einer in Richtung der zu sperrenden Betriebsspannung gepolten Diode und des Kippelementes mit dem Steueranschluß verbunden werden. Parallel zu der vom Steueranschluß zum anderen Hauptanschluß führenden Steuerstrecke des Ventils kann ein ohmscher Widerstand geschaltet sein. Liegt die Betriebsspannung unterhalb der Kippspannung, so liegt die gesamte Betriebsspannung am Kippelement an und das Ventil kann entsprechend der am Steueranschluß angelegten Steuerspannung gesteuert werden. Übersteigt jedoch bei dem an sich gesperrten Ventil eine in Durchlaßrichtung ds Ventils liegende Betriebsspannung die Kippspannung, so bricht die Spannung am Kippelement zusammen und die nunmehr auf den Steueranschluß durchgreifende Betriebsspannung führt zu einem entsprechenden Steuerstrom über die Steuerstrecke, es kommt also zur Notzündung. So-called BOD "elements (break-over diodes) are already known, which are able to withstand an applied voltage up to a limit voltage ("breakover voltage") to block, above this breakover voltage but practically fully current-permeable and only have a low withstand voltage. The emergency ignition device itself can easily be built up by means of such a tilting element by the tilting element is connected to the terminals of the thyristor in such a way that when the thyristor is blocked the operating voltage lying in the forward direction of the valve for below the tilting voltage is applied to the tilting element when the tilting voltage is exceeded but is short-circuited via the tilting element and the control path of the valve. For this purpose, e.g. the main connection of the "switching path" (collector-emitter path of a bipolar power transistor, drain-source path of a power output transistor or anode-grid section of a thyristor) via a series connection of a diode polarized in the direction of the operating voltage to be blocked and the flip-flop element be connected to the control connection. Parallel to that from the control connection to the control path of the valve leading to the other main connection can be an ohmic resistance be switched. If the operating voltage is below the breakover voltage, then lies the entire operating voltage on the tilting element and the valve can accordingly the control voltage applied to the control connection. However, exceeds in the case of the valve which is blocked per se, an operating voltage lying in the forward direction of the valve the tilting voltage, the voltage on the tilting element collapses and the now Operating voltage reaching through to the control connection leads to a corresponding Control current via the control path, so there is an emergency ignition.

Zur Erzeugung des Rückmeldesignals ist zunächst ein durch die gesperrte Betriebsspannung auf ladbarer und durhc das Kippelement kurzschließbarer Kondensator vorgesehen. Führt also eine Reihenschaltung aus einer zweiten I)iode und einem Kondensator von dem Verbindungspunkt zwischen der bereits erwähnten ersten Diode und dem KJ.ppelemtnt zu dem Hauptanschluß der Steuerstrecke, so liegt die am Kippelement anliegende Betriebsspannung auch am Kondensator an und lädt diesen im Normalbetrieb auf. Um beim Durchschalten des Kippelementes den Kondensator kurzzuschließen, ist dieser zweiten Diode in diesem Fall ein in umgekehrter Richtung stromdurchlässiges Element parallel zu schalten. Für dieses Element kann nun das Sendeelement (z.B.To generate the feedback signal, a blocked by the Operating voltage on a chargeable capacitor that can be short-circuited by the tilting element intended. So leads a series circuit of a second I) iode and a capacitor from the connection point between the aforementioned first diode and the KJ.ppelemtnt to the main connection of the control path, the operating voltage applied to the tilting element is applied also to the capacitor and charges it in normal operation. To when switching through of the flip-flop to short-circuit the capacitor, this second diode is in this one In the case of connecting an element which is current-permeable in the opposite direction in parallel. The sending element (e.g.

eine Leuchtdiode) eines Optokopplers verwendet werden, an dessen Empfangselement dann das Rückmeldesignal abgreifbar ist.a light emitting diode) of an optocoupler can be used on its receiving element then the feedback signal can be tapped.

Im allgemeinen Fal ist also neben dem Kippelement und dem Kondensator ein Optokoppler vorzusehen, dessen Sendeelement derart an den Kondensator und das Kippelement angeschlossen ist, daß er ein am Empfangselement abgreifbares Rückmeldesignal erzeugt, sobald die Sperrspannung über das Kippelement kurzgeschlossen wird.In general, Fal is next to the tilting element and the capacitor to provide an optocoupler, the transmitting element of which to the capacitor and the Tilting element is connected that it has a feedback signal that can be tapped off at the receiving element generated as soon as the reverse voltage is short-circuited via the tilting element.

Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur wird diese einrichtung näher erläutert.This device is illustrated using an exemplary embodiment and a figure explained in more detail.

Als Ventil ist ein Thyristor 1 verwendet, dessen Schaltstrecke zwischen dem einen Hauptanschluß (Anode A) und dem Steueranschluß (Gitter G) und dessen Steuerstrecke zwischen dem Steueranschluß G und dem anderen Hauptanschluß (Kathode K) liegt. Sobald nun positive Betriebsspannungen UA - UK die Sperrfähigkeit des Thyristors übersteigen, muß auÜ den Steueranschluß G ein Steuerstrom geschaltet werden. Die Betriebsspannungen werden dadurch überwacht, daß zwischen A und K eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode 2, dem Kippelement BOD und den ohmschen Widerstand 3 liegt. Im normalen Betrieb liegt die gesamte Sperrspannung an BOD an. ist dessen Kippspannung aber überschritten, so schaltet dieses Element durch und am gitteranschluß liegt bis auf die geringen Haltespannungen der Diode 2 und des Elementes BOD selbst praktisch die Betriebsspannung, so daß, unabhängig von dem hochohmschen Steuersignalanschluß für die Steuerspannung USt des Ventils, der Thyristor 1 durchgeschaltet wird.A thyristor 1 is used as the valve, its switching path between one main connection (anode A) and the control connection (grid G) and its control path between the control connection G and the other main connection (cathode K). As soon now positive operating voltages UA - UK exceed the blocking capability of the thyristor, a control current must be switched to the control connection G. The operating voltages are monitored by a series connection between A and K one first diode 2, the flip-flop element BOD and the ohmic resistor 3. In normal During operation, the entire reverse voltage is applied to the BOD. but is its breakover voltage exceeded, this element switches through and the grid connection is up to practical on the low withstand voltages of the diode 2 and the element BOD itself the operating voltage, so that, regardless of the high-resistance control signal connection for the control voltage USt of the valve, the thyristor 1 is switched through.

Im Normalbetrieb wird aber durch die Betriebs spannung auch der Kondensator 4 über die erste Diode 2 und eine zweite, dem Kondensator 4 unmittelbar in Reihe geschaltete Diode 5 aufgeladen. Kippt nun das BOD-Element, so kehrt sich die Spannung an der zweiten Diode 5 um. Parallel zu dieser zweiten Diode liegt jedoch die Luminiszenzdiode 6 des Optokopplers 7, so daß sich der aufgeladene Kondensator 4 über diese Luminiszenzdiode 6, das BOD-Element und die Steuerstrecke GK bzw. den ohmschen Widerstand 3 entlädt. Das von der Luminiszenzdiode 6 ausgesandte Lichtsignal wird vom Fotoelement 8 des Optokopplers empfangen und kann mittels eines geeignet geschalteten Ausgangstransistors 9 zu einem entsprechenden Meldesignal verstärkt werden. Die Beschaltung des Transistors 9 sowie weitere, zur Anpassung und zum Schutz der verwendeten Elemente dienende Widerstände, die gestrichelt angedeutet sind, brauchen nicht näher beschrieben zu werden.In normal operation, however, the operating voltage also affects the capacitor 4 via the first diode 2 and a second, the capacitor 4 directly in series switched diode 5 charged. If the BOD element now tilts, the tension is reversed at the second diode 5 um. However, the luminescent diode is parallel to this second diode 6 of the optocoupler 7, so that the charged capacitor 4 via this luminescent diode 6, the BOD element and the control path GK or the ohmic resistor 3 discharges. The light signal emitted by the luminescent diode 6 is from the photo element 8 of the Optocoupler received and can by means of a suitably switched output transistor 9 are amplified to a corresponding message signal. The wiring of the transistor 9 as well as others that serve to adapt and protect the elements used Resistors that are indicated by dashed lines do not need to be described in more detail will.

Auf diese Weise kann am Transistor 9 ein z.. etwa 450 ,us langes Signal abgegriffen werden, mit deren sich das Ansprechen der Notzündeinrichtung überwachen läßt, um derartige Notzündungen in der übergeordneten Steuerung des elektrischen Ventils zu verarbeiten.In this way, a signal of about 450 μs in length can be applied to transistor 9 are tapped, which monitor the response of the emergency ignition device lets to such emergency ignitions in the higher-level control of the electrical Process valve.

Claims (4)

Patentansprüche j . Uberspannungsscbutzeinrichtung eines steuerbaren elektrischen Ventils zum Erzeugen einer Schutz zündung bei Überspannung, enthaltend a) ein Kippelement (BOD), das so mit den Anschlüssen (A, K) des Ventils vcrbunden ist, daß bei gesperrtem Ventil eine in Durchflußrichtung des Ventils liegende Betriebsspannung bei unterhalb der Kippspannung des Kippelementes (BOD) liegenden Werten am Kippelement anliegt und bei Überschreiten der Kippspannung über das Kippelement und die Steuerstrecke (G, K) des Ventils kurzgeschlossen wird, und b) einen durch die gesperrte Betriebsspannung aufladbaren und durch das Kippelement (BOD) kurzschließbaren Kondensator (4), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Rückmeldeeinrichtung für eine Schutz zündung mit einern Optokoppler (7), dessen Sendeelement (6) derart an den Kondensator (4) und das Kippelement (BOD) angeschlossen ist, daß es ein am Empfangselement (8, 9) abgreifbares Rückmeldesignal erzeugt, sobald die Betriebsspannung über das Kippelement (BOD) kurzgeschlossen ist. Claims j. Overvoltage protection device of a controllable electrical valve for generating a protective ignition in the event of overvoltage, containing a) a tilting element (BOD) that is connected to the connections (A, K) of the valve is that when the valve is blocked, an operating voltage in the direction of flow of the valve for values on the tilting element that are below the tilting voltage of the tilting element (BOD) is applied and when the tilting voltage is exceeded via the tilting element and the control path (G, K) of the valve is short-circuited, and b) one through the blocked operating voltage chargeable capacitor (4) which can be short-circuited by the tilting element (BOD), g A feedback device for a protective ignition with an optocoupler (7), the transmitting element (6) of which is connected to the capacitor (4) and the tilting element (BOD) is connected so that there is one on the receiving element (8, 9) Tappable feedback signal is generated as soon as the operating voltage is applied via the tilting element (BOD) is short-circuited. 2. Vorrichtung 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 das Kippelement in Reihe mit einer in Richtung der gesperrten Betriebsspannung gepolten ersten Diode zwischen einem Hauptanschluß (A) und den Steueranschluß (G) des Ventils angeordnet ist, wobei insbesondere zwischen dem Steueranschluß (G) und dem anderen Hauptanschluß (K) ein ohmscher Widerstand (3) geschaltet ist, daß zwischen der ersten Diode (2) und dem Kippelement (BOD) eine zum anderen Hauptanschluß (K) führende Reihenschaltung aus einer zweiten in Richtung der gesperrten Betriebsspannung gepolten Diode (5) und dem Kondensator (4) abzweigt, und daß antiparallel zur zweiten Diode (5) eine Luminiszenzdiode (6) als Sendeelement des Optokopplers (7) geschaltet ist. 2. Apparatus according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the toggle element is in series with one in the direction of the blocked operating voltage polarized first diode between a main connection (A) and the control connection (G) of the valve is arranged, in particular between the control connection (G) and the other main connection (K) an ohmic resistor (3) is connected that between the first diode (2) and the tilting element (BOD) one to the other main connection (K) leading series connection from a second in the direction of the locked Operating voltage polarized diode (5) and the capacitor (4) branches off, and that antiparallel to the second diode (5) a luminescent diode (6) as a transmitting element of the optocoupler (7) is switched. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Empfangselement ein Fotoelement (8) mit einem nachgeschalteten Transistorverstärker (9) geschaltet ist.3. Apparatus according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the receiving element is a photo element (8) with a downstream Transistor amplifier (9) is connected. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Ventil ein Thyristor einer elektrischen Ventilanordnung zur Speisung eines Verbrauchers verwendet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, d a -d u r c h g It is not possible to say that the valve is a thyristor of an electrical valve arrangement is used to feed a consumer.
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