DE3714683A1 - Steuerschaltung fuer einen abschaltthyristor - Google Patents

Steuerschaltung fuer einen abschaltthyristor

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DE3714683A1 DE19873714683 DE3714683A DE3714683A1 DE 3714683 A1 DE3714683 A1 DE 3714683A1 DE 19873714683 DE19873714683 DE 19873714683 DE 3714683 A DE3714683 A DE 3714683A DE 3714683 A1 DE3714683 A1 DE 3714683A1
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Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Steuerschaltung für einen Abschaltthyristor nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs
STAND DER TECHNIK
Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Steuerschaltungen für einen Abschaltthyristor Bezug, wie er aus der Zeitschrift: Elektronik 20/5.10.1984, S. 111-115 und 21/19.10.1984, S. 91-96, bekannt ist. Dort steht die Steuerelektrode eines GTO- bzw. Abschaltthyristors über einen nicht getakteten Transistor mit einer nichtstabili­ sierten 5-V-Gleichspannungsquelle in Verbindung. Nachteilig dabei ist eine relativ hohe Verlustleistung über Widerstands­ schaltkreise zwischen Transistor und Gleichspannungsquelle. Schutzmassnahmen für eine Störung in der Gleichspannungsquelle und bei einem Kurzschlussdefekt im Abschaltthyristor sind nicht angegeben.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine verbesserte Steuerschaltung für einen Abschaltthyristor anzugeben, die eine höhere Betriebssicherheit aufweist und für leistungsstarke Abschaltthyristoren geeignet ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Kurzschlüsse innerhalb des Abschaltthyristors schnell erfasst und ausgewertet werden können.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können Kurzschlüsse zwischen Steuerelektrode und Kathode des Abschalt­ thyristors durch Detektion von Ueberströmen im Löschimpuls­ generator erfasst und abgeschaltet werden. Zusätzlich können Fehlerquellen innerhalb der stabiliserten Gleichspannungsquelle ermittelt und zur Auslösung von Schutzmassnahmen verwendet werden.
Durch die Verwendung einer getakteten Gleichstromquelle im Strompfad der Steuerelektrode des Abschaltthyristors kann infolge geringerer Verluste an sonst erforderlichen Widerständen der Wirkungsgrad der Steuerschaltung verbessert und die Tempera­ tur innerhalb der Schaltung erniedrigt werden. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Halbleiterbauelemente und die Ausfall­ sicherheit der Steuerschaltung. Gleichzeitig kann mit einer höheren Speisespannung (45 V statt üblicherweise 5 V) gearbeitet werden, so dass billigere und im Volumen kleinere Kondensatoren für die Erzeugung eines steilen Zündimpulses verwendet werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht mit einfachen Impulsformerschaltungen die Erzeugung besonders kräftiger Zündimpulse.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für einen Abschaltthyristor mit mehreren, alternativ einsetzbaren Impulsformerschaltungen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Logikschaltung für die Steuer­ schaltung gemäss Fig. 1,
Fig. 3 ein Strom-Zeit-Diagramm der Zündimpulse für unter­ schiedliche Impulsformerschaltungen gemäss Fig. 1 und
Fig. 4a-4g Signaldiagramme zur Erläuterung der Funktion der Steuer­ schaltung gemäss Fig. 1.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist mit 6 ein Sperrwandler bzw. eine Gleichspannungs­ quelle bezeichnet, wie sie aus dem Unitrode Applications Handbook 1985/86, S. 289, Fig. 25, der Unitrode Corporation, 5 Forbes Road, Lexington, MA 02173, USA, bekannt ist. Mit 1 bzw. 2 sind positive bzw. negative Gleichspannungseingangsklemmen der Gleichspannungsquelle 6 bezeichnet, denen von einer nicht dargestellten Gleichspannungsspeisung eine auf ±5% stabili­ sierte Gleichspannung von 48 V zur Impulserzeugung zugeführt ist. Die Gleichspannungsquelle 6 erzeugt die für die Steuerung eines Abschaltthyristors 20 benötigten Hilfsspannungen, und zwar +45 V, 0 V und -15 V, die an den Gleichspannungsausgangs­ klemmen 7 bzw. 8 bzw. 9 abgreifbar sind. Dank der vorstabili­ sierten Speisespannung wird in der Gleichspannungsquelle 6 nur ein minimaler Regelbereich benötigt, was einen hohen Wir­ kungsgrad ergibt. Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad sind bei ungeregelter Gleichspannungsquelle 6 am höchsten. Letzteres ist dann möglich, wenn die Anforderungen tief gehalten werden können. Die galvanische Trennung der Gleichspannungsquelle 6 muss den Erfordernissen des anzusteuernden Abschaltthyristors 20 entsprechen.
Ein Einschalt- bzw. Zündimpuls 70, vgl. Fig. 3, für den Abschalt­ thyristor 20, der eine Anode A, eine Kathode K und eine Steuer­ elektrode G aufweist, wird mittels einer getakteten Stromquelle ab einer positiven Spannung gewonnen, deren Höhe durch die verlangten Eigenschaften des Einschaltimpulses bestimmt wird. An die Gleichspannungsklemmen 7 und 8 ist ein Kondensator C 2 angeschlossen. An die Gleichspannungsklemmen 8 und 9 sind zueinander parallelgeschaltete Kondensatoren C 3 und C 6 ange­ schlossen. Die getaktete Stromquelle besteht aus einem Strom­ detektor bzw. Stromwandler 11 in Reihe mit einem NPN-Transistor Tr 2 und einer Drossel 13 in der Zuleitung von der Gleichspan­ nungsausgangsklemme 7 zur Steuerelektrode G, einer Stromsteuer­ einrichtung 12, die eingangsseitig an den Stromwandler 11 und ausgangsseitig an die Basis des Transistors Tr 2 angeschlos­ sen ist und aus einer anodenseitig an die Gleichspannungsklemme 8 und kathodenseitig an den Emitter des Transistors Tr 2 ange­ schlossenen Diode D 3. Eine Schaltung für die Stromsteuereinrich­ tung 12 ist aus dem o.g. Unitrode Applications Handbook 1985/86, S. 279, Fig. 4, bekannt. Die Steuerelektrode G des Abschalt­ thyristors 20 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors Tr 3 mit der getakteten Stromquelle verbunden. Die zur Steuerung verwendete Basis des Transistors Tr 3 ist mit einem Schaltsignalausgang einer Logikschaltung 25 verbunden.
Der Abschaltthyristor 20 verlangt recht hohe Werte für die Stromsteilheit am Zündimpulsanfang, den Strommaximalwert und dessen Dauer. Zu diesem Zweck sind Impulsformerschaltungen 14-16 zwischen getakteter Stromquelle und dem Transistor Tr 3 vorgesehen. Die Impulsformerschaltung 14 besteht aus einer Reihenschaltung eines an den Kollektor des Transistors Tr 3 angeschlossenen Widerstandes mit einem Kondensator C 4, der an die Gleichspannungsklemme 8 angeschlossen ist. Die zur Impulsformerschaltung 16 parallelgeschaltete Impulsformer­ schaltung 15 weist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand, einer Drossel und einem Kondensator auf. Anstelle der Impuls­ formerschaltung 16 kann auch die Impulsformerschaltung 14 zur Impulsformerschaltung 16 parallelgeschaltet sein; sie besteht aus einer Drossel in Reihe mit einem Kondensator, zu dem eine Diode in Sperrichtung parallelgeschaltet ist.
Fig. 3 zeigt den Steuerelektrodenstrom i GK des Abschaltthyristors 20 in willkürlichen Einheiten in Abhängigkeit von der Zeit. Mit 73 ist der gewünschte, rechteckförmige Zündimpuls darge­ stellt. Die Signalkurven 69, 71 und 72 ergeben sich allein mit der Impulsformerschaltung 16, 15 bzw. 14, während die Signalkurve 70 mit beiden Impulsformerschaltungen 16 und 15 erreicht wird, die vorzugsweise benutzt werden und eine aus­ reichende Annäherung an die Rechteckkurve gewährleisten.
Die getaktete Gleichstromquelle 11-13, Tr 2, D 3, die Impuls­ formerschaltungen 14-16 und der Transistor Tr 3 bilden zusammen einen Zündimpulsgenerator 10. Zwischen die Steuerelektrode G des Abschaltthyristors 20 und die Gleichspannungsausgangs­ klemme 9 ist ein Generator 17 zur Erzeugung einer negativen Vorspannung U GR angeschlossen, der aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes R 4 und der Kollektor-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors Tr 4 besteht. Die Basis des Transistors Tr 4 ist mit einem Schaltsignalausgang 31 der Logikschaltung 25 verbunden. Ferner ist zwischen die Steuerelektrode G und die Gleichspannungsausgangsklemme 9 ein Löschimpulsgenerator 18 geschaltet, der einen Stromdetektor bzw. Stromwandler 19 in Reihe mit der Kollektor-Emitterstrecke eines NPN-Transistors Tr 5 aufweist. Die Basis des Transistors Tr 5 ist mit einem Schaltsignalausgang 33 der Logikschaltung 25 verbunden und der Stromwandler 19 mit einem Stromsignalausgang 32 der Logik­ schaltung 25. Zwischen die Steuerelektrode G und die Kathode K des Abschaltthyristors 20 ist ein Widerstand R 5 geschaltet und parallel zu diesem ein Kondensator C 5.
Spannungseingänge 27 und 28 der Logikschaltung 25 sind mit den Gleichspannungsausgangsklemmen 9 bzw. 8 verbunden. Mit 23 ist ein Optokoppler mit Eingangsklemmen 21 und 22 für die Zuführung von Ein/Ausschaltsignalen für den Abschaltthyristor 20 bezeichnet, der ausgangsseitig mit einem Steuersignaleingang 26 der Logikschaltung 25 verbunden ist. Der relativ billige Optokoppler wird vorzugsweise für eine Anoden-Kathodenspannung U AK des Abschaltthyristors 20 bis 1000 V verwendet. Für höhere Anoden-Kathodenspannungen U AK benutzt man einen optoelektrischen Wandler 35, dem eingangsseitig ein Ein/Ausgangssignal über einen Lichtleiter 34 zugeführt ist und der ausgangsseitig mit dem Steuersignaleingang 26 der Logikschaltung 25 verbunden ist. Der Steuersignaleingang 26 steht ferner über einen Widerstand R 6 mit der Gleichspannungausgangsklemme 8 in Verbindung.
Ein Impedanzdetektor 36 ist über Spannungseingänge 38, 39 mit der Steuerelektrode G und der Kathode K des Abschaltthyri­ stors 20 und über einen Steuersignaleingang 37 mit dem Steuersig­ naleingang 26 der Logikschaltung 25 verbunden. Der Spannungsein­ gang 38 ist einerseits über einen Widerstand R 6 mit dem negierten Eingang eines Komparators 40 und andererseits über einen Wider­ stand R 10 mit der Gleichspannungsausgangsklemme 9 verbunden. Der Spannungseingang 39 ist über einen Widerstand R 7 mit dem nichtnegierten Eingang des Komparators 40 verbunden.
Der nichtnegierte Eingang des Komparators 40 ist über in Reihe geschaltete Widerstände R 8 und R 9 mit der 0-V-Spannung der Gleichspannungsausgangsklemme 8 und über einen Widerstand R 11, zu dem ein Kondensator parallelgeschaltet ist, mit der negativen Spannung von -15 V der Gleichspannungsausgangsklemme 9 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R 8 und R 9 einerseits und der negativen Spannung andererseits ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors Tr 6 geschaltet, dessen Basis mit dem Steuersignaleingang 37 verbun­ den ist. Am nichtnegierten Eingang des Komparators 40 liegt eine vorgebbare Referenzspannung U REF an, vgl. Fig. 4c, und am negierten Ausgang ein Ausgangssignal S 40. S 40= "0" bedeutet einen Kurzschluss zwischen Steuerelektrode G und Kathode K des Abschaltthyristors 20 während dessen Ausschaltphase und somit ein 1. Fehlersignal. Während der Einschaltphase des Abschaltthyristors 20, d.h. vom Zeitpunkt t 0 bis zum Zeitpunkt t 1, vgl. Fig. 4c und 4f, sperrt der Transistor Tr 6, so dass die Referenzspannung U REF infolge des durch die Widerstände R 7, R 8, R 9 und R 11 gebildeten Spannungsteilers negativ und betragsmässig kleiner als die infolge des Spannungsteilers R 6, R 10 negative Spannung am negierten Eingang des Komparators 40 ist. Nach Eintreffen eines negativen Einschaltsignals 24 an der Basis des Transistors Tr 6 zum Zeitpunkt t 1 fällt die Referenzspannung U REF ab. Der Spannungabfall ist jedoch nicht so stark wie der Spannungsabfall der Steuerelektrodenspannung U GK und verzögert durch den Kondensator parallel zum Widerstand R 11. Infolgedessen ist das Ausgangssignal S 40 des Komparators 40 logisch "1", vgl. Fig. 4d. Im Fehlerfall, d.h. im Falle eines Kurzschlusses im Abschaltthyristor 20 ist die Steuer­ elektrodenspannung U GK = "0" und somit S 40 = "0" während der Ausschaltphase des Abschaltthyristors 20 im Zeitbereich von t 2 bis zu einem nicht dargestellten Wiedereinschaltzeitpunkt.
Der Impedanzdetektor 36 ist ausgangsseitig mit einem Opto­ koppler 42 verbunden. Ein 1. Signalausgang 43 des Optokopplers 42 ist über eine Reihenschaltung eines Widerstandes R 2, einer Diode D 2 und einer zusätzlichen Transformatorwicklung 5 eines Transformators T der Gleichspannungsquelle 6 mit einer 1. Rückmeldesignalklemme 3 verbunden. Zwischen der mit dem Wider­ stand R 2 verbundenen Kathode der Diode D 2 und der 1. Rückmelde­ signalklemme 3 ist ein Widerstand R 3 und parallel zu diesem ein Kondensator C 1 geschaltet. Die Bauelemente C 1, R 2, R 3, D 2 und 5 bilden eine Speisespannungsüberwachungseinrichtung 74. Ein 2. Signalausgang 44 des Optokopplers 42 ist mit der Basis eines Transistors Tr 1 verbunden, dessen Emitter mit der 1. Rückmeldesignalklemme 3 und dessen Kollektor über eine Leucht­ diode D 1 mit einem dazu in Reihe geschalteten Widerstand R 1 mit der Ausgangsklemme 7 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Tr 1 steht mit einer 2. Rückmeldesignalklemme 4 in Verbindung. An den beiden Rückmeldesignalklemmen 3 und 4 ist ein Fehlersignal abgreifbar, das für Schutzzwecke verwendet werden kann. Die Leuchtdiode D 1 erzeugt ein Licht- bzw. Fehler­ frei-Signal 76, wenn sowohl die Gleichspannungsquelle 6 fehler­ frei ist als auch der Impedanzdetektor 36 keinen Fehler anzeigt (S 40 = "1"), andernfalls leuchtet die Lumineszenzdiode D 1 nicht, wodurch ein Fehler angezeigt wird. Wenn in der Gleich­ spannungquelle 6 ein Fehler auftritt, so wird das normalerweise in der Transformatorwicklung 5 induzierte Spannungssignal fehlen oder zu schwach sein, um den Transistors Tr 1 über den normalerweise leitenden Optokoppler 42 leitend zu steuern. Die gleiche Reaktion tritt ein, wenn die Gleichspannungsquelle 6 fehlerfrei ist, aber der Optokoppler 42 infolge eines Fehler­ signals S 40 ="0" im Ausgang des Impedanzdetektors 36 den Stromfluss zur Basis des Transistors Tr 1 sperrt.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Logikschaltung 25 von Fig. 1. Es bezeichnen darin die Bezugsziffern 45 und 59 Schmitt- Trigger, 48, 56, 61 und 66 UND-Glieder, 47, 49, 62 und 67 Verstärker, 68 einen Verstärker mit invertierendem Ausgang, L 1 und L 2 grüne bzw. gelbe Signallampen, 50 einen einstellbaren Wahlschalter, 58 und 64 ODER-Glieder, 51 ein NOR-Glied, 60 ein D-Kippglied, 57 ein monostabiles Kippglied mit Triggerung durch die Anstiegsflanke und 63 sowie 65 monostabile Kippglieder mit Triggerung durch die Abstiegsflanke.
Die -15-V-Spannung an den Gleichspannungsausgangsklemmen 8 und 9 und an den Spannungseingängen 28 und 27 werden mittels des Schmitt-Triggers 45 darauf überwacht, ob eine vorgebbare Mindestspannung vorhanden ist. Wenn ja, dann leuchtet die über den Verstärker 47 angesteuerte grüne Signallampe L 1, andernfalls leuchtet sie nicht. Aufgrund der Schaltung der Gleichspannungsquelle 6 kann unterstellt werden, dass bei Vorhandensein der -15-V-Spannung auch die +45-V-Spannung vor­ handen ist, so dass sich deren separate Ueberwachung erübrigt. Sie kann jedoch zusätzlich auf gleiche Weise wie die -15-V-Span­ nung überwacht werden.
Der Wahlschalter 50 ist je nach Anwendungsfall fest eingestellt. Die ausgezogen dargestellte Schaltposition entspricht "dominant löschen" und die gestrichelt dargestellte Schaltposition "domi­ nant zünden". Bei der gestrichelt dargestellten Schaltposition sind das NOR-Glied 51 und das UND-Glied 56 stets vorbereitet für den Durchlass eines Einschaltsignals 24.
Eingangsseitig ist der Wahlschalter 50 mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers 45 und mit dem Spannungseingang 28, entsprechend logisch "1", verbunden, ausgangsseitig mit einem 1. Eingang des UND-Gliedes 56 und mit einem 1. Eingang des NOR-Gliedes 51. Ein 2. Eingang des UND-Gliedes 56 ist mit dem Ausgang des NOR-Gliedes 51 verbunden, dessen 2. Eingang über den Steuer­ signaleingang 26 das Einschaltsignal 24 zugeführt wird. Falls die überprüfte Gleichspannung in Ordnung ist, gelangt das Einschaltsignal 24 = "0" über die vorbereiteten Glieder 51 und 56, das ODER-Glied 58, das vorbereitete UND-Glied 48 zum Verstärker 49, so dass die gelbe Signallampe L 2 für die Dauer des Einschaltsignals 24 oder von mindestens 20 µs leuchtet. Die Mindestdauer von 20 Vs ist als Kippzeit im Kippglied 57 eingestellt.
Ist das Ausgangssignal S 58 des ODER-Gliedes 58 logisch "1", so wird über den Verstärker 67 ein Zündsignal über den Schalt­ signalausgang 30 an die Basis des Transistors Tr 3 geliefert, so dass der Transistor Tr 3 leitend wird und die Steuerelek­ trode G des Abschaltthyristors 20 einen Zündimpuls erhält. Bei S 58 = "0" wird über den Verstärker 68 ein Signal über den Schaltsignalausgang 31 an die Basis des Transistors Tr 4 geliefert, so dass der Transistor Tr 4 leitend wird und an der Steuerelektrode G des Abschaltthyristors 20 eine negative Spannung anliegt. Gleichzeitig sperrt der Transistor Tr 3.
In Abhängigkeit von der Abstiegsflanke des Signals S 58 wird im Kippglied 63 ein Impuls von 80 µs Minimaldauer erzeugt und über das ODER-Glied 64 und das vorbereitete UND-Glied 61 über den Verstärker 62 und den Signalausgang 33 an die Basis des Transistors Tr 5 geliefert, so dass der Transistor Tr 5, vgl. Fig. 4g, leitend wird und der Steuerelektrode G des Ab­ schaltthyristors 20 die negative Spannung von -15 V zugeführt wird. Dadurch entsteht in Abhängigkeit von der Endflanke des Einschaltsignals 24, frühestens jedoch 20 µs nach Beginn des Einschaltsignals 24 ein kräftiger Löschimpuls für den Abschalt­ thyristor 20, vgl. Fig. 4b, im Zeitbereich von t 1 bis t 5. Falls der im Stromwandler 19 detektierte Strom, der über den Stromsignaleingang 32 dem Schmitt-Trigger 59 zugeführt ist, einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, gelangt ein Aus­ gangssignal des Schmitt-Triggers 59 auf den Takteingang C des D-Kippgliedes 60, so dass dessen negierter Ausgang das UND-Glied 61 sperrt. Dadurch können unzulässig hohe, z.B. durch einen Kurzschluss verursachte Ströme in der Zuleitung zur Steuerelektrode G des Abschaltthyristors 20 abgeschaltet werden.
Ueber das auf eine vorgebbare Maximaldauer von 100 µs einge­ stellte Kippglied 65, das nachgeschaltete UND-Glied 66, das ODER-Glied 64 und das vorbereitete UND-Glied 61 kann das am Signalausgang 33 anliegende Löschsignal solange aufrechterhalten werden, dass ein etwa von einem anderen, nicht dargestellten Abschaltthyristor kommender Abschaltbefehl ausgewertet werden kann.
In Fig. 4a sind die Anoden-Kathodenspannung U AK und der Anoden- Kathodenstrom i AK des Abschaltthyristors 20 in willkürlichen Einheiten in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Fig. 4b zeigt die Zeitabhängigkeit von Steuerelektrodenspannung U GK und Steuerelektrodenstrom i GK des Abschaltthyristors 20. t 0 bezeichnet den Einschaltzeitpunkt, t 1 den Abschaltzeitpunkt, t 3 den Beginn des steilen Spannungsabfalls der Steuerelektroden­ spannung U GK, t 4 dessen Ende, t 5 das Ende des Löschimpulses am Schaltsignalausgang 33 und U GR die negative Vorspannung an der Steuerelektrode G des Abschaltthyristors 20 danach, d.h. bis zum Eintreffen eines neuen Einschaltsignals 24, in willkürlichen Einheiten.
Unmittelbar nach dem Unterbinden des Zündimpulses im Zeitpunkt t 1 wird der Löschimpuls ausgelöst. Löschenergie wird in Konden­ satoren gespeichert. Der Transistor Tr 5 schaltet die Steuer­ elektrode G des Aschaltthyristors 20 auf die negative Spannungs­ schwelle U GR. Durch parasitäre Induktivitäten in der Steilheit begrenzt baut sich nun der negative Steuerelektrodenstrom i GK zur Löschung des Abschaltthyristors 20 auf. Zum Zeitpunkt t 3 erhöht sich die Steuerelektroden- bzw. Gateimpedanz des Ab­ schaltthyristors 20 auf ein Vielfaches, wonach sich der Steuer­ elektrodenstrom i GK wieder abbaut. Während dieser Abbau- bzw. Schweifzeit muss der Löschimpulsgenerator 18 den iGK-Schweif­ strom bei niedriger Steuerelektroden- bzw. Quellenimpedanz übernehmen können. Um genügend hohe Abschaltströme zu erhalten, werden mehrere, nicht dargestellte Löschkanäle bzw. Löschimpuls­ generatoren 18 parallelgeschaltet. Zum Schutz der Löschimpuls­ generatoren 18 wird der Löschstrom bei einem Löschimpulsgenera­ tor 18 mittels des Stromwandlers 19 detektiert. Uebersteigt er einen vorgebbaren Maximalwert, so werden die Transistoren Tr 5 aller Löschimpulsgeneratoren 18 als Schutzmassnahme gelöscht bzw. gesperrt.
Während der Sperrphase des Abschaltthyristors 20 muss dessen Steuerelektrode G mittels eines Widerstandes abgeschlossen werden, um die du/dt-Festigkeit zu erhöhen. Bei Abschaltthyristo­ ren 20 kleiner Spannung genügt ein RC-Glied; bei Abschaltthyri­ storen hoher Spannung würde der Abschlusswiderstand hohe Ver­ luste erzeugen. Daher wird im Generator 17 der Widerstand R 4 mittels des Transistors Tr 4 auf eine negative Spannung geschaltet, um die du/dt-Festigkeit noch weiter zu erhöhen. Die Steuerelektrode G wird so negativ vorgespannt.
Der Abschaltthyristor 20 wird über seine Gateimpedanz während der Ausschaltphase auf seine Funktionstüchtigkeit untersucht. Die äusserst feine Gatestruktur hat bei einem Defekt des Ab­ schaltthyristors 20 praktisch in jedem Falle einen Kurzschluss der Steuerelektroden-Kathodenstrecke zur Folge. Dieser Effekt wird ausgenutzt. Wenn statt der zu erwartenden hohen Gateimpedanz ein kleinerer Wert gemessen wird, kann angenommen werden, dass der Abschaltthyristor 20 defekt ist. Diese Auswertung wird in das Schutzkonzept einbezogen.
Der Impedanzdetektor 36 bewertet die ankommenden Informationen und steuert über den Optokoppler 42 den Transistor Tr 1 an. Der Optokoppler 23 oder der optoelektrische Wandler 35 bringt von einer übergeordneten, nichtdargestellten Steuereinrichtung ein Einschaltsignal. Sofern alles in Ordnung ist, wird der Einschalttransistor Tr 3 eingeschaltet, vgl. Fig. 4e. Erst nach einer einstellbaren Minimalzeit von vorzugsweise 20 µs kann der Einschalttransistor Tr 3 gesperrt werden, auch wenn das Einschaltsignal kürzer ist. Unmittelbar danach wird der Löschtransistor Tr 5 eingeschaltet. Auch dies geschieht eine einstellbare Minimaldauer von vorzugsweise 80 µs lang, während der ein etwa erneutes Einschaltsignal unterdrückt wird. Steht danach noch kein Einschaltbefehl an, so bleibt der Löschtransi­ stor Tr 5 bis zu einer einstellbaren Maximaldauer von vorzugs­ weise 100 µs aktiviert. Kommt ein Einschaltsignal während der letzten Phase, so wird der Löschtransistor Tr 5 über das UND-Glied 66 gelöscht bzw. gesperrt und der Einschalttransistor Tr 2 eingeschaltet. Wird während der Ausschaltphase ein defekter Abschaltthyristor festgestellt, so wird an den Rückmeldesignal­ klemmen 3 und 4 und/oder über die Leuchtdiode D 1 eine Fehler­ meldung ausgegeben. Eine Fehlermeldung erfolgt auch dann, wenn die Speisespannungen der Gleichspannungsquelle 6 ausser Toleranz sind. Für Speisespannungsfehler kann eine der beiden Möglichkeiten vorgewählt werden: Zwangszündung des Abschalt­ thyristors 20 oder dessen Zwangslöschung.
Der auf Steuerelektrodenpotential liegende Impedanzdetektor 36 hat den Vorteil, dass an der galvanischen Trennstrecke einge­ koppelte Störungen dank der Schutzzeiten und -verknüpfungen diese neutralisiert werden und damit den Abschaltthyristor 20 nicht gefährden können.
Der Optokoppler 23 übermittelt den Einschaltbefehl über eine galvanische Trennung. Anstelle dieses Optokopplers 23 kann der Lichtleiter 34 das Signal direkt an die auf Potential liegende Steuerlogik der Logikschaltung 25 und des Impedanz­ detektors 36 bringen.
Es versteht sich, dass anstelle der NPN-Transistoren Tr 1-Tr 5 auch Feldeffekttransistoren verwendet werden können.

Claims (10)

1. Steuerschaltung für einen Abschaltthyristor (20) mit einer Anode (A), einer Steuerelektrode (G) und einer Kathode (K),
  • a) wobei die Steuerelektrode über ein 1. steuerbares Ventil (Tr3) zum Einschalten des Abschaltthyristors (20) mit einer gegenüber dem Kathodenpotential positiven Gleich­ spannungquelle (6) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichent,
  • b) dass zwischen Steuerelektrode (G) und Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) ein Widerstand (R 5) geschaltet ist und
  • c) dass ein Impedanzdetektor (36) vorgesehen ist, der ein­ gangsseitig mit der Steuerelektrode (G) und der Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) in Wirkverbindung steht und an dem ausgangsseitig ein 1. Fehlersignal (S 40 = "0") anliegt, wenn die Eingangsimpedanz einen vorgebbaren Impedanzgrenzwert unterschreitet.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • a) dass der Impedanzdetektor (36) einen Vergleicher (40) aufweist, dem als Impedanzgrenzwert eine einstellbare Referenzspannung (U REF) zugeführt ist,
  • b) welche während der Einschaltdauer (t 1- t 0) des Abschalt­ thyristors (20) mindestens bis zum Eintreffen eines Löschimpulses grösser als die Steuerelektrodenspannung (U GK) des Abschaltthyristors (20) ist und
  • c) welche mindestens während der Abschaltdauer (t 5- t 3) des Abschaltthyristors, während der dessen Steuerelektro­ denspannung (U GK) negativ ist, einen negativen Wert aufweist, jedoch betragsmässig kleiner als der Wert der Steuerelektrodenspannung.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • a) dass ein Löschimpulsgenerator (18) mit einer Reihenschal­ tung eines Stromdetektors (19) und eines 2. steuerbaren Ventils (Tr 5) vorgesehen ist,
  • b) dass die Steuerelektrode (G) des Abschaltthyristors (20) über diese Reihenschaltung mit einer gegenüber der Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) negativen Spannungsquelle (9) in Wirkverbindung steht,
  • c) dass der Stromdetektor (19) ausgangsseitig mit dem Eingang eines 1. Schwellwertdetektors (59) in Verbindung steht und
  • d) dass in Abhängigkeit von einer Grenzwertüberschreitung des vom Stromdetektor erfassten Stromes ein Signal zum Abschalten des 2. steuerbaren Ventils (Tr 5) erzeugt wird.
4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannungsquelle (6) über eine Speisespannungsüberwachungseinrichtung (74) mit einer Fehleranzeigeeinrichtung (75) in Verbindung steht, die ein Fehlerfrei-Signal (76) anzeigt, wenn die Gleichspan­ nungsquelle (6) fehlerfrei ist.
5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisespannungsüberwachungseinrichtung (74) eine Transformatorwicklung (5) aufweist, die mit einem Transfor­ mator (T) der Gleichspannungsquelle (6) magnetisch gekoppelt ist.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • a) dass der Impedanzdetektor (36) ausgangsseitig über einen Optokoppler (42) mit der Speisespannungsüberwachungsein­ richtung (74) in Wirkverbindung steht,
  • b) insbesondere, dass der Optokoppler (42) mit der Transfor­ matorwicklung (5) der Speisespannungsüberwachungsein­ richtung (74) in Reihe geschaltet ist.
7. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. steuerbare Ventil (Tr 3) über eine getaktete Stromquelle (11-13, Tr 2, D 3) mit der positi­ ven Gleichspannungsquelle (6) in Wirkverbindung steht.
8. Steuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der getakteten Stromquelle (11-13, Tr 2, D 3) und dem 1. steuerbaren Ventil (Tr 3) einerseits und der Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) andererseits minde­ stens eine 1. Impulsformerschaltung (16) zur Formung eines Einschaltimpulses für den Abschaltthyristor (20) vorge­ sehen ist, welche in Reihenschaltung einen Widerstand und einen Kondensator (C 4) aufweist.
9. Steuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
  • a) dass zur 1. Impulsformerschaltung (16) eine 2. Impuls­ formerschaltung (15) mit einer Reihenschaltung eines Widerstandes, einer Drossel und eines Kondensators oder
  • b) einer 3. Impulsformerschaltung (14) mit einer Reihenschal­ tung einer Drossel und eines Kondensators parallelgeschal­ tet ist, wobei parallel zu dem Kondensator der 3. Impuls­ formerschaltung eine Diode in Sperrichtung geschaltet ist.
10. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator (17) zur Erzeugung einer negativen Vorspannung für die Steuerelektrode (G) mit minde­ stens einem Widerstand (R 4) in Reihe mit einem 3. steuer­ baren Ventil (Tr 4) vorgesehen ist, das mit einer gegenüber der Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) negativen Span­ nungsquelle (9) in Wirkverbindung steht.
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