DE2121852A1 - Steuerschaltung für mindestens einen an Wechselspannung liegenden steuerbaren kontaktlosen Schalter - Google Patents
Steuerschaltung für mindestens einen an Wechselspannung liegenden steuerbaren kontaktlosen SchalterInfo
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Description
Westinghouse Electric Corporation Erlangen " 3.. MAl 1971
Pittsburgh, Pa. USA Werner-vOn-Siemens-Str.
Unser Zeichen VPA 71/8313 Ot/öa
Steuerschaltung für mindestens einen an Wechselspannung liegenden steuerbaren kontaktlosen Schalter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für mindestens
einen an Wechselspannung liegenden steuerbaren kontaktlosen Schalter.
Bei sehr schnell schaltenden steuerbaren kontaktlosen Schaltern, wie steuerbaren Siliziumgleichrichtern, Thyratrons u.
dgl., insbesondere für Gleichrichterbrücken, wird den Steuergittern der Schalter dauernd, eine Steuergröße zugeführt, solange
z.B. eine Gleichspannung an deren Gleichstromausgängen der Gleichrichterbrücke benötigt wird, oder allgemeiner gesagt,
solange der Schalter den Wechselstromkreis schalten soll.
Bei einer idealen n-phasigen Gleichrichterbrücke ist dabei jeder Schalter ·—-— $ der Zeit stromführend, in der er vorwärts
vorgespannt (Anode positiv gegenüber Kathode) ist und 100 . (1 - —) i>
der Zeit stromsperrend, in der er rückwärts vorgespannt ist.
Bei rückwärts vorgespanntem Schalter und Auftreten einer vorwärts vorgespannten Steuergröße fließt ein merklicher Rückwärtsstrom
durch den Schalter, der eine unerwünschte Erwärmung zur Folge hat und gar zu einer schädlichen Überhitzung
führen kann. Außerdem tritt durch das dauernde Zuführen der Steuergröße eine größere Durchschnittnverlustenergie auf, die
eine Überlastung der Einrichtung zur Folge haben kann, wenn nicht die Steuerenergie herabgesetzt wird, wobei aber ein
einwandfreies Arbeiten des Schalters bei tieferen Temperaturen in Frage gestellt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überlastung
und Übererwärmung zu vermeiden und ein sicheres Arbeiten des Schalters auch bei tieferen Temperaturen zu gewährleisten.
Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch,
daß dem Schalter eine von einer unabhängigen Gleichspannungsquelle
gespeiste und in Steuerabhängigkeit von der Wechselspannung
am Schalter gebrachte Steuereinrichtung zugeordnet ist, so daß diese eine Steuergröße nur bei vorwärts vorgespanntem
Schalter liefert.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Steuereinrichtung eine mit der Gleichspannungsquelle·
verbindbare kontaktlose Steuerschalteranordnun im Steuergitterkreis des Schalters sowie einen im ent-,
gegengesetzten Sinne wie der Schalter von der Wechselspannung vorgespannten, kontaktlos schaltbaren Steuerkreis für die
Steuerschalteranordnung aufweist.
Insbesondere eignet sich die Erfindung für steuerbare Gleichrichte
rbrücken. ,
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bezogen auf eine Gleichrichterbrücke, nachfolgend näher erläutert. .
Steuerbare kontaktlose Schalter SCR1, SCR2 und SCR3, insbesondere
gesteuerte Siliziumgleichrichter, bilden jeweils in Reihe mit einer Diode D1, D2, D3 eine Drehstromgleichrichterbrücke,
die drei Wechselstromeingänge A1, A2, A3 und zwei
Gleichstromausgänge B+ und B- hat. Der Gleichstromausgang B+
ist mit den Kathoden der Schalter SCR1 usw. und der Gleicbstromausgang
B- mit den Anoden der Dioden D1 usw. verbunden. Mit den einzelnen Steuergittern der Schalter sind jeweils
gleiche vorspannungsabhängige Steuereinrichtungen GD1, GD2, GD3 verbunden. Die Speisespannung für die Steuereinrichtungen
wird von einer unabhängigen Gleichspannungsquelle SP geliefert,
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die aus einer Batterie mit der Spannung V\ und einem Ein-Aus-Schalter
S1 besteht. Nur bei geschlossenem Schalter S1 tritt an den Gleichstromausgängen B+, B- eine Gleichspannung
wegen der den Steuereinrichtungen GD1, GD2, GD3 zugeführten
Batteriespannung ΥΛ_ auf, wenn jeweils die Wechselstromein-
CC -
gänge A1, A2, A3 solches Potential haben, daß die Steuerschalter
SCR1 usw. vorwärts vorgespannt sind, d.h. die betreffende Anode jeweils, positiv gegenüber der betreffenden
Kathode ist.
Jede Steuereinrichtung GD1, GD2, GD3 weist eine Reihenschaltung
eines Widerstandes R1 mit einem Widerstand R2 und einer Diode CR1 auf, die jeweils zwischen dem Wechselstromeingang A1,
A2, A3 und der abßchaltbaren positiven Klemme V+ der Gleichspannungsquelle
SP liegt. Mit dem durch eine ausreichend positive Spannung am Wechselstromeingang A1 vorwärts vorgespannten
Schalter SCR1 wird gleichzeitig die Diode CRT rückwärts vorgespannt und damit in den stromsperrenden Zustand gebracht.
Damit wird von der GIeichspannungsquelle SP ein Basisstrom
J, .j der Basis eines Transistors Q1 über den Widerstand R1 zugeführt,
der den Transistor Q1 stromdurchlässig steuert, so daß ein Strom J^o von der Klemme V+ über einen Kollektorwiderstand
R3 und den Transistor Q1 zur Basis eines Transistors Q2 fließen kann. Der Transistor Q2 ist über einen Kollektorwiderstand
R4 ebenfalls mit der Klemme Y+ verbunden. Der Emitter des Transistors Q2 ist unmittelbar mit dem Steuergitter des
jeweils zugeordneten Schalters SCR1 usw. verbunden, so daß
über seine Emitter-Kollektorstrecke ein Gitterstrom J- fließen kann. Die Kaskadenschaltung beider Transistoren (Steuerschaltanordnung)
ergibt die erforderliche hohe Verstärkung des kleinen Basisstromes J-^-I auf den verhältnismäßig hohen
Gitterstrom J-. Bei positivem Wechselstromeingang A1 schließt
sich also ein Stromkreis über den stromdurchlässigen Schalter SCR1, den Gleichstromausgang- ;B+, eine nicht gezeigte Last,
den Gleichstromausgang.E- und; die Dioden D2, D3 der anderen
Phasen zu den beiden anderen.Wechselstromeingängen A2, A3.
Zwischen der Kathode jedes Schalters SCR und dem Emitter seines Transistors Q2 ist ein Widerstand R5 von verhältnis-
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-X-
mäßig kleiner Impedanz eingefügt, um Störspannungen am Steuergitter
des Schalters klein zu halten. Ein weiterer Widerstand R6 verbindet den Emitter mit der Basis jedes Transistors Q2
und leitet leckströme von der Basis ab, so daß die Stabilisierung des Transistors bei höheren Arbeitstemperaturen verbessert
wird. -
Wenn der Wechselstromeingang A1 negativ wird, wird der Schalter SCR1 rückwärts vorgespannt, d.h. seine Anode wird gegenüber
der Kathode negativ und gleichzeitig die Diode CR1 vorwärts vorgespannt über zwei Dioden CR2, CRJ, die in Reihe
liegend die Kathode des. Schalters SCRt mit der Basis des Transistors QI verbinden. Die Zwischenverbindung beider Dioden
CR2, CR3 ist mit dem Emitter des Transistors Q2 verbunden.
Somit kann ein Strom J durch die Dioden CR1, CR2 und CR3
fließen, der sich nach der Beziehung
V - 3V
τ ca J er .
τ ca J er .
' Jr = ."" SS
bestimmt, worin V0 die Rückwärtsvorspannung am jeweiligen
Schalter SCR und Y_„ den Torwärtsspannungsabfall an jeder der
Dioden GRT, CR2, CR3 bedeutet.
Die G-röße des Stromes J ist so bemessen, daß er den Basisstrom
J, ^ überwindet und die Transistoren Q1, Q2 in den stromsperrenden
Zustand zurückbringt, so daß am Steuergitter des Schalters SCR1 während der Zeit, wo der Schalter SCR1 rückwärts
vorgespannt ist, keine Steuergröße anliegt.
Wenn der Schalter SCRt wieder vorwärts und die Diode CR1 rückwärts vorgespannt ist, wird der Strom J unterbunden, so daß
der Basisstrom J·^ erneut dem Transistor Q1 zugeführt wird
und diesen stromdurchlässig steuert, so daß auch der Transistor
Q2 stromdurchlässig gesteuert v/ird und der Gitterstrom
J1 auf das Steuergitter des Schalters SCR1 gelangt. Entsprechendes
gilt phasenverschoben für die übrigen Gleichrichterpfade;.- . '
109853/1128 ' - 5 «
Die Steuereinrichtungen GD nach der Erfindungnehmen selbsttätig
die Steuergröße von den Steuergittern der Schalter SGR weg, wenn diese rückwärts vorgespannt sind. Auf diese Weise,
läßt sich die Verlustenergie am Steuergitter auf ein Minimum herabsetzen und damit die Erwärmung niedriger halten. Darüber
hinaus läßt sich dadurch auch der Mittelwert der Verlust-'
energie am Steuergitter der Schalter SCR reduzieren, so daß diese mit höheren Steuergitterströmen betrieben werden können,
ohne daß die maximal zulässige Steuergitterenergie überschritten
wird. Die Maßnahme nach der Erfindung ergibt ferner ein zuverlässiges Einschalten des Sohalters bei niedrigen
Temperaturen.
5 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
109853/1128 - 6 -
Claims (4)
- Patentansprücheti ./Steuerschaltung für mindestens einen an Wechselspannung liegenden steuerbaren kontaktlosen Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schalter (SCR1, SCR2, SCR3) eine . von einer unabhängigen G-leichspannungsquelle (SP) gespeiste und in Steuerabhängigkeit von der Wechselspannung am Schalter gebrachte Steuereinrichtung (GD1, GD2, GD3) zugeordnet ist, so daß diese eine Steuergröße nur bei vorwärts vorgespanntem Schalter liefert.
- 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (GD1, GD2, GD3) eine mit der Gleichspannungsquelle (SP) verbindbare kontaktlose Steuerschalteranordnung (Q1, Q2) im Steuergitterkreis des Schalters (SCR1, SCR2, SCR3) sowie einen im entgegengesetzten Sinne wie der Schalter von der Wechselspannung vorgespannten kontaktlos schaltbaren Steuerkreis (SC1, CR2, CR3) für die Steuerschalteranordnung (Q1, Q2) aufweist.
- 3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steuerschalter (SCR1, SCR2, SCR3), der in Reihe mit einer Diode (Dl, D2, D3) jeweils in einem mit einem Wechselstromeingang verbundenen Pfad einer Gleichrichterbrücke liegt, eine gesonderte Steuereinrichtung (GD1, GD2, GD3) zugeordnet ist,, und daß sämtliche parallelgeschalteten Steuereinrichtungen über einen Ein-Aus-Schalter (S1) an eine unabhängige gemeinsame Gleichspannungsquelle (SP) angeschlossen sind.
- 4. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerschalteranordnung eine verstärkende Kaskadenschaltung zweier Transistoren (Q1»'Q.2) dient, die kollektorseitig mit der positiven Klemme (V+) der Gleichspannungaquolle verbunden sind, und deren Steuerkreise mit zwei gleichsinnig in Reihe zu einer109853/1128dritten Diode (CR1) liegenden Dioden (CR2, CR3) verbunden sind, wobei die zwischen der Klemme (V+) und dem Wechselstromeingang (A1, A2, A3) liegende Diode (CR1) jeweils im entgegengesetzten Sinne wie der zugeordnete Schalter (SCR.1, SCR2, SCR3) Von der Wechselspannung-vorgespannt ist.Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode jedes Schalters (SGR1, SCR2, SCR3) über einen entstörenden Widerstand (R5) mit dem Emitter des den Gitterstrom 3 * lieiernden Transistors (Q2) verbunden ist, in dessen Steuerkreis ein stabilisierender Widerstand (R6) liegt.109853/1 128Leerseite
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