DE2519396C3 - Schutzschaltung für Thyristoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für Thyristoren der im Oberbegriff des Patentanspruches I genannten Art.

Eine derartige Schutzschaltung für Thyristoren ist aus der DT-AS 20 05 724 bekannt. Bei der bekannten Schutzschaltung ist für ein aus einer Reihenschaltung mehrerer Thyristoren aufgebautes Ventil eine die Polarität der Spannung über dem Ventil abtastende ' Anordnung vorhanden, die so bemessen ist, daß sie ein erstes Signal über eine Kippstufe an ein UND-Glied abgibt \venn die Spannung nach einer Kommutierung negative Polarität bekommt, und daß sie ein zweites Signal direkt an das UND-Glied abgibt, wenn die ίο Spannung positive Polarität bekommt. Beide Signale sind über das UND-Glied dem Zündsystem des Ventils zugeführt. Das erste Signal ist ebenfalls einem die Kippstufe rücksetzenden Zeitgerät zugeführt, welche d-is erste Signal für eine vorbcsiimmte Zeitspanne verzögert, die der längsten Wiedcrherstellungszeit der Thyristoren entspricht. Ein Zündsignal an alle Thyristoren des Ventils wird über das UND-Glied nur dann freigegeben, wenn das zweite Signal innerhalb ocr genannten Zeitspanne abgegeben wird. Bei der

ό bekannten Schutzschaltung ist eine Überwachung der besamten Reihenschaltung von Thyristoren vorgesehen, wobei die gesamte über der Reihenschaltung der Thyristoren liegende Spannung über einen Spannungsteiler abgegriffen und im Hinblick auf ihre Polarität

überwicht wird. Bei einer derartigen summarischen Überwachung der gesamten Reihenschaltung mit mehreren Thyristoren werden die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Thyristoren nicht berücksichtigt, da der .Spannungsverlauf über der gesamten

Reihenschaltung keinen Rückschluß auiden Spannungsverlauf an einem einzelnen Thyristor zuläßt. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Thyristoren können die Spannungsverläufe an den einzelnen Thyristoren unterschiedlich sein. Es ist sogar der Fall

denkbar, daß sich im Mittel die einzelnen Spannungsverläufe derart ausgleichen, daß die bekannte Schutzschaltung überhaupt nicht anspricht, obwohl einer der Thyristoren bereits gefährdet sein kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schutzschaltung besteht darin, daß bei einer Störung jeweils sämtliche Thyristoren in der Reihenschaltung gezündet werden. Dies erfordert unnötig viel Zündenergie, die aus der Anoden-Kathoden-Spannung des betreffenden Thyristors abgeleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Thyristoren in einer Reihenschaltung mehrerer Thyristoren eine Schutzschaltung gegen Selbstzündung zu schaffen, welche die individuellen Eigenschaften eines jeden einzelnen Thyristors berücksichtigt und besonders störsicher arbeitet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schutzschaltung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltung wird jeder einzelne Thyristor in einer Reihenschaltung von Thyristoren gesondert überwacht. Dadurch können auch Thyristoren mit unterschiedlichen Freiwerdezeiten in Reihe geschaltet werden, da die unterschiedlichen Eigenschaften der Thyristoren individuell berücksichtigt werden können. Es wird jeweils nur derjenige Thyristor gezündet, der im Hinblick auf eine unzulässige Selbstzündung gefährdet ist. Hierdurch wird Zündenergie gespart. Durch die Aufteilung in Überwachungseinrichtungen, die auf Thyristorpotential liegen, und in eine Auswerteeinrichtung, die auf Erdpotential liegt, wubei potentialtrennende Übertragungseinrichtungen vorgesehen sind, wird die Störsicherheit verbessert.

Die im Patentanspruch 2 angegebene Ausgestaltung

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der erfindungsgemäßen Schutzschaltung ermöglicht eine weitere Kinsparung von Zündenergie.

Ons Zeitsignal, das von der Auswerfeinrichtung auf die auf Thyristorpoten'.ial liegende Verknüpfungsschaltung übertragen wird, kann ein für die Dauer des 1 Jberwachungszeitraumes anstehendes Dauersignal sein. Hs ist jedoch auch möglich, daß das Zeilsigna! durch am Deginn und am Finde des Überwachungszeit· raumes liegende Impulse gebildet wird, die einer Kippstufe zugeführt sind. Das Zeitsignal kann auch durch verschlüsselte Signale zur Kennzeichnung von Deginn und Hnde des Überwachiingszeitraiimes gebildet sein. Hs ist weiterhin möglich, daß das Zeitsignal durch einen ;>.m Beginn des Überwaehiingszeitraunies liegenden Impuls gebildet wird, der einer Zeitstiife ml einer dem Uberiv.-ichungszeiiriiiim enlsprechenden Vcrzögerungs/eit zugeführt ist.

Als Übcrwiichungszeiiraum kann die Schon/eil des betreifenden Thyristors vorgesehen sein, wobei unter Schonzeit eine Zeit verstanden wird, die der Hreiwerdezeit einspricht, jedoch ohne die Bedingung, dal! der Thyristor positive Spannung übernehmen kann. Die Schon/eil ist somit größer als die Hreiwerde/eit.

Als Uberwachungszeiiraiini kann auch die theoretische Stromlührungsdaiier eines Thyristors vorgesehen sein, wobei unter tier Stromfühningsdauer der Winke! /wischen dem Beginn der Siromführung zweier in der Kommutierung aufeinanderfolgender Ventilzweige verstanden wird. Die Slromführungsdaiier ergibt sich aus Frequenz und Pulszahl des Stromrichters unter Berücksichtigung des Oberlappungswinkeis.

Hin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Die Zeichnung zeigt drei in Reihe geschaltete Thyristoren 11 I, η 2, «3. denen jeweils eine Zündschaltung und eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Selbstzündung zugeordnet sind. Um die Übersichtlichkeit der zeichnerischen Darstellung zu wahren, sind eine Zündschaltung 19 und eine Schutzschaltung nur für den Thyristor /; 1 dargestellt. Die Zündschaltung 19 bezieht ihre Energie rus der Anoden-Kathodcn-Spannung des Thyristors η 1 und kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie in der DT-PS 15 38 099 beschrieben ist.

Dem Thyristor /; 1 ist eine auf Thyrisiorpotential liegende erste Überwachungseinrichtung 1 zugeordnet, der eingangsseitig die über einen Spannungsteiler R 1, Cl; R 2, C2 abgegriffene Anoden-Kathoden-Spannung über dem Thyristor η 1 zugeführt ist. Die Überwaübungseinrichtung 1 enthält einen Grenzwertmelder 3, beispielsweise einen Kippverstärker, der die am Spannungsteiler abgegriffene Spannung mit einem vorgegebenen negativen Wert vergleicht, der symbolisch an einem Potentiometer 4 abgegriffen ist. Der Grenzwertmelder 3 ändert sein Ausgangssignal, wenn die Spannung über dem Thyristor η 1 den vorgegebenen negativen Wert unterschreitet. Hierdurch wird eine monostabile Kippstufe 5 mit einer sehr kurzen Impulsdauer, beispielsweise lOnsec, angestoßen, deren Ausgangssignal ein erstes Schaltsignal .v I darstellt, das den Deginn der Schonzeit des Thyristors H 1 angibt. Das erste Schaltsignal ν i kann auch durch eine Überwachung des Laststromcs des Thyristors gewonnen werden. Dabei ist einem Strommeßwandler ein Grenzwertmelder nachgeschaltct, der sein Ausgangssignal ändert, wenn der Strom durch den Thyristor Null wird.

Das erste .Schaltsignal ν 1 wird über eine erste Übertragungseinrichtung i'l an eine Auswerfeinrichtung 8 übertragen. Die erste Übertragungseinrichtung enthält einen Sender 6 mit einer nachgeschalteten Sendeantenne Sh, sowie empfangsseitig einen Hmpfänger 7 mit einer vorgeschalteten Hmpfangsantenne S7. Der Hmpfänger 7 beaufschlagt den Hingang der Auswerfeinrichtung 8, die auf Hrdpotential liegt.

Die Auswerfeinrichtung 8 enthält eine bistabile Kippstufe 9 und eine dieser nachgeschaltete monostabile Kippstufe 10, sowie ein ODER-Glied 11. Das übertragene erste .Schaltsignal setzt die bistabile Kippstufe 9. die ihrerseits die monostabile Kippstufe 10 anstößt. Die Impulsdauer der monostabilen Kippstufe IO entspricht einem Überwachungs/eitrauni, für den die Schon/eil des Thyristors // J oder .seine iheo/e fische Stromführiingsdaiier gewählt sein können. Die Kippstufe 9 wird vom Zündsteuersignal des Steuersalzes rückgesetzt, das der Auswerfeinrichtung 8 an der Klemme 20 zugeführt ist. Das Zündsign.il vom Steuersatz und das Zeitsignal s, der monostabilen Kippstufe 10 werden im ODHR-Glied 11 zusammengefaßt und über eine zweite Übertragungseinrichtung Vl gesendet. Die zweite Übertragungseinrichtung /'2 enthält einen Sender 12 mit einer nachgeschalieien Sendeantenne .S' 12 sowie einen Hmpfänger Π mit einer vorgeschalteten Hmpfangsantenne .S'1 3. Die Übertragungseinrichtung 112 dient — wie ersichtlich — auch zur Übertragung der Zündsignale eines Steuersatzes, l-'ür die erfindungsgemäße Schutzschaltung braucht daher keine eigene weitere Übertragungseinrichtung vorgesehen werden.

Dem Thyristor η 1 ist eine auf Thyristorpotential liegende zweite Überwachungseinrichtung 2 zugeordnet, der eingangsseitig ebenfalls die über dem Spannungsteiler Ri, Ci; R 2, C2 abgegriffene Spannung über dem Thyristor /j I zugeführt ist. Diese zweite Überwachungseinrichtung 2 enthält einen Grenzwertmelder 21, beispielsweise einen Kippverstärker. der die Spannung über dem Thyristor η 1 mit einem vorgegebenen positiven Spannungswerl vergleicht, der symbolisch an einem Potentiometer 22 abgegriffen ist. Das zweite .Schallsignal s 2 der zweiten Überwachungseinrichtung 2 und das vom Hmpfänger 13 empfangene Zeitsignal s. werden einer Verknüpfungsschaltung 14 zugeführt und dort in einem UND-Glied 15 konjunktiv miteinander verknüpft. Die Verknüpfungsschaltung 14 steuert die Zündschaltung 19 zur Abgabe von Ziindimpulsen an die Steuerstrecke des Thyristors /; 1 an, wenn während des Zeitsignals s, vom Hmpfänger 13 das zweite .Schaltsignal .s 2 von der Überwachungseinrichtung 2 erscheint. Die Dauer des Zündimpulses richtet sich nach den speziellen Hrfordernissen des Thyristors η I. LJm den Bedarf an Zündleistung klein zu halten, kann der Zündinipuls nach einer kurzen Zeitspanne, beispielsweise wenigen Mikrosekunden, wieder abgebrochen werden. Hierzu wird das Ausgiiigssignal des UND-Gliedes 15 über ein Invertierglied 17 einer monostabilen Kippstufe 18 mit einer entsprechend kurzen Impulsdauer zugeführt, deren Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des UND-Gliedes 15 in einem ODER-Glied 16 disjunktiv verknüpft wird. Das ODHR-Glicd 16 wird somit nach Ablauf der Impulsdauer der niolioSlabileil Kippstufe 18 gesperrt und der Zündimpuls damit beendet.

Als Überlragungseinrichtungcn Ui bzw. 112 können auch optoelektronische Sender und Hmpfänger verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für die Thyristoren in einer Reihenschaltung mehrerer Thyristoren, denen jeweils eine auf Thyrisiorpoiential liegende Zündschaltung zugeordnet ist, die ihre Energie aus der Anoden-Kathoden-Spannung des betretfenden Thyristors bezieht, bei der eine erste Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die bei einer negativen Spannung ein erstes Schaltsignal auf eine ein Zeitglied enthaltende Auswerteeinrichiung gibt, deren für einen Überwachungszeitraum anstehendes Zeitsignal einem Eingang einer konjunktiven Verknüpfungsschaltung zugeführt ist, und bei dtr eine /weite Überwachungseinrichtung vorgesehen ist. die bei positiver Spannung ein zweites Schaltsignal erzeugt, das dem zweiten Eingang der konjunktiven Verknüpfungsschaltung zugeführt ist, wobei deren Ausgang mit dem Zündsteuereingang der Zündschaltung in Wirkverbindung steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Jedem Thyristor (z. B. η 1) ist eine eigene, auf Thyristorpotential liegende erste Überwachungseinrichtung (I) zugeordnet, die ein erstes Schaltsignal (s 1) erzeugt, wenn der Strom im betreffenden Thyristor (n I) zu Null wird oder wenn die Spannung über dem betreffenden Thyristor (n I) einen vorgegebenen negativen Wert unterschreitet,

b) jeder derartigen ersten Überwachungseinrichtung (1) ist eine erste potentialtrennende Übertragungseinrichtung (UX) nachgeschaltet, die das erste Schaltsignal ('.si) an eine auf Erdpotential liegende Auswerteeinrichuing (8) übertragt,

c) der Auswertecinrichtung (8) ist eine zweite potentialtrennende Übertragungseinrichtung (772) nachgeschaltet, die das betreffende Zeitsignal auf die auf Thyristorpotential liegende Verknüpfungsschaltung (14) überträgt,

d) jedem Thyristor (z. B. π 1) ist eine eigene, auf Thyristorpotential liegende zweite Überwachungseinrichtung (2) zugeordnet, die bei einem vorgegebenen positiven Spannungswert über dem betreffenden Thyristor (n 1) ein zweites Schaltsignal (s 2) erzeugt und der Verknüpfungsschaltung^) zuführt,

e) die Verknüpfungsschaltung (14) steuert die Zündschaltung (19) /ur Abgabe von Zündimpulsen an den betreffenden Thyristor (n 1) an, wenn wahrend des Zeitsignals (s,) das zweite Schaltsignal (s 2) bereits erscheint.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsschaltung (14) in bekannter Weise ein konjunktives Verknüpfungsglied (15) für das Zeitsignal (s,) und für das zweite Schaltsignal (s 2) und eine monostabile Kippstufe (18) mit einer der gewünschten Zündimpulsdauer entsprechenden Verzögerungszeit enthält.