DE2614607A1

DE2614607A1 - Torsteuerschaltung fuer thyristorschaltungen

Info

Publication number: DE2614607A1
Application number: DE19762614607
Authority: DE
Inventors: Hisao Amano; Ryuji Iyotani; Fumio Ogata; Atsumi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-04-07
Filing date: 1976-04-05
Publication date: 1976-10-21
Also published as: DE2614607C3; CA1063672A; DE2614607B2; JPS5333459B2; SE7604032L; US4100434A; SE431383B; JPS51116663A

Description

Torsteuerschaltung für Thyristorschaltungen

Die Erfindung betrifft eine Torsteuerschaltung für Thyrister-Schaltungsanordnungen, insbesondere für ein Thyristor-Stromventil mit mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Thyristoren. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Torsteuerschaltung für ThyristorSchaltungsanordnungen, insbesondere für ein Thyristor-Stromventil mit mehreren in Reihe und/oder parallel .geschalteten Thyristoren, an die in Abhängigkeit eines von einer Steuerschaltung kommenden Befehls ein schmales Torsignal angelegt wird.

Ein Thyristor-Stromventil mit mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Thyristoren ist bekannt und ein sogenanntes Torimpulssystem mit breiten Tor- oder Zündimpulsen wird häufig als Tor- bzw. Zündsteuerschaltung zum Zünden der Thyristoren in den Thyristor-Stromventilen verwendet. Bei diesem Zündimpuls-

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system rait breiten Zün&irapulsen v/ird dem iDliyristor-Stromventil ein Tor- oder Zünd signal mit einer Impulsdauer ο der Impulsbreite von 120 - im Phasenwinkel angegeben -■ bereitgestellt·, was einem Zeitraum entspricht, während dem ein Zweig des Thyriütor-Btroirventiles, das beispielsweise aus einer dreiphasigen Zweiweg-Brückenschaltung besteht, leiten sollte. Hit dieser Schaltungsanordnung ist unter normalen Bedingungen ein stabiler Betrieb des Thyristor-Stromrichterventils τη ö glich, weil das Torsignal während der Zeit, während der der Zweig leitet, ständig an jedem Thyristor anliegt. Für ein Thyristor-Stromrichterventil, das als Umsetzer arbeitet, wird das Torsignal jedem Thyristor zugeleitet, wie dies in der US-PS 3 881 147 beschrieben ist, um jeden Thyristor in den leitenden Zustand zu versetzen, wenn der Zeitraum, an der die Sperrspannung auftritt, kürzer als ein vorgegebener Zeitraum ist, um Abnormalitaten und ein fehlerhaftes Arbeiten der Schaltung au vermeiden, die bzw- das auf Grund von unregeliaässigen oder ungleich-massigen Eigenschaften der einzelnen Thyristoren untereinander hinsichtlich der Regeneration des Sperrzustandes auftreten können.

Das Zündimpulssystem mit breiten Zündimpulsen weist jedoch den Nachteil auf, dass ein hoher Leistungsverlust bzw. hohe Leistung erforderlich ist, weil das Zündsignal ohne Unterbrechung über einen langen Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden muss. Die bekannten Torsteuerschaltungen sind daher kompliziert aufgebaut und besitzen grosse Abmessungen, wenn das Zündsignal Thyristoren zugeleitet werden soll, die auf Hochspannung liegen.

Daher wurde eine Torsteuerschaltung vorgeschlagen, bei der ein Zündimpulssystem mit schmalen Zünd- oder Torimpulsen verwendet wird, wie dies beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung 58 7^3/74 beschrieben ist, die der US-PS 3 878 448 entspricht. Bei dieser bereits vorgeschlagenen Schaltung wird das zum Zünden jedes Thyristors erforderliche Signal nur zu Beginn des Zeitraumes angelegt, bei dem der Thyristor leiten

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BAD ORIGINAL

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der Strom jedoch während des Zeitraumes, wo der Thyx-istor leitend wird., auf zu fIi essen, wenn während der Zeit, während der der Thyristor leiten soll, aus irgendeinem Grunde ειπ Thyristor eine Sperrspannung angelegt wird, oder wenn der Zeitraum, an dem die Sperrspannung anliegt, langer ist als die Zeit, die erforderlich ist, um alle Thyristoren in den nicht leitenden Zustand zu bringen« Wenn der Zeitraum, während dem die Sperrspannung anliegt, jedoch kurzer ist als die Ausschaltzeit irgendeines bestimmten Thyristors der das Thyristor-Stromventil bildenden Thyristoren, dann wird der Thyristor oder die Thyristoren, deren Ausschaltzeit kleiner als der Zeitraum ist, in dem die Sperrspannung anliegt, in den nicht leitenden Zustand versetzt und bleiben in diesem Zustand, wenn eine Spannung in Vorwärtsrichtung bzw. eine Durchlasspannung danach angelegt wird ; der zuvor erwähnte bestimmte Thyristor bzw. die bestimmten Thyristoren können nicht in den nicht leitenden Zustand übergehen, sondern bleiben im leitenden Zustand, wenn dann die Spannung in Vorwärtsrichtung bzw. die Durchlasspannung angelegt wird. Aus diesem Grunde liegt nur an dem sich im leitenden Zustand befindlichen Thyristor bzw. an den im leitenden Zustand befindlichen Thyristoren der in Reihe geschaltete Thyristoren eine Spannung an und an einem Thyristor kann gegebenenfalls die Gesamtspannung anliegen, so dass dieser Thyristor zerstört werden kann. Wenn die Thyristoren parallel geschaltet sind, fliesst ein entsprechend grosser Strom nur zu dem Thyristor, der sich nicht im leitenden Zustand befindet und dieser Thyristor bleibt dann im leitenden Zustand, so dass dabei die Gefahr gross ist, dass der Thyristor, der nicht in den nicht leitenden Zustand versetzt werden kann, zerstört wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Torsteuerschaltung für Thyristorschaltungen, insbesondere für Thyristor-Stromrichterventile und Umrichter zu schaffen, bei dem die zuvor genannten Nachteile nicht auftreten, bei dem also das Risiko gering ist, dass Thyristoren zerstört werden, wobei die Torsteuerschaltung wenig Leistung aufnehmen und kleine Abmessungen aufweisen soll.

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Biese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen TorSteuerschaltungen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Mit der erfindungsgeraässen Torsteuerschaltung kann also verhindert werden, dass nur einige der Thyristoren bzw. die Thyristoren nur teilweise gezündet werden, weil der Zündimpuls, an jedem Thyristor zu der Zeit anliegt, zu der an allen Thyristoren eine Spannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird.

Die erfindungsgemässe Torsteuerschaltung enthält einen Sperrspannungsdetektor, der an wenigstens einem der Thyristoren den Zeitraum misst, an dem die Sperrspannung anliegt, sowie eine Zeitsteuerstufe, so dass eine nur teilweise Leitung der Thyristoren verhindert werden kann, weil der Zündimpuls anliegt, wenn eine Durchlass- bzw. Vorwärtsspannung an allen Thyristoren anliegt. Darüberhinaus kann kein Thyristor während der Zeit, während der eine Leitung auftritt, in den nicht leitenden Zustand gebracht v/erden, weil der Zündimpuls bereitgestellt wird, wenn an allen Thyristoren die Spannung in Vorwärtsrichtung anliegt. Weiterhin können die Durchlass- und Sperrspannungen an den jeweiligen Thyristoren leicht gemessen und ermittelt werden, v/eil die Durchlass- und Sperrspannung an wenigstens einem speziell ausgewählten Thyristor ermittelt wird. Dies ermöglicht eine Torsteuerschaltung für Thyristorschaltungen, durch die die Thyristorschaltungen auf sichere, stabile Weise gesteuert werden können.

Mit der erfindungsgemässen Torsteuerschaltung für Thyristorschaltungen ist es leicht möglich, festzustellen, ob die Durchlass- oder Vorwärtsspannung an allen Thyristoren einer Thyristorschaltung anliegt.

Mit der erfindungsgemässen Torsteuerschaltung für Thyristorschaltungen ist es weiterhin möglich, leicht festzustellen, ob der Zeitraum, an dem die Sperr- oder Rückwärtsspannung an allen Thyristoren anliegt, langer als eine vorgegebene Zeitspanne ist.

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Erfindungsgemässe wird also eine TorSteuerschaltung für Thyristorschaltungen, insbesondere für Thyristorurasetser und Thyristor-Stromrichter mit mehreren in j^eihe und/oder parallel geschalteten Thyristoren geschaffen, die mit einem schmalen bzw. kurzen Zündimpuls gesteuert werden. Die erfindungsgemässen Torsteuerschaltung umfasst Einrichtungen, um festzustellen, ob ein Zeitraum vorliegt, während dem die Thyristor-Schaltung in den leitenden Zustand versetzt werden soll oder nicht, ein Schaltungsteil, der die Spannung in Vorwärtsrichtung an wenigstens einem der Thyristoren der Thyristorschaltung ermittelt und ein UND-Glied, das dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die UND-Bedingung zwischen den jeweiligen Ausgangssignalen der Beurteilungsschaltung und des Durchlasspannungsdetektors erfüllt ist. Die Schaltungsanordnung erhält weiterhin Schaltungsteile, um den Zeitraum des Auftretens der Sperrspannung bzw. der Rückwärtsspannung an wenigstens einem Tyhristor der Thyristorschaltung zu messen. Die Durchlass- und Sperrspannung können jeweils dadurch ermittelt werden, dass die Durchlass- und Sperrspannungen bestimmter Thyristoren gemessen v/erden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Torsteuerschalung für einen Thyristor-Stromrichter,

Fig. 2 die im Zusammenhang mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung auftretenden Schwingungsformen,

Fig. J eine schematische Darstellung des in Fig. 1 dargestellten Thyristor-Stromrichters bzw. -Stromventils,

Fig. 4- eine Dreiphasen-Umsetzerschaltung,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Torsteuerschaltung für Thyristorschaltungen,

Fig. 6 Schwingungsformen, die bei der in Fig. 6 dargestellten Schaltung auftreten,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Torsteuerschaltung,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen

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l'or st euer schaltung und

Fig. 9 noch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen TorSteuerschaltung.

In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung einer Torsteuereinrichtung für ein Thyristor-Stromrichterventil gemass einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Die Schaltungsanordnung weist Thyristoren 11 bis 1n, Anschlüsse 40 und 41 des Thyristor-Stroiaventils, Widerstände 21 bis 2n und Kondensatoren $1 bis Jn e.uf, wobei die Widerstände und Kondensatoren dazu dienen, die geteilte Spannung für jeden Thyristor gleich zu machen. Es sei angenommen, dass der Thyrister 11 dieser Thyristoren 11 bis 1n einen maximalen Wert an verbleibenden, gespeicherten Ladungsträgern (Qr) und der Thyristor 12 einen kleinsten Wert an verbleibenden, gespeicherten Ladungsträgern besitzt. Ein Sperrspannungsdetektor 42 und ein Durchlasspannungsdetektor 43 erzeugen jeweils während eines Zeitraumes Ausgangssignale, während dem eine Sperrspannung -bzw. eine Durchlasspannung an dem jeweiligen Thyristor auftritt. Eine Steuerschaltung 44 stellt immer dann einen Zündimpuls bereit, wenn das Thyristor-Stromventil gezündet werden soll. Ein Flip-Flop 45 wird von dem von der Steuerschaltung 44 kommenden Zündimpuls gesetzt und von einem Ausgangssignal einer nachfolgend noch zu beschreibenden Zeitsteuerstufe 46 rückgesetzt. Die Zeitsteuerstufe 46 stellt ein Ausgangssignal zum Rücksetzen des Flip-Flops 45 bereit, wenn die Dauer des Ausgangssignales des Sperrspannungsdetektors 42 eine vorgegebene Zeitspanne T_Q übersteigt. Ein UND-Glied 47 stellt ein Ausgangssignal bereit, wenn der Durchlasspannungsdetektor 43 und der Flip-Flop 45 gleichzeitig Ausgangs signale erzeugen. Eine Different! einstufe 48 erzeugt ein Impuls an der Anstiegsflanke des vom UND-Glied 47 bereitgestellten Signales. Ein Impulsverstärker 49 verstärkt den von der Differentierstufe 48 erzeugten Impuls und legt einen Zünd- oder Torimpuls über einen Impulstransofrmator 50 allen Thyristoren an.

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Anhand der in lfig. 2 dargestellten Schwingungsformen soll die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform beschrieben werden.

Der Flip-Flop 45 wird rückgesetzt, wenn das Zündsignal von der Steuerschaltung 44 bereitgestellt wird. Gleichzeitig erhalten die Thyristoren 11 bis "In die Spannung in Vorwärtsrichtung angelegt, so dass die UND-Bedingung dadurch befriedigt wird, dass am Ausgang des Flip-Flops 45 und des Durchlasspannungsdetektors · 43 Signale auftreten. Daher tritt am Ausgang des UND-Gliedes ein Signal auf, so dass ein Torsignal erzeugt wird, welches alle Thyristoren des Thyristor-Stromventils zünden. Daher bricht die über den Thyristoren 11 bis 1n anliegende Spannung in Vorwärtsrichtung zusammen, und am Ausgang des Durchlasspannungsdetektors 43 tritt kein Signal auf. Dann wird jedem der Thyristoren 11 bis 1n und damit dem Thyristor-Stromventil die Sperrspannung angelegt, wenn der Zeitraum, in dem das Thyristor-Stromventil leitet, beendet ist. Der Strom geht von einem Thyristor-Stromventil auf einen anderen Zweig des Stronrichters über und die restlichen gespeicherten Ladungsträger an den jeweiligen Thyristoren 11 bis 1n verschwinden. In Fig. 2 wird die Spannung über den Thyristor 11, die einen maximalen Wert für die restlichen gespeicherten Ladungsträger annimmt, mit V1 und die Spannung über dem Thyristor 12, die den kleinsten Wert der restlichen gespeicherten Ladungsträger aufweist, mit V2 bezeichnet. Die Spannung zwischen dem übrigen Thyristoren 13 bis 1n liegt zwischen diesen Spannungen V1 und V2. Der Zeitraum, an dem die Rückwärtsspannung am Thyristor 11, der von dem übrigen Thyristoren der letzte ist, reicht normalerweise aus, die Thyristoren 11 bis 1n in den nicht leitenden Zustand zu versetzen, so dass die Vorwärts spannung, die an das· Thyristor-Stromventil nach Ende des Zeitraumes der Rückwärtsspannung angelegt wird, unter den jeweiligen Thyristoren gleichmässig aufgeteilt wird. Dabei wird der Flip-Flop 45 nach Verstreichen des Zeitraumes T_Q durch das Ansteigen des Ausgangs signal es des Sperrspannungsdetektors-. 42 rückgesetzt. Die Zeitsteuerstufe 46 stellt jedoch kein Ausgangs-

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signal bereit, wenn die Sperrspannung so klein ist, dass sich die Spannungen V1 und V2 in der in Fig. 2 strichliniert dargestellten Weise ändern, und wenn dann die Dauer des vom Sperrspannungsdetektor 42 bereitgestellten Ausgangssignals kürzer ist als der Zeitraum T₀. Daher wird der Flip-Flop 45 nicht zurückgesetzt, so dass am UND-Glied 47 ein Ausgangssignal auftritt, das alle Thyristoren mit dem Torsignal versorgt und das Thyristor-Stromventil zu einem Zeitpunkt wieder in den leitenden Zustand versetzt, wenn die Spannung V2 auf die Durchlassspannung ansteigt.

Der Zeitraum T der Zeitsteuerstufe 46 wird etwas grosser gewählt als der grö'sste Wert der Jeweiligen Zeiträume, in denen die Thyristoren 11 bis 1n nicht leitend sind« Der Nachteil, dass der Torimpuls dem Thyristor-Stromventil sofort nach Ausschalten nur einiger der Thyristoren 11 bis 1n angelegt wird, so dass eine zusätzliche Spannung an die ausgeschalteten Thyristoren angelegt werden muss, kann bei einem solchen, zuvor beschriebenen Schaltungssystem verhindert werden, bei dem der Torimpuls nochmals zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn die Dauer des Ausgangssignales vom Sperrspannungsdetektor 42 kürzer ist als der von der Zeitsteuerstufe 46 festgelegte Zeitraum T , der in der zuvor beschriebenen Weise ausgewählt wurde, und zwar im Hinblick darauf, dass die Dauer der am Thyristor 11 anliegenden Sperrspannung die kürzeste Dauer der Sperrspannung ist, ' die an den übrigen Thyristoren auftritt. Dies ist ohne weiteres deshalb verständlich, weil alle Thyristoren 11 bis 1n.wieder in den leitenden Zustand versetzt werden, wenn die Dauer des vom Sperrspannungsdetektor 42 bereitgestellten Signales kürzer als der Zeitraum T ist, wogegen die Thyristoren 11- bis 1n in den nicht leitenden Zustand versetzt werden, wenn die Dauer des vom Sperrspannungsdetektor 42 bereitgestellten Signales länger als der Zeitraum T_Q ist, weil die jeweilige Dauer der Sperrspannung, die an die anderen Thyristoren 12 bis 1n angelegt werden, länger ist als der Zeitraum 1_Q ,der andererseits länger ist als-der Maximalwert der Jeweiligen Ausschaltdauer. Bei dem

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vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Torimpuls erzeugt, wenn die über dem Thyristor 12 liegende Spannung V2 die Durchlasspannung erreicht. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die über den Thyristoren 11 und 13 bis 1n, nicht aber über dem Thyristor anliegenden Spannungen den JJurchlass-Spannungswert an, weil sie über der über dem Thyristor 12 liegenden Spannung V2 liegen. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Thyristoren 11 bis 1n gezündet werden. Es sei angemerkt, dass zum zuvor erwähnten Zündzeitpunkt dem Thyristor 11 mit den meisten, restlichen, gespeicherten Ladungsträgern eine Durchlasspannung angelegt wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wobei der Wert dieser Durchlasspannung jedoch so klein ist, dass er hinsichtlich der Unregelmässigkeiten der restlich gespeicherten Ladungsträger in den Thyristoren 11 bis 1n im Vergleich zu der Durchlass-Stehspannung der Thyristoren vernachlässigbar ist.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist es möglich, das Thyristor-Stromventil durch schmale Torimpulse zu steuern, ohne Gefahr laufen zu müssen, dass Thyristoren auch bei nicht übereinstimmenden, streuenden Eigenschaften der Thyristoren beschädigt oder zerstört werden. Es kann daher eine kostengünstige und sehr zuverlässige Torsteuerschaltung geschaffen werden, weil nicht so viel Leistung wie bei den Systemen mit breiten Torimpulsen erforderlich ist, und weil die Schaltungsanordnung wesentlich einfacher aufgebaut sein kann.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Sperrspannungsdetektor 42 an den Thyristor mit dem grössten Wert an restlich gespeicherten Ladungsträgern und der Durchlasspannungsdetektor 43 mit dem Thyristor mit dem kleinsten Wert für die restlich gespeicherten Ladungsträger verbunden. Die Detektoren 42 und 43 können jedoch auch mit wenigstens einem der Thyristoren mit vergleichsweise grossen und kleinen Werten für die restlichen, gespeicherten Ladungsträger verbunden sein, d. h. es ist nicht notwendig erforderlich, dass die Detektoren 42 und 43 mit den Thyristoren mit den grössten und kleinsten Werten an restlichen Ladungsträgern verbunden sind, wenn die Kennlinien und Eigenschaften der Thyristoren nicht zu stark streuen. 6 0 9 3 4 3/0813

An sich müssten alle Thyristoren an Durchlas-spannungsdetektorert und Sperrspannungsdetektoren angeschlossen werden. Eine derartige Schaltung v/äre jedoch recht teuer.

Die restlichen, gespeicherten Ladungsträger hängen bei den Thyristoren von der Temperatur ab. Daher muss beim Aufbau des Thyristor-Stromventils darauf geachtet v/erden, an welche Thyristoren die Durchlasspannungsdetektoren und die Sperrspannungsdetektoren angeschlossen v/erden *

In FLg. 3 ist beispielsweise die Schaltungsanordnung des Thyristor-ßtromventils dargestellt. In dieser Schaltungsanordnung sind mehrere, in Reihe geschaltete Thyristoren 111 bis 1n3, welche jeweils in Zeilengruppen 51 bis 5n zusammengefasst sind, angeordnet. In Fig. 3 befinden sich in jeder Zeile drei Thyristoren. Es können jedoch auch mehr Thyristoren pro Zeile vorgesehen sein. Die Zeilen 51 bis 5n sind übereinander gestapelt. Das Thyristor-Stromventil ist mit einem Gehäuse 60 umgeben, an dessen unterem Teil ein Gebläse, Ventilator oder Lüfter 61 angeordnet ist. Der Ventilator 61 versorgt die Thyristoren bis 1n mit einem Kühlmedium, beispielsweise mit Luft oder Öl, um die Thyristoren zu kühlen. Das Gehäuse 60 ist mit Anschlüssen 40 und 41 für das Thyristor-Stromventil versehen« ;

Das Kühlmedium wird mittels des Ventilators 61 umgewälzt und strömt entsprechend den in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Linien durch das Thyristor-Stromventil. Die Temperatur im Thyristor-Stromventil ist in der XTähe der Thyristoren, die sich nahe, beim Ventilator 61 befinden, niedriger und bei den Thyristoren, die sich weiter vom Ventilator 61 entfernt befinden, höher, weil das Kühlmedium bei den letzgenannten Thyristoren bereits angewärmt ist. Die restlichen gespeicherten Ladungsträger bzw. der Ladungsträgerrest eines Thyristors hängt von der Temperatur ab und steigt mit höheren Temperaturen an. Daher wird beispielsweise vorgeschlagen, den Thyristor mit dem grössten Ladungsträgerrest in der ITähe des Ventilators 61 und den Thyristor mit dem kleinsten Ladnngsträgerrest vom Ventilator

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entfernt anzuordnen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Absolutwerte der Ladungsträgerreste bei den Thyristoren umzukehren, derart, dass der kleinere Ladungsträgerrest eines Thyristors grosser wird und umgekehrt. Ersichtlich ist es also nicht möglich, die Durchiaεspannung am Thyristor mit einem kleinen Ladungsträgerrest und die Sperrspannung an einem Thyristor mit grossem Ladungsträgerrest abzugreifen. Daher ist der Thyristor 111 mit kleinem Ladungsträgerrest als Element, an dem die Durchlasspannung abgegriffen wird, an einer Stelle niederer Temperatur und der Thyristor 1n1 mit grossem Ladnngsträgerrest als Element, an dem die Sperrspannung abgegriffen wird, an einer Stelle hoher Temperatur angeordnet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Spannung zwischen der Anode und der Kathode des Thyristors 111 wird abgegriffen und betätigt eine lichtemittierende Diode 62, wenn die Durchias spannung an den Thyristor 111 gelegt wird. Die Diode 63 verhindert, dass die Sperrspannung an der lichtemittierenden Diode auftritt und ein V/iderstand 64 begrenzt den durch die lichtemittierende Diode fliessenden Strom. Eine lichtemittierende Diode 65 liegt zwisehen der Anode und der Kathode des Thyristors 1n1 mit einem grossen Ladungsträgerrest, die Licht emittiert, wenn an den Thyristor 1n1 eine Sperrspannung anliegt. Die Diode 66 verhindert, dass die Durchlasspannung an der lichtemittierenden Diode 65 auftritt und ein Widerstand 67 begrenzt den durch die lichtemittierende Diode 65 fliessenden Strom. Das von den lichtemittierenden Dioden 62 und 65 emittierte Licht wird über Lichtleiter 68 bzw. 69 den Phototransistoren 70 und 71 zugeführt. Die Phototransistoren 70 und 71 stehen mit einer Versorgungsquelle 72 und mit Widerständen 73 bzw. 74 in Verbindung. An den Widerständen 73 und 7^ können über die Anschlüsse 75 und 76 die Signale, die dem den Phototransistoren 70 und 71 übertragenen Licht entsprechen, abgegriffen werden. Der Phototransistor 70 wird in den leitenden Zustand versetzt und ein Strom fliesst durch den Widerstand 73> so dass.an der Klemme 75 eine Spannung auftritt, wenn am. Thyristor 111 eine Durchlasspannung auftritt und die lichtemit-

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tierende Diode 62 Licht aussendet. In entsprechender Weise tritt an der Klemme 76 eine Spannung auf, wenn am Thyristor 1n1 eine Sperrspannung anliegt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Ladungsträgerrest beim Thyristor 111 kleiner ist als der bei anderen Thyristoren, und dass der Ladungsträgerrest beim Thyristor 1nJ grosser ist als bei irgendeinem anderen Thyristor, und zwar auch dann, wenn Strom durch die Thyristoren 111 bis 1n3 fliesst, wodurch die Temperatur ansteigt. Dadurch arbeitet die Torsteuerschaltung zufriedenstellend und es wird verhindert, dass das Thyristor-Stromventil ausfällt oder zerstört wird.

Anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels soll nachfolgend die Erfindung beschrieben werden. Fig. 4 zeigt einen Umsetzer, der dreiphasige Wechselstrom-Ausgangsgrössen erzeugt. Die Thyristor-Stromventile 81 biß 86 sind mit der Gleichstromquelle 80 in einer Brücken schaltung verbunden. «Jedes Thyristor~Stromvent.il 81 bis 86 besteht aus der Reihenschaltung mehrerer Thyristoren. Bei dem auf diese Weise geschalteten Umsetzer ist die Periode, während der ein Thyristor-Stromventil leitet, 120°, gemessen entsprechend dem Phasenwinkel des Wechselstrom-Ausgangssignales.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Erfindung im Zusammenhang mit dem in Pig. 4 dargestellten Schaltungsaufbau verwendet wird. Die Schaltung von Pig. 5 unterscheidet sich von der in Pig. 1 dargestellten Schaltung darin, dass ein zweiter Plip-Plop 87. hinter der Steuerschaltung 44 vorgesehen ist, der dem Plip-Plop 45 über ein UND-Glied 81 ein Eücksetzsignal liefert, wenn am Ausgang des zweiten Plip-Plop s 87 und am Ausgang deraZeitsteuerstufe 76 ein Signal auftritt. Die übrige Schaltung soll hier nicht nochmals beschrieben werden, da es bereits anhand von Pig. 1 geschehen ist. Anhand von Pig. 6 soll die Arbeitsweise der in Pig. 5 dargestellten Schaltung beschrieben werden. Der zweite Plip-Plop wird in Abhängigkeit eines Zündimpulses P^ an einem Zweig gesetzt und in Abhängigkeit eines um 120 verzogertenlmpulses Pp rückgesetzt. Der Flip-Plop 45 wird ebenfalls durch den Zündimpuls Ty, gesetzt. Wenn der Strom während dieses Zeitraumes

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(also während dieses Phasenwinkels von 120°), in der der Thyristorzweig leiten soll, unterbrochen wird, liefert die Zeitsteuerstufe 46 ein Ausgangssignal,falls der Zeitraum der Sperrspannung einen vorgegebenen Zeitraum T übersteigt. Das zweite UND-Glied 88 wird jedoch angesteuert, weil am Ausgang Q des zweiten Flip-Flops 87 eine binäre "0" während der leitenden Periode auftritt, so dass der Flip-Flop 45 nicht rückgesetzt wird. Der Übergang von der Sperrspannung in die Durchlassspannung führt dazu, dass am Ausgang des Durchlasspannungsdetektor 43 eine binäre "1" auftritt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Zündimpuls erzeugt und zündet die Thyristoren 11 bis 1n. Oder anders ausgedrückt, auch dann, wenn während des Zeitraumes, in dem die Stromventilzweige leiten sollen, eine Stromunterbrechung auftritt und über den Zweigen eine Sperrspannung anliegt, wird ein Zündimpuls erzeugt, der die Thyristoren zündet, und zwar unabhängig von der Länge des Zeitraumes, in dem die Sperrspannung auftritt, d. h. unabhängig davon, ob die am Thyristor auftretende Spannung den in Fig. 6 ausgezogenen Spannungsverlauf oder den gestrichelt dargestellten Spannungsverlauf aufweist. Die übrige Arbeitsweise der Schaltung soll hier nicht • nochmals wiederholt v/erden, da sie der Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles entspricht.

In den Fig. 7 bis 9 sind Beispiele dargestellt, wie die in den Fig. 1 und .5 gezeigten erfindungsgemässen Ausführungsformen eingesetzt und verwendet werden können.

In Fig. 7-sind Steuerschaltungen 200, lichtemittierende Elemente 201 bis 2On und Lichtleiter 211 bis 21n für die Lichtleitung dargestellt. Ein Schaltungjsteil 220 besitzt einen oder mehrere, in Reihe geschaltete Thyristoren als Einheit, sowie eine Gleichstromquelle 221, ein photoempfindliches Element 222, einen Widerstand 223, einen Transistor 224 und einen Impulstransformator 49'. Drei in Reihe geschaltete, jeweils aus Kondensator und Widerstand 31 und 21, 32 und 22 und 33 und 23 bestehende Schaltungsglieder sind jeweils mit den Thyristoren 11 bis 13 verbunden, um die an die Thyristoren angelegte Spannung aufzu-

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teilen. In Fig. 7 bewirkt das von der Differentierstufe 48 bereitgestellte Ausgangssignal, dass durch die lichtemittierenden Elemente 201 bis 2On ein Stx'om fliessen, so dass Licht emittiert wird, das dann übex^ die Lichtleiter 221 bis 21n den

jeweiligen Schaltungsteilen zugeleitet wird. Das vom lichtemittierenden Element 202 ausgesendete Licht wird dem ßchaltungsteil 220 über den Lichtleiter 212 zugeleitet und beeinflusst das photoempfindliche Element 222, dessen Ausgangssignal vom Transistor 224 verstärkt \ri_rd und am Ausgang- der Sekundärwicklung des Impulstransformators 49' auftritt. Das Aus gang s signal des Transformatox" 49' wird den Thyristoren 11 bis 13 zugeleitet und zündet diese.

Zusammengefasst und mit anderen Worten ausgedrückt, alle Schaltungsteile, die zum Bereitstellen des Zündimpulses erforderlich sind, sind in der Schaltungseinheit 200 zusammengefasst, wogegen die Impulsverstärkerschaltung jeweils in den Schaltungsteilen 220 vorgesehen sind.

Die Torimpulse müssen allen Thyristoren so übertragen werden, d'ass das Stromventil automatisch von der Impulserzeugerschaltung isoliert wird. Da die Versorgungsquelle für die Torimpulse bei diesem Ausführungsbeispiel in jedem Schaltungsteil, bzw. in jedem Zweig vorgesehen ist, v/eist diese Ausführungsform den Vorteil auf, dass Einrichtungen, beispielsweise Lichtleiter, die Impulse mit grosser Leistung nicht direkt übertragen können, verwendet werden können.

In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der jeder Zweig 220' einen Durch]a3spannungsdetektor 43', einen Impulsverstärker 225 und ein UND-Glied 47' enthält, das als Eingangssignal das Ausgangssignal des Durchlasspannungsdetektors 43' und als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal des Flip-Flops 45' zugeleitet erhält. In Fig.. 8 besteht der Durchlasspannungsdetektor 43' aus einer Diode 226, einer Zener-Diode 227» die die Spannung abschneidet, die über einem vorgegebenen Wert liegt, und Widerständen 228, 229· Eine über den vorgegebenen Wert liegende Durchiasspannung wird durch die Zener-Diode

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227 abgeschnitten. Das UND-Glied 47' erhält also nur die Durchlasspannimg an einem ihrer Eingänge zugeleitet, weil die Sperrspannung durch die Diode 226 kurzgeschlossen wird.

In der Schaltungseinheit 200' sind der Flip-Plop 45' und die lichtemittierenden Dioden, die die durch sie hindurc-hfIiessenden Ströme in Licht umsetzen, angeordnet.

Im allgemeinen gilt, dass dann, wenn der Durchiasspannungsdetektor mit einem bestimmten Thyristor, der einem kleinen Ladungsträgerrest aufweist und aus den das Thyristor-Stromventil gebildeten Thyristoren ausgewählt wurde, verbunden ist, die Streuung des Unterschiedes zwischen dein Ladungsträgerrest dieses speziellen Thyristors und dem Ladimgsträgerrest der übrigen Thyristoren gross wird. Bei dem erfindungsgemässen Ausführung;:;-beispiel kann die Differenz des Ladungsträgerrestes jedoch klein gehalten werden, v/eil der Thyristor mit einem kleinen Ladungsträgerrest aus den Thyristoren jedes Zweiges ausgewählt wird und der. Durchlasspannungsdetektor 4-3' mit diesem auf diese Weise ausgewählten Thyristor in jedem Zweig verbunden wird. Daher kann eine kleinere Durchlasspannung an die anderen Thyristoren angelegt v/erden, wenn die Durchlas spannung von den ausgewähltem Thyristor festgestellt wird, um das Thyristor-Stromventil durch den Torimpuls zu zünden. Darüberhinaus kann die Isolierung auch relativ einfach sein, weil die abzugreifende . Durchiasspannung gleich dem Potential des Zweiges 220' ist.

In Pig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Steuerschaltung 44- als Einheit ausgebildet ist und die Schaltungen, die zur "Übertragung des Impulses von der Steuerschaltung 44- zu den Thyristoren 11 bis 13 erforderlich sind, in dem jeweiligen Zweig 220" enthalten sind.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung, bei der für jedes Stromventil ein Durchlasspannungsdetektor und ein Sperrspannungsdetektor vorgesehen sind, ist die Isolation wegen des Aufbaus des Stromventiles, -um die Ausgangssignale anderen Schaltungen zu

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übertragen, schwierig. Es kann jedoch eine einfache Isolation bei den vorliegenden Ausführungsbeispiel gewählt werden, weil der Durchlasspannungsdetektor 4-3' und der Sperrspannungsdetektor 4-2' jeweils in den einzelnen Zweigen 220" vorgesehen sind.

Wie zuvor beschrieben, enthält die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung eine Beurteilungs-Schaltung, um festzustellen, ob das Torsignal an das Thyristorstromventil angelegt werden soll oder nicht, einen Durchlasspannungsdetektor, der die an wenigstens einem der Thyristoren des Thyristorventiles auftretende Durchlasspannung ermittelt, und ein UND-Glied, das nur dann ein Ausgangssignal bereitstellt, wenn die UKD-Bedingung zwischen den jeweiligen Ausgangssignalen der Beurteilungsschaltung und dem Durchlasspannungsdetektor erfüllt ist, so dass in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des TJiTD-GIiedes ein schmales Torsignal an jedem Thyristor des Thyristor-Stromventiles gelegt werden kann. Auf diese Weise ist es gemäss der vorliegenden Erfindung möglich, eine Torsteuerschaltung für ein Thyristor-Stromventil zu schaffen, die schmale Torsignale erzeugt, so dass das Thyristor-Stromventil auch dann sicher und genau gesteuert werden kann, wenn die Thyristoren des Thyristor-Stromventiles unterschiedliche und ungleiche Kennlinien und Kennwerte aufweisen.

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Claims

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P at en t an sp rü ch e

Λ. J Torsteuerschaltung für Thyristor-Schaltungsanordnungen, insbesondere für Thyristor-Stromventile, mit mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Thyristoren, gekennzeichnet durch einen ersten Schaltungsteil (46), der beurteilt, ob ein Torsignal an jeden Thyristor (11 bis 1n) der Thyristorschaltung angelegt werden soll, einen zweiten Schaltungsteil (43), der die an wenigstens einem der Thyristoren (11 bis 1n) in der Thyristorschaltung liegende Durchiasspannung ermittelt und ein UND-Glied (47), das dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn eine UND-Bedingung zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Schaltungsteils (46, 43) erfüllt ist, sowie einen Impulsverstärker (49), der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des UND-Gliedes (47) ein schmales Torsignal jedem Thyristor (11 bis 1n) der Thyristorschaltung bereitstellt.

2. Torsteuerschaltung für Thyristor-Schaltungsanordnungen, insbesondere für ein Thyristor-Stromventil mit mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Thyristoren, an die in Abhängigkeit eines von einer Steuerschaltung kommenden Befehls ein schmales Torsignal angelegt wird, gekennzeichnet durch ein drittes Schaltungsteil (45), das das Anlegen des Befehles von der Steuerschaltung (44:) speichert, einen vierten Schaltungsteil (42), der die Sperrspannung an wenigstens einem Thyristor (11-1n) der Thyristorschaltung ermittelt, einen ersten Schaltungsteil (46), der den dritten Schaltungsteil (45) rücksetzt, wenn er feststellt, dass das Ausgangssignal des vierten Schaltungsteiles (42) langer als ein vorgegebener Zeitraum (T_Q) andauert, einen zweiten Schaltungsteil (43), der die Durchlasspannung an wenigstens einem Thyristor (11 bis 1n) in der Thyristorschaltung ermittelt, ein UND-Glied (47), das dann ein Ausgangssignal bereitstellt, wenn die UND-Bedingung zv/isehen

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den Ausgangssignalen des dritten Schaltungsteils (45) und des zweiten Schaltungsteils (43) erfüllt ist und einen Impulsverstärker (49), der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des UND-Gliedes (47) jedem Thyristor (11- bis 1n) der Thyristorschaltung das schmale Torsignal bereitstellt.

3· Torsteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aweite Schaltungsteil'(43) eine Spannung an wenigstens einem ausgewählten Thyristor (11-1n) mit kleinem Ladungsträgerrest misst.

4. Tor steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaltungsteil (43) die Spannung an dem ausgewählten Thyristor (11 bis 1n) mit kleinstem Ladungsträgerrest misst.

5· Torsteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Schaltungsteil (42) die Spannung an wenigstens einem ausgewählten Thyristor (11 bis 1n) mit grossem Ladungsträgerrest misst.

6. Torsteuerschaltung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Schaltungsteil (42) die Spannung an dem Thyristor (11 bis 1n) mit dem grössten Ladungsträgerrest misst.

7. Torsteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Thyristor (1"⁵I bis 1n) mit grossem Ladungsträgerrest in der Thyristorschaltung an einer Stelle relativ hoher Temperatur und der ausgewählte Thyristor (11 bis 1n) mit kleinem Ladungsträgerrest in der Thyristorschaltung an einer Stelle mit relativ niederer Temperatur angeordnet ist.

8. Tor steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Thyristoren (11 bis 1n)

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der Thyristorschaltung in Gruppen (220') aufgeteilt sind und der zweite Schaltungsteil (43* ) in jeder Gruppe (220') vorgesehen ist (Ifig. 8).

9· Torsteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Thyristoren (11 bis 1n) der Thyristorschaltung in Gruppen (220") aufgeteilt sind und der vierte Schaltungsteil (42') in jeder Gruppe (220") ■vorgesehen ist (Fig. 9)·

10. Torsteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsteil (46) eine Zeitsteuerstufe, die feststellt, wenn das vom vierten Schaltungsteil (42) bereitgestellte Ausgangssignal länger als ein vorgegebener Zeitraum (T ) andauert und ein Auegangssignal erzeugt, das zweite Schaltungsteil (4J) ein Durchlasspannungs-Detektor, das dritte Schaltungeteil (45) ein erster Speicher und das vierte Schaltungsteil (42) ein Sperrspannungsdetektor ist.

11. Torsteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Sperrschaltung (87, 88), die verhindert, dass das'Ausgangssignal von der Zeitsteuerstufe (46) im ersten Speicher (45) übertragen wird, um es während des Zeitraumes rückzusetzen, während dem die Thyristorschal tung leiten soll.

12. Torsteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschaltung (87, 88) •einen zweiten Speicher (87) enthält, der ein ihm von der Steuerschaltung (44) zugeleitetes Signal speichert, das .dann erzeugt wird, wenn die Thyristorschaltung vom leitenden Zustand in den nicht leitenden Zustand übergeht, und ein zweites UND-Glied (88) umfasst, das das Ausgangssignal der Zeitsteuerstufe (46) dem ersten Speicher (45) dann überträgt, wenn die TJND-Bedingung zwischen den Ausgangs-

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des zweiten Speichers (87) und der Znitsteuerechaltun;; (4G) erfüllt ißt.

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