DE2614607C3

DE2614607C3 - Steuereinrichtung für ein Thyristor-Stromrichterventil

Info

Publication number: DE2614607C3
Application number: DE2614607A
Authority: DE
Inventors: Fumio Hitachi Ogata; Atsumi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-04-07
Filing date: 1976-04-05
Publication date: 1988-09-29
Also published as: CA1063672A; DE2614607B2; JPS5333459B2; SE7604032L; DE2614607A1; US4100434A; SE431383B; JPS51116663A

Description

to Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein Thyristor-Stromrichterventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der DE-OS 23 28 771 bekannten Art.

Bei der bekannten Steuereinrichtung werden verhält-

is nismäßig schmale Zündimpulse zur Ansteuerung der Thyristoren verwendet, wodurch die hohen Leistungsverluste bei Verwendung verhältnismäßig breiter Zündimpuise vermieden werden. Bei der bekannten Steuerschaltung wird das zum Zünden jedes Thyristors erforderüche Signa! nur zu Beginn des Zeitraumes angelegt, in dem der Thyristor leiten soll. Der Strom hört jedoch während des Zeitraumes, währenddessen der Thyristor leitend wird, auf zu fließen, wenn während der Zeit, während der der Thyristor leiten soll, an den Thyristor eine Sperrspannung angelegt wird, oder wenn der Zeitraum, währenddessen die Sperrspannung anliegt, länger ist als die Zeit, die erforderlich ist, um alle Thyristoren in den nichtleitenden Zustand zu bringen. Wenn der Zeitraum, währenddessen die Sperrspannung anliegt, jedoch kürzer ist als die Ausschaltzeit eines der das Thyristor-Stromrichterventil bildenden Thyristoren, dann wird der Thyristor oder werden die Thyristoren, deren Ausschaltzeit kürzer als der Zeitraum ist, währenddessen die Sperrspannung anliegt, in den nichtleitenden Zustand versetzt und bleiben in diesem Zustand, wenn danach eine Durchlaßspannung angelegt wird. Der bzw. die Thyristoren können nicht in den nichtleitenden Zustand übergehen, sondere bleiben im leitenden Zustand, wenn dann die Durchlaßspannung angelegt wird. Aus diesem Grunde liegt nur am leitenden bzw. den leitenden Thyristoren der in Reihe geschalteten Thyristoren eine Spannung an und es kann gegebenenfalls an einem Thyristor die gesamte Spannung anliegen, so daß dieser zerstört wird. Sind die Thyristören parallel geschaltet, so fließt ein entsprechend großer Strom nur zu dem Thyristor, der sich nicht im leitenden Zustand befindet. Dieser Thyristor bleibt dann leitend, so daß die Gefahr groß ist, daß der Thyristor, der nicht in den nichtleitenden Zustand versetzt werden kann, zerstört wird.

Der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Steuervorrichtung ohne Beeinträchtigung der Sicherheit zu vereinfachen.

Da bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung die Sperrspannungsperiode an einem Thyristor mit vergleichsweise großem Ladungsträgerrest, insbesondere an dem Thyristor mit dem größten Ladungsträgerrest erfaßt wird, sind bereits sämtliche Thyristoren ausge-

Mi schaltet, wenn die erfaßte Sperrspannung über eine vorbestimmte Zeitdauer hinaus ansteht. Da andererseits die Durchlaßspannung an einem Thyristor mit vergleichsweise kleinem Ladungstragerrest, insbesondere an dem Thyristor mit dem kleinsten Ladungsträgerrest erfaßt wird, liegt an allen restlichen Thyristoren die Durchlaßspannung an, wenn diese an dem Thyristor mit dem kleinsten Ladungsträgerrest festgestellt wird. Somit läßt sich die Gefahr ausschließen, daß an einem

oder an mehreren Thyristoren eine zu hohe Spannung anliegt.

Da ferner die Durchlaß- und die Sperrspannung jeweils nur an einem Thyristor gemessen werden, braucht der Spannungsdetektor keine hohe Spannungsfestigkeit zu haben. Darüber hinaus läßt sich die Anzahl der Spannungsdetektoren vermindern.

Darüber hinaus kann kein Thyristor während der Leitungsperiode in den nichtleitenden Zustand gebracht werden, weil der Zündimpuls zwangsweise bereitgestellt wird, wenn an allen Thyristoren die Spannung in Durchlaßrichtung anliegt. Weiterhin können die Durchlaß- und Sperrspannungen an den jeweiligen Thyristoren leicht gemessen und ermittelt werden, weil die Durchlaß- und Sperrspannung an einem speziell ausgewählten Thyristor ermittelt wird. Dies ermöglicht eine Steuereinrichtung durch die die Thyristoren auf sichere, stabile Weise gesteuert werden können.

Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist es weiter !eicht möglich, festzustellen, ob die Durchlaßspannung an allen Thyristoren eines Thyristor-Stroniventils anliegt.

Ferner ist es möglich festzustellen, ob der Zeitraum, währenddessen die Sperrspannungen an allen Thyristoren anliegt, länger als eine vorgegebene Zeitspanne ist.

Ausführungsformen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtungen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für Thyristor-Stromrichterventiie,

Fig. 2 die im Zusammenhang mit der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung auftretenden Signalverläufe,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des in Fig. i dargestellten Thyristor-Stromrichterventils,

Fig. 4 einen Dreiphasen-Wechselrichter,

Fig. 5 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, insbes. für den Wechselrichter nach Fig. 4,

Fig. 6 Signalverläufe, die bei der in Fig. i> dargestellten Schaltung auftreten,

Fig. 7 eine dritte Ausführung der Steuereinrichtung,

Fig. 8 eine vierte Ausführung de" Steuereinrichtung und

Fig. 9 eine fünfte Ausführung der Zündbefehlsgeber.

In Fig. 1 ist das Schaltungsbild einer Steuereinrichtung für ein Thyristor-Stromrichterventil dargestellt.

Die Schaltungsanordnung weist Thyristoren 11 bis In, Anschlüsse 40 und 41 des Thyristor-Stromrichterventils, Widerstände 21 bis In und Kondensatoren 31 bis in auf, wobei die Widerstände und Kondensatoren dazu dienen, die geteilte Spannung für jeden Thyristor gleich zu machen. Es sei angenommen, daß der Thyristor 11 dieser Thyristoren 11 bis Im einen größten Wert an verbleibenden, gespeicherten Ladungsträgern (Qr) und der Thyristor 12 einen kleinsten Wert an verbleibenden, gespeicherten Ladungsträgern besitzt. Ein Sperrspannüngsdetektöf 42 und ein Durehlaßspannungsdetektor 43 erzeugen jeweils während eines Zeitraumes Ausgangssignale, währenddem eine Sperrspannung bzw. eine Durchlaßspannung an dem jeweiligen Thyristor auftritt. Ein Zündbefehlsgeber 44 stellt immer dann einen Zündimpuls bereit, wenn das Thyristor Stromrichierventil gezündet werden soll. Ein erstes Flip-Flop 45 wird von dem von dem Zündbefehlsgeber 44 kommenden Zündimpuls gesetzt und von einem Ausgangssignal einer nachfolgend noch zu beschreibenden, aus einer Zeitsteuerstufe bestehenden Rücksetzeinrichtung 46 rückgesetzt. Die Zeitsteuerstufe 46 stellt ein Ausgangssignal zum Rücksetzen des Flip-Flops 45 bereit, wenn die Dauer des Ausgangssignals des Sperrspannungsdetektors 42 eine vorgegebene Zeitspanne T₀ übersteigt. Ein erstes UND-Glied 47 stellt ein Ausgangssignal bereit, wenn der Durehlaßspannungsdetektor 43 und das Flip-Flop 45 gleichzeitig Ausgangssignale

&iacgr;&ogr; erzeugen. Eine Differenzierstufe 48 erzeugt einen Impuls an der Anstiegsflanke des vom UND-Glied 47 bereitgestellten Signals. Ein Impulsverstärker 49 verstärkt den von der Differenzierstufe 48 erzeugten Impuls und legt einen Zünd- oder Torimpuls über einen Impulstransformator 50 allen Thyristoren an.

Anhand der in Fig. 2 dargestellten Signalverläufe soll die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform beschrieben werden.
Das Flip-Flop 45 wird gesetzt, wenn das Zündsignal vom Zündbefehlsgeber 44 bereitgeujllt wird. Gleichzeitig erhalten die Thyristoren 11 bis In (Le Spannung in Vorwärtsrichtung angelegt. Die UND-Bedingung wird befriedigt, wenn am Ausgang des Flip-Flops 45 und des Durchlaßspannungsdetektors 43 Signale auftreten.

Daher tritt am Ausgang des UND-Gliedes 47 ein Signal auf, so daß ein Torsignal erzeugt wird, welches alle Thyristoren des Thyristor-Stromrichterventils zündet. Daher bricht die über den Thyristoren 11 bis In anliegende Spannung in Vorwärtsrii/htung zusammen, und am Ausgang des Durchlaßspannungsdetektors 43 tritt kein Signal mehr auf. Dem Th\ ristor-Stromventil wird

, Sperrspannung angelegt, wenn der Zeitraum, in dem das Thyristor-Stromrichterventil leitet, beendet ist. Der Strom geht von einem Thyristo&igr;-Stromrichterventil auf einen anderen Zweig des Stromrichters über und die restlichen gespeicherten Ladungsträger au den jeweiligen Thyristoren 11 bis In verschwinden. In Fig. 2 ist die Spannung am Thyristor 11, der einen maximale« Wert für die restlichen gespeicherten Ladungsträger annimmt, mit Vl und die Spat nung am Thyristor 12, der den kleinsten Wert der rostlichen gespeicherten Ladungsträger aufweist, mit Vl bezeichnet. Die jeweilige Spannung der übrigen Thyristoren 13 bis l/i liegt zwischen diesen Spannungen Vl und Vl. Der Zeitraum, in dem die Rückwärtssp;:nnung am Thyristor 11 anliegt, der von den übrigen Thyristoren der letzte ist, reicht normalerweise aus, die Thyristoren 11 bis In in den nichtleitenden Zustand zu versetzen, so daß die Vorwärtsspannung, die an das Thyristor-Stromrichterventil nach Ende des Zeitraumes der Rückwärtsspannung angelegt wird, unter den jeweiligen Thyristoren gleichmäßig aufgeteilt wird. Dabei wird das Flip-Flop 45 na~h Verstreichen des Zeitraumes T₀ rückgesetzt. Die Zeitsteuerstufe 46 stellt jedoch kein Ausgangssignal bereit, wenn die Sperrspannung so klein ist, daß sich die Spannungen Vl und Vl in der in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Weise ändern, un>l wenn dann die Dauer des vom Sperrepannungsdetektor 42 bereitgestellten Ausgangssignals kürzer ist als der Zeitraum T₀. Daher wird das Flip=Flop 45 nicht zurückgesetzt, so daß am UND-Glied 47 ein Ausgangssignal auftrit·, Jas alle Thyristoren mit dem Zündsignal versorgt und das Thyristor-Stromrichterventil zu einem Zeitpunkt wieder in den leitenden Zustand versetzt, wenn die Spannung Vl auf die Durchlaßspannung ansteigt.

Der Zeitraum 7",, der Zeitsteuerstufe 46 wird etwas größer gewählt als der größte Wert der jeweiligen Zeiträume, in denen die Thyristoren 11 bis l/i nichtleitend

sind. Der Nachteil, daß der Zündimpuls dem Thyristor-Stromrichterventil sofort nach Ausschalten nur einiger der Thyristoren 11 bis In angelegt wird, so daß eine zusätzliche Spannung an die ausgeschalteten Thyristoren angelegt werden muß, kann bei einer solchen, zuvor beschriebenen Schaltung verhindert werden, bei der der Zündimpuls nochmals zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn die Dauer des &Lgr; isgangssignals vom Sperrspanmingsdetektor 42 kürzer ist als der von der Zeitsteuersiufe 46 festgelegte Zeitraum 7'_n, der in der zuvor to beschriebenen Weise ausgewählt wurde, und zwar im Hinblick darauf, daß die am Thyristor 11 anliegende Sperrspannung von kürzester Dauer ist, bezogen auf die übrigen Thyristoren. Dies ist ohne weiteres deshalb verständlieh, weil alle Thyristoren 11 bis 1« wieder in i; den leitenden Zustand versetzt werden, wenn die Dauer des vom Sperrspannungsdctektor 42 bereitgestellten Signals kürzer als der Zeitraum T_n ist, wogegen die Thyristoren 11 bis In in den nichtleitenden Zustand versetzt werden, wenn die Dauer des vom Sperrspannungsdetektor 42 bereitgestellten Signals länger als der Zeitraum T_n ist, weil die jeweilige Dauer der Sperrspannung, die an die anderen Thyristoren 12 bis In angelegt werden, länger ist als der Zeitraum '/'&ldquor;, der andererseits länger ist als der Maximalwert der jeweiligen Ausschaltdauer. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Torimpuls erzeugt, wenn die über dem Thyristor 12 liegende Spannung Vl die Durchlaßspannung erreicht. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die an den Thyristoren 11 und 13 bis In, nicht aber am Thyristor 12 anliegenden Spannungen den Durchlaß-Spannungswert an, weil sie über der über dem Thyristor 12 liegenden Spannung Vl liegen. Dadurch wird sichergestellt, daß alle Thyristoren 11 bis In gezündet werden. Es sei angemerkt, daß zum zuvor erwähnten Zündzeitpunkt dem Thyristor 11 mit den meisien. restlichen, gespeicherten Ladungsträgern eine Durchlaßspannung angelegt wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wobei der Wert dieser Durchlaßspannung jedoch so klein ist, daß er hinsichtlich der Unregelmäßigkeiten der restlich gespeicherten Ladungsträger in den Thyristoren 11 bis In im Vergleich zu der Durchlaß-Stehspannung der Thyristoren vernachlässigbar ist.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist es möglich, das Thyristor-Stromrichterventil durch schmale Zündimpulse 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 Steuereinrichtung geschaffen werden, weil nicht so viel Leistung wie bei den Systemen mit breiten Zündimpulsen 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 Durchlaßspannungsdektor 43 mit dem Thyristor mit dem kleinsten Wert für die restlich gespeicherten Ladungsträger verbunden. Die Detektoren 42 und 43 können jedoch auch mit einem der Thyristoren mit vergleichsweise großen und kleinen Werten für die restlichen, gespeicherten Ladungsträger verbunden sein. d. h. es ist nicht unbedingt 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.

An sich sollten alle Thyristoren an Durchkißspannungsdetektoren und Sperrspannungsdetcktoren angeschlossen werden. Eine derartige Schaltung wäre jedoch recht teuer.

Die restlichen, gespeicherten Ladungsträger hangen bei den Thyristoren von der Tmperatur ab. Daher muß beim Aufbau des Thyristor-Stromrichterventils darauf geachtet werden, an welche Thyristoren die Durchlaßspannungsdetektoren und die Sperrspannungsdclckloren angeschlossen werden.

In Fig. 3 ist beispielsweise ein Aufbau der Schaltungsanordnung eines Thyristor-Stromrichterventils dargestellt. In dieser Schaltungsanordnung sind mehrere in Reihe geschaltete Thyristoren 111 bis In 3. welch« jeweils in Zeilengruppen 51 bis 5/i 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 5i bis Sn 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 111 bis l/i 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-Stromrichterventil ve^rsehen.

Das kühlmedium wird mittels des Ventilators 61 umgewälzt und strömt entsprechend den in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Linien durch das Thyristor-Stromrichterventil. Die Temperatur im Thyristor-Stromrichterventil ist in der Nähe 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 letztgenannten 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 Nähe des Ventilators 61 und den Thyristor mit dem kleinsten Ladungsträgerrest vom Ventilator 61 entfernt anzuordnen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Absolutwerte der Ladungsträgerreste bei den Thyristoren umzukehren, derart, daß der kleinere Ladungsträgerrest eines Thyristors größer wird und umgekehrt. Ersichtlich ist es also nicht möglich, die Durchlaßspannung 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 Durchlaßspannung abgegriffen wird, an einer Stelle niederer Temperatur und der Thyristor In 1 mit großem Ladungsträgerrest als Element, an dem die Sperrspannung abgegriffen wird, an einer Stelle hoher Temperaturen 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 Durchlaßspannung an den Thyristor 111 gelegt wird. Die Diode 63 verhindert, daß die Sperrspannung an der lichtemittierenden Diode auftritt und ein Widerstand 64 begrenzt den durch die lichtemittierende Diode fließenden Strom. Eine lichtemittierende Diode 65 liegt zwischen der Anode und der Kathode des Thyristors In 1 mit einem großen Ladungsträgerrest, die Licht emittiert, wenn an den Thyristor In 1 eine Sperrspannung anliegt. Die Diode 66 verhindert, daß die Durchlaßspannung an

der lichtemittierende!! Diode 65 auftritt und ein Widerstund 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 Versorg.'.;igsi|uelle 72 und mit Widerständen 73 bzw. 74 in Verbindung. An den Widerständen 73 und 74 können über die Anschlüsse 75 und 76 die Signale, die dem den Phototransistoren 70 und 71 überlragentn 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 Durchlaßspannung auftritt und die lichtemittierende Diode 62 Licht aussendet. In entsprechender Weise tritt an der Klemme 76 eine Spannung auf, wenn am Thyri-

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sichergestellt, daß der Ladungsträgerrest beim Thyristor 111 kleiner ist als bei der anderen Thyristoren, und das der Ladungsträgerrest beim Thyristor In 3 größer ist als bei irgendeinem anderen Thyristor, und zwar auch dann, wenn Strom durch die Thyristoren 111 bis l/i 3 fließt, wodurch die Temperatur ansteigt. Dadurch arbeitet die Torsteuerschaltung zufriedenstellend und es wird verhindert, daß das Thyristor-Stromrichterventil ausfällt oder zerstört wird.

Fig. 4 zeigt einen Wechselrichter, der dreiphasige Wechselstrom-Ausgangsgrößen erzeugt. Die Thyristor-Stro.-.richterventile 81 bis 86 sind mit der Gleichstromquelle 80 in einer Brückenschaltung verbunden. Jedes Thyristor-Stromrichterventil 81 bis 86 besteht aus der Reihenschaltur.g mehrere Thyristoren. Bei dem auf diese Weise geschalteten Wechselrichter ist die Periode, während der ein Thyristor-Stromrichterventil leitet, 120°, gemessen entsprechend dem Phasenwinkel des Wechselstrom-Ausgangssignals.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Erfindung im Zusammenhang mit dem in Fig. 4 dargestellten Wechselrichter verwendet wird. Die Schaltung von Fig. 5 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Schaltung darin, daß ein zweites Flip-Flop 87 hinter dem Zündbefehlsgeber 44 vorgesehen ist, das dem Flip-Flop 45 über ein UND-Glied 88 ein Rücksetzsignal liefert, wenn am Ausgang des zweiten Flip-Flops 87 und am Ausgang der Zeitsteuerstufe 46 ein Signal auftritt. Die übrige Schaltung soll hier nicht nochmals beschrieben werden, da es bereits anhand von Fig. 1 geschehen ist.

Anhand von Fig. 6 soll die Arbeitsweise der in Fig. 5 dargestellten Schaltung beschrieben werden. Das zweite Flip-Flop 87 wird in Abhängigkeit eines Zündimpulses P₁ an einem Zweig gesetzt und in Abhängigkeit eines um 120 verzögerten Impulses P₂ rückgesetzt. Das Flip-Flop 45 wird ebenfalls durch den Zündimpuls P₁ gesetzt. Wenn der Strom während dieses Zeitraumes (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 T₀ übersteigt. Das zweite UND-Glied 88 wird jedoch angesteuert, weil am Ausgang Q des weiteren Flip-Flops 87 eine binäre 0 während der leitenden Periode auftritt, so daß das Flip-Flop 45 nicht zurückgesetzt wird. Der Übergang von der Sperrspannung in die Durchlaßspannung führt dazu, daß am Ausgang des Durchlaßspannungsdetektors 43 eine binäre 1 auftritt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Zündimpuls erzeugt und zündet die Thyristoren 11 bis l/i. Oder anders ausgedrückt, auch dann, wenn wahrend des Zeitraumes, in dem die Stromrichterventilzweige leiten sollen, eine Stromunterbrechung auftritt und über den Zweigen

s 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 ausgezo-

H) genen Spannungsverlauf oder den gestrichelt dargestellten Spannungsverlauf aufweist. Die übrige Arbeitsweise der Schaltung soll hier nicht nochmals wiederholt werden, da sie der Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles entspricht.

is In den Fig. 7 bis 9 sind Beispiele dargestellt, wie die in den Fig. 1 und 5 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen eingesetzt und verwendet werden kön-

In Fig. 7 sind Steuerschaltungen 200, lichtemittie-

:it rende Elemente 201 bis 20n und Lichtleiter 211 bis 21/i für die Lichtleitung dargestellt. Ein Schaltungsteil 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 Thyristören angelegte Spannung aufzuteilen. In Fig. 7 bewirkt das von der Differenzierstufe 48 bereitgestellte Ausgangssignal daß durch die lichtemittierenden Elemente 201 bis 20« ein Strom fließt, so daß Licht emittiert wird, das dann über die Lichtleiter 211 bis 21« den jeweiligen Schaltungsteilen zugeleitet wird. Das vom lichtemittierenden Element 202 ausgesendete Licht wird dem Schaltungsteil 220 über den Lichtleiter 212 zugeleitet und beeinflußt das photoempflindliche Element 222, dessen Ausgangssignal vom Transistor 224 verstärkt wird und am Ausgang der Sekundärwicklung des Impulstransformators 49' auftritt. Das Ausgangssignal des Transformators 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, daß das Stromrichterventil automatisch von der Impulserzeugerschaitung isoliert wird. Da die Versorgungsquelle für die Torimpulse bei diesem Ausführungsbeispiel in jedem Schaltungsteil, bzw. in jedem Zweig vorgesehen ist, weist 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 Durchlaßspannungsdetektor 43', einen Transistor 224 und ein UND-Glied 47' enthält, das als Eingangssignal das Ausgangssignal des Durchlaßspannungsdetektors 43' und als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal des Flip-Flops 45' zugeleitet erhält. In Fig. 8 besteht der Durchiaßspannungsdetektor 43' aus einer Diode 226 einer Zener-Diode 227, die die Spannung abschneidet, die über einem vorgegebenen Wert liegt, und Widerständen 228,

&iacgr;&ogr;

229. Eine über den vorgegebenen Wert liegende Durch- —

laßspannung wird durch" die Zener-Diode 227 abge- Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

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

In der Schaltungseinheit 220' sind das Flip-Flop 45' und die lichtemittierenden Dioden 201 bis 20«, die die durch sie hindurchfließenden Ströme in Licht umsetzen, angeordnet. i«

Im allgemeinen gilt, daß dann, wenn der Durchlaßspannungsdetektor 43' mit einem bestimmten Thyristor, der einen kleinen Ladungsträgerrest aufweist und aus den das Thyristor-Stromventil gebildeten Thyristoren ausgewählt wurde, verbunden ist, die Streuung des !5 Unterschiedes zwischen dem Ladungsträgerrest dieses speziellen Thyristors und dem Ladungsträgerrest der ü'uiigcii Thyristoren groß Wird. Bei dem crfjr.durigsgc mäßen Ausführungsbeispiel kann die Differenz der Ladungsträgerreste jedoch klein gehalten werden, weil der Thyristor mit einem kleinen Ladungsträgerrest aus den Thyristoren jedes Zweiges ausgewählt wird und der Durchlaßspannungsdetektor 43' mit diesem auf diese Weise ausgewählten Thyristor in jedem Zweig verbunden wird. Daher kann eine kleinere Durchlaßspannung an die anderen Thyristoren angelegt werden, wenn die Durchlaßspannung von den ausgewählten Thyristor festgestellt wird, um das Thyristor-Stromventil durch den Torimpuls zu zünden. Darüber hinaus kann die Isolierung auch relativ einfach sein, weil die abzugreifende Durchlaßspannung gleich dem Potential des Zweiges 220' ist.

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

Bei einer solchen Schaltungsanordnung, bei der für jedes Stromrichterventil ein Durchlaßspannungsdetektor und ein Sperrspannuiigsdetektor vorgesehen sind, ist die Isolation wegen des Aufbaus des Stromrichterventils, um die Ausgangssignale anderen Schaltungen zu übertragen, schwierig. Es kann jedoch eine einfache Isolation bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gewählt werden, weil der Durchlaßspannungsdetektor 43' jeweils in den einzelnen Zweigen 220" vorgesehen sind.

Wie zuvor beschrieben, enthält die erfindungsgemäße Einrichtung eine Vorrichtung, um festzustellen, ob das Zündsignal an das Thyristorstromventil angelegt werden soll oder nicht, einen Durchlaßspannungsdetektor, der die an einem der Thyristoren des Thyristorv,ntils auftretende Durchlaßspannung ermittelt, und ein UND-Glied, das nur dann ein Ausgangssignal bereitstellt, wenn die UND-Bedingung zwischen den jeweiligen Ausgangssignalen der Vorrichtung und dem Durchlaßspannungsdetektor erfüllt ist, so daß in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des UND-Gliedes ein schmales Torsignal an jedem Thyristor des Thyristor-Stromrichterventils gelegt werden kann. Auf diese Weise ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Steuereinrichtung für ein Thyristor-Stromrichterventil zu schaffen, die schmale Torsignale erzeugt, so daß das Thyristor-Stromrichterventil auch dann sicher und genau gesteuert werden kann, wenn die Thyristoren des Thyristor-Stromrichterventils unterschiedliche und ungleiche Kennlinien und Kennwerte aufweisen.

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für ein Thyristor-Stromrichterventil mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren mit einer die Durchlaßspannung der Thyristoren erfassenden Einrichtung, die bei positiver Spannung die Zündimpulse eines Zündbefehlsgebers freigibt, und mit einer die Sperrspannung der Thyristoren erfassenden Einrichtung, die eine erneute Zündung herbeiführt, wenn nicht alle Thyristoren des Stromrichterventils in den sperrenden Zustand gelangt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Durchlaßspannungsdetektor (43) einem Thyristor (12) mit vergleichsweise kleinem Ladungsträgerrest zugeordnet ist und daß ein einziger Sperrspannungsdetektor (42) einem Thyristor (11) mit vergleichsweise großem Ladungsträgerrest zugeordnet ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Flip-Flop (45) vorgesehen ist, dessen Zündeingang mit dem Zündbefehlsgeber (44) verbunden ist, daß eine Zeitsteuerstufe (46) zum Rücksetzen des ersten Flip-Flops (45) vorgesehen ist, wenn das Ausgangssignal des Sperrspannungsdetektors (42) für eine vorbestimmte Zeit (T₀) ansteht, die größer ist als die größte Zeit der jeweiligen Zeiten, in denen die Thyristoren (11 bis In) nicht leitend sind, und daß ein erstes UND-Gatter (47) ve·-gesehen ist, das eingangsseitig einerseits mit dem DurchlaRspann'.'igsdetektor (43) und andererseits mit dem ersten Flip-Flop (45) verbunden ist und das ausgangsseitig übe^r eine Differenzierstufe (48) mit einem Zündimpulsverstärker (49) verbunden ist (Fig. 1).

3. Abänderung der Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Flip-Flop (87) und ein zweites UND-Gatter (88) vorgesehen sind, derart, daß das zweite Flip-Flop (87) durch das vom Zündbefehlsgeber (44) zugeführte Zündbefehlssignal (P 1) gesetzt und durch ein Rücksetzsignal (P 2) rückgesetzt wird, das vom Zündbefehlsgeber (44), um 120" verzögert, nach dem Setzen des zweiten Flip-Flops (87) abgegeben wird, daß das zweite Flip-Flop (87) das Zündbefehlssignal (P 1) zum ersten Flip-Flop (45) zum Setzen desselben überträgt und beim Rücksetzen durch das Rücksetzsignal (P 2) ein Ausgangssignal (Q) erzeugt, das dem zweiten UND-Gatter (88) zugeführt wird und dieses durchschaltet, so daß das Ausgangssignal der Zeitsteuerstufe (46) zum Rücksetzen des ersten Flip-Flops i45) übertragen wird (Fig. 5).

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (11, In 1) mit vergleichsweise größerem Ladungsträgerrest an einer Stelle relativ hoher Temperatur und der Thyristor (12, 111) mit vergleichsweise kleinem Ladungsträgerrest an einer Stelle mit relativ niedriger Temperatur angeordnet sind.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die das Thyristor-Stromrichterventil bildenden Thyristoren in Gruppen (220') aufgeteilt sind und daß je Gruppe ein DurchlaBspannunusdetektor (43') vorgesehen ist (Fig. 8).

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die das Thyristor-Stromrichterventil bildenden Thyristoren in Gruppen (22(T) aufgeteilt sind und daß je Gruppe ein Durchlaßspannungsdetektor (43'), ein Sperrspannungsdetektor (42'), eine Zeitsteuerstufe (46'), ein Flip-Flop (45'), ein UND-Gatter (47') und eine Differenzierstufe (48') vorgesehen sind (Fig. 9).