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Einrichtung zur Zündung von Thyristoren
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zündung von
paarweise antiparallel geschalteten Thyristoren, mit einem Energiespeicher zur Lieferung
der Zündenergie der Anoden-Kathoden-Spannung, von der der Thyristor gespeist ist.
Eine derartige Zündeinrichtung für einen einzelnen Thyristor ist nach der DE-PS
24 ()8 196 bekannt. Der Energiespeicher besteht dort in einem Impulskondensator,
der von den positiven und den negativen Halbwellen der am Thyristor anliegenden
Spannung aufgeladen wird.
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Bei großen Stromflußwinkeln kann es durch Steuerungsungenauigkeiten
oder durch dynamische Störungen, bei denen sich der Phasenwinkel der Spannung ändert,
vorkommen, daß der Spannungswert oder die Zeit, in welcher Spannung an dem Thyristor
anliegt, zum Aufladen des Energiespeichers nicht ausreicht und dann die Thyristoren
nicht mehr gezündet werden können. Besonders gefährdet sind in dieser Hinsicht Wechselstromstellerschaltungen,
wenn sie mit einem Zündwinkel in der Nähe von 900 betrieben werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Einrichtung der eingangs genannten
Art eine ausreichende Zündenergie für die Thyristoren sicherzustellen. Gelöst wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Grundgedanke
der Erfindung ist es also, bei Bedarf die Zündung der Thyristoren um die zu einer
sicheren Aufladung erforderliche Zeit zu verzögern.
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Die Erfindung samt einer weiteren in einem Unteranspruch gekennzeichneten
Ausgestaltung soll nachstehend anhand der Figuren näher erläutert werden.
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In der Figur 1 liegt ein mit 1 und 2 bezeichnetes Paar von antiparallel
geschalteten Thyristoren in Reihe mit weiteren, nicht näher dargestellten Thyristorpaaren
an einer Wechselspannung. Von einem Steuersatz werden Zündsignale R und S geliefert,
in einer Codiereinrichtung 3 codiert, mittels eines auf Erdpotential angeordneten
foto-elektrischen Wandlers 4 in entsprechende Lichtsignale umgewandelt und über
eine potentialtrennende Lichtfaserleitung 6 zu einem auf Thyristorpotential liegenden
foto-elektrischen Wandler 5 gegeben, welcher die empfangenen optischen Signale in
entsprechende elektrische Signale umsetzt. Wie angedeutet, sind an den Ausgang der
Codiereinrichtung 3 auch noch die ZUndsignalübertragungseinrichtungen der übrigen
Thyristorpaare angeschlossen. Bei den Zündsignalen R und S soll es sich um sogenannte
Langimpulse handeln, welche vom Steuersatz zum gewünschten Zündzeitpunkt erzeugt
werden und dann bis zum Ende der Jeweiligen Spannungshalbwelle andauern. Der Ausgang
des Wandlers 5 ist mit dem Eingang einer Decodiereinrichtung 7 verbunden, welche
eine Weichenfunktion in der Weise ausübt, daß an ihrem mit e bezeichneten Ausgang
nur dann für den Thyristor 1 bestimmte Zündimpulse entstehen, wenn vom Steuersatz
das Signal R ausgegeben wird und an ihrem mit f bezeichneten Ausgang nur dann für
den Thyristor 2 bestimmte Zündimpulse auftreten, wenn der Steuersatz das Signal
S ausgibt. Die Betriebsspannung U3 der Decodiereinrichtung 7 und damit auch die
Zündenergie für die Thyristoren 1 und 2, sowie die Betriebaßpannungen der übrigen
auf Thyristorpotential liegenden Elemente der Zündeinrichtung, werden von einer
ebenfalls auf Thyristorpotential liegenden, von der Anoden-iathoden-Spannung der
Thyristoren 1 bzw. 2 gespeisten Stromversor-
gungseinrichtung 8
geliefert, welche - wie angedeutet -im wesentlichen aus einem über einen Doppelweggleichrichter
aufladbaren Speicherkondensator besteht. Eine derartige Stromversorgungseinrichtung
ist nach der DE-PS 24 OB 196 bekannt.
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Damit der Speicherkondensator der Stromversorgungseinrichtung 8 stets
in ausreichendem Maße geladen ist, soll erfindungsgemäß für eine entsprechend große
Spannungszeitfläche der Anoden-Kathoden-Spannung des Thyristorpaares 1, 2 gesorgt
werden. An einem an die Anoden-Kathoden-Spannung des Thyristorpaares 1, 2 angeschlossenem
Spannungsteiler 9, 10 wird ein Teil Ul dieser Spannung abgegriffen und den ersten
Eingängen Je eines Grenzwertmelders 11 bzw. 12 zugeführt. Der andere Eingang dieser
Grenzwertmelder ist jeweils mit einer mittels Potentiometer 13 bzw. 14 einstellbaren
Referenzspannung geeigneter Größe beaufschlagt. Diese Referenzspannungen bestimmen
die Ansprechschwellen der Grenzwertmelder 11 ünd 12. Bezeichnet man mit E die Summe
der Eingangssignale der Grenzwertmelder 11 bzw. 12, dann wird aus den in ihren Blocksymbolen
dargestellten Kennlinien deutlich, daß der Grenzwertmelder 11 dann ein Ausgangssignal
A vom Wert 1 abgibt, wenn die Spannung U1 die ihm zugeführte Referenzspannung in
positiver Richtung übersteigt und daß der Grenzwertmelder 12 dann ein Ausgangssignal
A vom Wert 1 abgibt, wenn von der Spannung. U1 die ihm zugeführte Referenzspannung
in negativer Richtung überschritten wird. Die Grenzwertmelder 11 und 12 stellen
somit eine Einrichtung dar, mit welcher das Anspringen der positiven und der negativen
Anoden-Kathoden-Spannung des Thyristorpaares 1, 2 erfaßt werden kann. Die Ausgangssignale
der Grenzwertmelder 11 und 12 beaufschlagen über ein ODER-Glied 15 den dynamischen
Eingang eines bistabilen Kippgliedes 16, welches demzufolge ein Meldesignal M abgibt,
sobald die Anoden-Kathoden-Spannung eine der beiden zuvor erwähnten
Ansprechschwellen
überschritten hat. Dieses Meldesignal gelangt über eine potentialtrennende Ubertragungseinrichtung,
bestehend aus den beiden Wandlern 17, 18 und einer Lichtfaserleitung 19 zu einem
Addierglied 20, dem außer einer konstanten Referenzspannung k noch die in analoger
Weise erzeugten Meldesignale der übrigen, mit dem Thyristorpaar 1, 2 in Reihe geschalteten
Thyristorpaare zugeführt sind. In dem Addierglied 20 wird die Summe der einzelnen
Meldesignale mit dem Referenzsignal k verglichen, dessen Größe beispielsweise so
gewählt werden kann, daß das Ausgangssignal des Addiergliedes 20 dann einen positiven
und damit ein Ansprechen des Grenzwertmelders 21 bewirkenden Wert aufweist, wenn
ein bestimmter, überwiegender Teil der in Reihe geschalteten Ehyristorpaare ein
Meldesignal M abgeben. Mit dem Ausgangssignal des Grenzwertmelders 21 wird ein monostabiles
Kippglied 22 angestoßen, welche die Kippzeit t1 aufweist. Mit den Referenzspannungen
der Grenzwertmelder 11 und 12 sowie der Kippzeit t1 des monostabilen Kippgliedes
22 läßt sich die Mindest-Spannungsfläche festlegen, mit welcher der Speicherkondensator
der Stromversorgungseinrichtung beaufschlagt wird.
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Für Betriebsfälle, in denen die Lieferung von ZUndsignalen R und S
durch den Steuersatz vor dem Auftreten des Spannungsmeldesignals M ausgeschlossen
ist, genügt es, wenn die Weitergabe dieser Signale an die Codiereinrichtung 3 nur
während der Kippzeit t1 des monostabilen Kippgliedes 22 unterbunden wird. Kann jedoch
diese zeitliche Reihenfolge nicht garantiert werden, empfiehlt sich die in Figur
1 dargestellte Verarbeitung des Ausgangssignals des monostabilen Kippgliedes 22,
welche darin besteht, daß mit der abfallenden Flanke ihres Ausgangssignals ein bistabiles
Kippglied 23 rückgesetzt wird, woraufhin mit dessem Ausgangssignal zwei UND-Gatter
24 und 25 für die Zündsignale R und S freigegeben werden und zur Ubertragung von
entsprechenden
Zündimpulsen über die Übertragungsleitung 6 zu den
Thyristoren 1 bzw. 2 fUhren. Der erste, nach Freigabe der Gatter 24 und 25 am Ausgang
der Codiereinrichtung 3 auftretende Zündimpuls stellt das Kippglied 16 zurück und
setzt das bistabile Kippglied 23, d.h. bringt letzteres in den Zustand, in welchem
sein den UND-Gattern 24 und 25 zugeführtes Ausgangssignal dieselben sperrt. Damit
ist sichergestellt, daß eine Zündung der Thyristoren 1, 2 nur dann eingeleitet werden
kann, wenn die Kippzeit des monostabilen Kippgliedes 22 abgelaufen ist, selbst wenn
die Zündsignale R und S bereits schon vor dem Anstoßen des monostabilen Kippgliedes
22 auftreten.
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Figur 2 zeigt eine einfache Realisierung der Codiereinrichtung 3 mittels
digital arbeitender Bauelemente. Die Codierung besteht darin, daß zur Zündung des
Thyristors 1 durch das Zündsignal R zwei im zeitlichen Abstand t3 aufeinanderfolgende
Impulse der Dauer t2 übertragen werden sollen und in dem Falle, daß mit dem Zündsignal
S eine Zündung des Ventils 2 bewirkt werden soll, von der Codiereinrichtung 3 zwei
Impulse der Dauer t2 mit dem zeitlichen Abstand t4 auszusenden sind.
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Es wird hierzu das Ausgangssignal a des UND-Gatters 24 einem bistabilen
Kippglied 26 zugeführt, dessen Kippzeit t2 beträgt. Die abfallende Flanke des von
ihm erzeugten Impuls es wird im Eingang eines weiteren, mit einer Verzögerung der
Dauer t3 versehenen monostabilen Kippgliedes 27 mit der Kippzeit t2 invertiert und
bewirkt, daß dieses um die Zeitdauer t3 verzögert nach Beendigung des Ausgangssignals
des monostabilen Kippgliedes 26 angestoßen wird. Die Ausgangssignale der beiden
Kippglieder 26 und 27 sind einem ODER-Glied 28 zugeführt. Wechselt also das Eingangssignal
a vom Wert Null auf den Wert 1, dann erscheint als Ausgangssignal c die im oberen
Teil der Figur 2 dargestellte Impulsfolge, während infolge der hierzu ganz analogen
Funktionsweise der beiden weiteren monostabilen Kippglieder 29 und 30
bei
einem Wechsel des Eingangssignals b von Null auf 1 als Ausgangssignal c der Codiereinrichtung
die im unteren Teil der Figur 2 wiedergegebene Impulsfolge auftritt, welche sich
dadurch von der anderen Impulsfolge unterscheidet, daß der zeitliche Abstand t4
dieser Doppelimpulse größer ist.
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Figur 3 zeigt eine einfache Decodiereinrichtung zur Gewinnung von
Impulsen zum selektiven Zünden der Thyristoren 1 oder 2 mit den codierten Zündsignalen.
Das invertierte Ausgangssignal d des Wandlers 5, welches in einer der beiden in
Figur 2 dargestellten Impulsfolgen besteht, beaufschlagt den dynamischen Eingang
eines monostabilen Kippgliedes 31 mit der Kippzeit t2 + t3. Das invertierte Ausgangs
signal dieses monostabilen Kippgliedes stößt ein weiteres monostabiles Kippglied
32 mit der Kippzeit t4 - t3 an, Die Ausgänge dieser beiden monostabilen Kippglieder
sind zusammen mit dem Eingangssignal d auf zwei UND-Glieder 33 und 34 geführt. Aus
der Darstellung gemäß Figur 3 ist in Verbindung mit den Impulsbildern der Figur
2 die Wirkungsweise der in Figur 3 dargestellten Decodiereinrichtung leicht zu ersehen:
Es wird jeweils im Anschluß an die Beendigung des ersten Doppelimpulses von dem
monostabilen Kippglied ein Impuls der Länge t2 + t3 gebildet und mit dem -UND-Gatter
33 geprüft, ob während der Dauer dieses Impuls es das Eingangssignal d noch einen
weiteren Impuls enthält bzw. es wird im Anschluß an den ersten Doppel impuls von
den beiden hintereinander angeordneten Kippgliedern ein längerer Impuls der Dauer
t2 + t4 gebildet und in analoger Weise von dem UND-Gatter 34 geprüft, ob das Eingangssignal
d einen zweiten Impuls enthält, welcher während der Dauer des Ausgangssignals des
monostabilen Kippgliedes 32 auftritt. Diese zweiten Impulse werden dann als ZUndimpulse
e bzw. f zur Zündung der Thyristoren 1 bzw. 2 verwendet.
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Auf diese Weise kann sicher unterschieden werden zwischen
einem
für den Thyristor 1 und einem für den Thyristor 2 bestimmten Zündsignal.
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Bezüglich der Darstellung der digitalen Bauelemente in den Figuren
1 bis 3 ist zu bemerken, daß sie der deutschen Norm DIN 40700, Teil 14 vom Juli
1976 entspricht, welche praktisch mit den IEC-Publikationen 117-15 von 1972 und
117-15A von 1975 übereinstimmt.
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3 Figuren 2 Patentansprüche
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