DE3311426A1

DE3311426A1 - Ueberspannungsschutzeinrichtung fuer ein elektrisches ventil mit rueckmeldung einer schutzzuendung bei ueberspannung

Info

Publication number: DE3311426A1
Application number: DE19833311426
Authority: DE
Inventors: Alfred 8520 Erlangen Osterrieder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-29
Filing date: 1983-03-29
Publication date: 1984-10-04

Description

Überspannungsschutzeinrichtung für ein elektrisches Ven-
til mit Rückmeldung einer Schutzzündung bei Überspannung Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung für ein elektrisches Ventil, insbesondere einen Thyristor, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist ein Gleichstromsteller zur Speisung eines gesteuerten oder geregelten elektrischen Antriebs, insbesondere eines Bahnantriebes, oder allgemeiner eine gesteuerte elektrische Ventilanordnung zur Speisung einer Last. Elektrische Ventile vermögen im allgemeinen eine in ihrer Durchflußrichtung liegende Spannung nur innerhalb bestimmter Grenzen zu sperren. Übersteigen diese zu sperrenden Betriebsspannungen die Sperrfähigkeit des betreffenden Ventils, so droht Zerstörung des Ventils und das Ventil muß bei derartigen Überspannungen gezündet werden ("Notzündung"). Versieht man daher ein derartiges Ventil mit einer Notzündeinrichtung, die selbsttätig bei Überschreiten der Sperrfähigkeit einen Notzündimpuls abgibt, so ist dieser Zündimpuls nicht durch die Steuerung selbst beeinflußt und kann daher zu Fehlsteuerungen führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Ventil, insbesondere einen Thyristor, mit einer derartigen Notzündeinrichtung zu versehen, wobei jedoch eine Rückmeldung des Notzündsignals vorgesehen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
Es sind bereits sogenannte BOD"-Eemente (Break-Over-Diode) bekannt, die in der Lage sind, eine anliegende Spannung bis zu einer Grenzspannung ("Kippspannung") zu sperren, oberhalb dieser Kippspannung aber praktisch vol kommen stromdurchlässig sind und nur noch eine geringe Haltespannung aufweisen. Die Notzündeinrichtung selbst läßt sich mittels eines solchen Kippelementes leicht aufbauen, indem das Kippelement derart mit den Anschlüssen des Thyristors verbunden wird, daß bei gesperrtem Thyristor die in der Durchlaßrichtung des Ventils liegende Betriebsspannung für unterhalb der Kippspannung liegende Werte am Kippelement anliegt, bei Überschreiten der Kippspannung aber über das Kippelement und die Steuerstrecke des Ventils kurzgeschlossen wird. Hierzu kann z.B. der Hauptanschluß der "Schaltstrecke" (Kollektor-Emitter-Strecke eines bipolaren Leistungstransistors, Drain-Source-Strecke eines Leistungs-PeIdeffckttransistors oder Anoden-Gitter-Strecke eines Thyristors) über eine Reihenschaltung aus einer in Richtung der zu sperrenden Betriebsspannung gepolten Diode und des Kippelementes mit dem Steueranschluß verbunden werden. Parallel zu der vom Steueranschluß zum anderen Hauptanschluß führenden Steuerstrecke des Ventils kann ein ohmscher Widerstand geschaltet sein. Liegt die Betriebsspannung unterhalb der Kippspannung, so liegt die gesamte Betriebsspannung am Kippelement an und das Ventil kann entsprechend der am Steueranschluß angelegten Steuerspannung gesteuert werden. Übersteigt jedoch bei dem an sich gesperrten Ventil eine in Durchlaßrichtung ds Ventils liegende Betriebsspannung die Kippspannung, so bricht die Spannung am Kippelement zusammen und die nunmehr auf den Steueranschluß durchgreifende Betriebsspannung führt zu einem entsprechenden Steuerstrom über die Steuerstrecke, es kommt also zur Notzündung.
Zur Erzeugung des Rückmeldesignals ist zunächst ein durch die gesperrte Betriebsspannung auf ladbarer und durhc das Kippelement kurzschließbarer Kondensator vorgesehen. Führt also eine Reihenschaltung aus einer zweiten I)iode und einem Kondensator von dem Verbindungspunkt zwischen der bereits erwähnten ersten Diode und dem KJ.ppelemtnt zu dem Hauptanschluß der Steuerstrecke, so liegt die am Kippelement anliegende Betriebsspannung auch am Kondensator an und lädt diesen im Normalbetrieb auf. Um beim Durchschalten des Kippelementes den Kondensator kurzzuschließen, ist dieser zweiten Diode in diesem Fall ein in umgekehrter Richtung stromdurchlässiges Element parallel zu schalten. Für dieses Element kann nun das Sendeelement (z.B.
eine Leuchtdiode) eines Optokopplers verwendet werden, an dessen Empfangselement dann das Rückmeldesignal abgreifbar ist.
Im allgemeinen Fal ist also neben dem Kippelement und dem Kondensator ein Optokoppler vorzusehen, dessen Sendeelement derart an den Kondensator und das Kippelement angeschlossen ist, daß er ein am Empfangselement abgreifbares Rückmeldesignal erzeugt, sobald die Sperrspannung über das Kippelement kurzgeschlossen wird.
Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur wird diese einrichtung näher erläutert.
Als Ventil ist ein Thyristor 1 verwendet, dessen Schaltstrecke zwischen dem einen Hauptanschluß (Anode A) und dem Steueranschluß (Gitter G) und dessen Steuerstrecke zwischen dem Steueranschluß G und dem anderen Hauptanschluß (Kathode K) liegt. Sobald nun positive Betriebsspannungen UA - UK die Sperrfähigkeit des Thyristors übersteigen, muß auÜ den Steueranschluß G ein Steuerstrom geschaltet werden. Die Betriebsspannungen werden dadurch überwacht, daß zwischen A und K eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode 2, dem Kippelement BOD und den ohmschen Widerstand 3 liegt. Im normalen Betrieb liegt die gesamte Sperrspannung an BOD an. ist dessen Kippspannung aber überschritten, so schaltet dieses Element durch und am gitteranschluß liegt bis auf die geringen Haltespannungen der Diode 2 und des Elementes BOD selbst praktisch die Betriebsspannung, so daß, unabhängig von dem hochohmschen Steuersignalanschluß für die Steuerspannung USt des Ventils, der Thyristor 1 durchgeschaltet wird.
Im Normalbetrieb wird aber durch die Betriebs spannung auch der Kondensator 4 über die erste Diode 2 und eine zweite, dem Kondensator 4 unmittelbar in Reihe geschaltete Diode 5 aufgeladen. Kippt nun das BOD-Element, so kehrt sich die Spannung an der zweiten Diode 5 um. Parallel zu dieser zweiten Diode liegt jedoch die Luminiszenzdiode 6 des Optokopplers 7, so daß sich der aufgeladene Kondensator 4 über diese Luminiszenzdiode 6, das BOD-Element und die Steuerstrecke GK bzw. den ohmschen Widerstand 3 entlädt. Das von der Luminiszenzdiode 6 ausgesandte Lichtsignal wird vom Fotoelement 8 des Optokopplers empfangen und kann mittels eines geeignet geschalteten Ausgangstransistors 9 zu einem entsprechenden Meldesignal verstärkt werden. Die Beschaltung des Transistors 9 sowie weitere, zur Anpassung und zum Schutz der verwendeten Elemente dienende Widerstände, die gestrichelt angedeutet sind, brauchen nicht näher beschrieben zu werden.
Auf diese Weise kann am Transistor 9 ein z.. etwa 450 ,us langes Signal abgegriffen werden, mit deren sich das Ansprechen der Notzündeinrichtung überwachen läßt, um derartige Notzündungen in der übergeordneten Steuerung des elektrischen Ventils zu verarbeiten.

Claims

Patentansprüche j . Uberspannungsscbutzeinrichtung eines steuerbaren elektrischen Ventils zum Erzeugen einer Schutz zündung bei Überspannung, enthaltend a) ein Kippelement (BOD), das so mit den Anschlüssen (A, K) des Ventils vcrbunden ist, daß bei gesperrtem Ventil eine in Durchflußrichtung des Ventils liegende Betriebsspannung bei unterhalb der Kippspannung des Kippelementes (BOD) liegenden Werten am Kippelement anliegt und bei Überschreiten der Kippspannung über das Kippelement und die Steuerstrecke (G, K) des Ventils kurzgeschlossen wird, und b) einen durch die gesperrte Betriebsspannung aufladbaren und durch das Kippelement (BOD) kurzschließbaren Kondensator (4), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Rückmeldeeinrichtung für eine Schutz zündung mit einern Optokoppler (7), dessen Sendeelement (6) derart an den Kondensator (4) und das Kippelement (BOD) angeschlossen ist, daß es ein am Empfangselement (8, 9) abgreifbares Rückmeldesignal erzeugt, sobald die Betriebsspannung über das Kippelement (BOD) kurzgeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Kippelement in Reihe mit einer in Richtung der gesperrten Betriebsspannung gepolten ersten Diode zwischen einem Hauptanschluß (A) und den Steueranschluß (G) des Ventils angeordnet ist, wobei insbesondere zwischen dem Steueranschluß (G) und dem anderen Hauptanschluß (K) ein ohmscher Widerstand (3) geschaltet ist, daß zwischen der ersten Diode (2) und dem Kippelement (BOD) eine zum anderen Hauptanschluß (K) führende Reihenschaltung aus einer zweiten in Richtung der gesperrten Betriebsspannung gepolten Diode (5) und dem Kondensator (4) abzweigt, und daß antiparallel zur zweiten Diode (5) eine Luminiszenzdiode (6) als Sendeelement des Optokopplers (7) geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Empfangselement ein Fotoelement (8) mit einem nachgeschalteten Transistorverstärker (9) geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Ventil ein Thyristor einer elektrischen Ventilanordnung zur Speisung eines Verbrauchers verwendet ist.