DE3714683C2 - Steuerschaltung für einen Abschaltthyristor - Google Patents
Steuerschaltung für einen AbschaltthyristorInfo
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- DE3714683C2 DE3714683C2 DE19873714683 DE3714683A DE3714683C2 DE 3714683 C2 DE3714683 C2 DE 3714683C2 DE 19873714683 DE19873714683 DE 19873714683 DE 3714683 A DE3714683 A DE 3714683A DE 3714683 C2 DE3714683 C2 DE 3714683C2
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Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Steuerschaltung
für einen Abschaltthyristor nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung
auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE-A1-3 434
607 bekannt ist. Dort sind 3 Verfahren zur Erkennung des
stromsperrenden Schaltzustandes von GTO-Thyristoren
beschrieben. Um einen zuverlässigen Betrieb des
Abschaltthyristors zu ermöglichen, wird bei einem 1. Verfahren
die Spannung zwischen seinem Gate- und Kathodenanschluß erfaßt
und beim Unterschreiten eines negativen
Schwellenspannungswertes ein Fehler- bzw. Zustandssignal
erzeugt, das den stromsperrenden Schaltzustand anzeigt. Bei
einem 2. Verfahren wird anstelle der Gate-Kathodenspannung der
negative Steuerstrom zur Erkennung des Eintritts des
Sperrzustandes erfaßt. In einem 3. Verfahren wird dieser
Eintritt in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung des
Steuerstromes detektiert. Die notwendige Minimierung des
eigentlich unerwünschten Spannungsabfalls am Ausgang der
Ansteuereinheit bedingt aber insgesamt einen relativ geringen
Signal-Störabstand bei den auszuwertenden Signalen. Durch
Schwankungen des Anoden-Kathodenstromes verursachte
Schwankungen des Steuerstromes können zu einer weiteren
Reduzierung dieses geringen Spannungsabfalles führen. Wenn sich
z. B. nach einem Abschaltbefehl der Sperrzustand nicht
einstellt, so ist die rechtzeitige Erkennung eines
thyristorinternen Dauerkurzschlusses erschwert.
Aus der DE-OS 27 14 627 ist eine Thyristorüberwachungsschaltung
bekannt, bei der zwischen Steuerelektrode und Kathode des
Thyristors ein ohmscher Widerstand vorgesehen ist, an welchem
die auszuwertende Steuerelektroden-Kathodenspannung abgegriffen
wird.
Aus der Zeitschrift: Elektronik 20/5.10.1984,
S. 111-115 und 21/19.10.1984, S. 91-96, ist es bekannt,
daß die Steuerelektrode eines GTO- bzw. Abschaltthyristors
über einen nicht getakteten Transistor mit einer nichtstabili
sierten 5-V-Gleichspannungsquelle in Verbindung steht. Nachteilig
dabei ist eine relativ hohe Verlustleistung über Widerstands
schaltkreise zwischen Transistor und Gleichspannungsquelle.
Schutzmaßnahmen für eine Störung in der Gleichspannungsquelle
und bei einem Kurzschlußdefekt im Abschaltthyristor sind
nicht angegeben.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist,
löst die Aufgabe, eine verbesserte Steuerschaltung für einen
Abschaltthyristor anzugeben, die eine höhere Betriebssicherheit
aufweist und für leistungsstarke Abschaltthyristoren geeignet
ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
Fehlerquellen innerhalb der stabilisierten Gleichspannungsquelle
ermittelt und zur Auslösung von Schutzmaßnahmen verwendet
werden können.
Durch die Verwendung einer getakteten Gleichstromquelle im
Strompfad der Steuerelektrode des Abschaltthyristors kann
infolge geringerer Verluste an sonst erforderlichen Widerständen
der Wirkungsgrad der Steuerschaltung verbessert und die Tempera
tur innerhalb der Schaltung erniedrigt werden. Dadurch erhöht
sich die Lebensdauer der Halbleiterbauelemente und die Ausfall
sicherheit der Steuerschaltung. Gleichzeitig kann mit einer
höheren Speisespannung (45 V statt üblicherweise 5 V) gearbeitet
werden, so daß billigere und im Volumen kleinere Kondensatoren
für die Erzeugung eines steilen Zündimpulses verwendet werden
können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht
mit einfachen Impulsformerschaltungen die Erzeugung besonders
kräftiger Zündimpulse.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für einen
Abschaltthyristor mit mehreren, alternativ einsetzbaren
Impulsformerschaltungen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Logikschaltung für die Steuer
schaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Strom-Zeit-Diagramm der Zündimpulse für unter
schiedliche Impulsformerschaltungen gemäß Fig. 1
und
Fig. 4a-4g
Signaldiagramme zur Erläuterung der Funktion der Steuer
schaltung gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist mit 6 ein Sperrwandler bzw. eine Gleichspannungs
quelle bezeichnet, wie sie aus dem Unitrode Applications Handbook
1985/86, S. 289, Fig. 25, der Unitrode Corporation, 5 Forbes
Road, Lexington, MA 02173, USA, bekannt ist. Mit 1 bzw. 2
sind positive bzw. negative Gleichspannungseingangsklemmen
der Gleichspannungsquelle 6 bezeichnet, denen von einer nicht
dargestellten Gleichspannungsspeisung eine auf ±5% stabili
sierte Gleichspannung von 48 V zur Impulserzeugung zugeführt
ist. Die Gleichspannungsquelle 6 erzeugt die für die Steuerung
eines Abschaltthyristors 20 benötigten Hilfsspannungen, und
zwar +45 V, 0 V und -15 V, die an den Gleichspannungsausgangs
klemmen 7 bzw. 8 bzw. 9 abgreifbar sind. Dank der vorstabili
sierten Speisespannung wird in der Gleichspannungsquelle 6
nur ein minimaler Regelbereich benötigt, was einen hohen Wir
kungsgrad ergibt. Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad sind bei
ungeregelter Gleichspannungsquelle 6 am höchsten. Letzteres
ist dann möglich, wenn die Anforderungen tief gehalten werden
können. Die galvanische Trennung der Gleichspannungsquelle 6
muß den Erfordernissen des anzusteuernden Abschaltthyristors
20 entsprechen.
Ein Einschalt- bzw. Zündimpuls 70, vgl. Fig. 3, für den Abschalt
thyristor 20, der eine Anode A, eine Kathode K und eine Steuer
elektrode G aufweist, wird mittels einer getakteten Stromquelle
ab einer positiven Spannung gewonnen, deren Höhe durch die
verlangten Eigenschaften des Einschaltimpulses bestimmt wird.
An die Gleichspannungsklemmen 7 und 8 ist ein Kondensator C2
angeschlossen. An die Gleichspannungsklemmen 8 und 9 sind
zueinander parallelgeschaltete Kondensatoren C3 und C6 ange
schlossen. Die getaktete Stromquelle besteht aus einem Strom
detektor bzw. Stromwandler 11 in Reihe mit einem NPN-Transistor
Tr2 und einer Drossel 13 in der Zuleitung von der Gleichspan
nungsausgangsklemme 7 zur Steuerelektrode G, einer Stromsteuer
einrichtung 12, die eingangsseitig an den Stromwandler 11
und ausgangsseitig an die Basis des Transistors Tr2 angeschlos
sen ist und aus einer anodenseitig an die Gleichspannungsklemme
8 und kathodenseitig an den Emitter des Transistors Tr2 ange
schlossenen Diode D3. Eine Schaltung für die Stromsteuereinrich
tung 12 ist aus dem o.g. Unitrode Applications Handbook 1985/86,
S. 279, Fig. 4, bekannt. Die Steuerelektrode G des Abschalt
thyristors 20 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines
NPN-Transistors Tr3 mit der getakteten Stromquelle verbunden
Die zur Steuerung verwendete Basis des Transistors Tr3 ist
mit einem Schaltsignalausgang (30) einer Logikschaltung 25 verbunden.
Der Abschaltthyristor 20 verlangt recht hohe Werte für die
Stromsteilheit am Zündimpulsanfang, den Strommaximalwert und
dessen Dauer. Zu diesem Zweck sind Impulsformerschaltungen
14-16 zwischen getakteter Stromquelle und dem Transistor Tr3
vorgesehen. Die Impulsformerschaltung 14 besteht aus einer
Reihenschaltung eines an den Kollektor des Transistors Tr3
angeschlossenen Widerstandes mit einem Kondensator C4, der
an die Gleichspannungsklemme 8 angeschlossen ist. Die zur
Impulsformerschaltung 16 parallelgeschaltete Impulsformer
schaltung 15 weist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand,
einer Drossel und einem Kondensator auf. Anstelle der Impuls
formerschaltung 16 kann auch die Impulsformerschaltung 14
zur Impulsformerschaltung 16 parallelgeschaltet sein; sie
besteht aus einer Drossel in Reihe mit einem Kondensator,
zu dem eine Diode in Sperrichtung parallelgeschaltet ist.
Fig. 3 zeigt den Steuerelektrodenstrom iGK des Abschaltthyristors
20 in willkürlichen Einheiten in Abhängigkeit von der Zeit.
Mit 73 ist der gewünschte, rechteckförmige Zündimpuls darge
stellt. Die Signalkurven 69, 71 und 72 ergeben sich allein
mit der Impulsformerschaltung 16, 15 bzw. 14, während die
Signalkurve 70 mit beiden Impulsformerschaltungen 16 und 15
erreicht wird, die vorzugsweise benutzt werden und eine aus
reichende Annäherung an die Rechteckkurve gewährleisten.
Die getaktete Gleichstromquelle 11-13, Tr2, D3, die Impuls
formerschaltungen 14-16 und der Transistor Tr3 bilden zusammen
einen Zündimpulsgenerator 10. Zwischen die Steuerelektrode
G des Abschaltthyristors 20 und die Gleichspannungsausgangs
klemme 9 ist ein Generator 17 zur Erzeugung einer negativen
Vorspannung UGR angeschlossen, der aus einer Reihenschaltung
eines Widerstandes R4 und der Kollektor-Emitter-Strecke eines
NPN-Transistors Tr4 besteht. Die Basis des Transistors Tr4
ist mit einem Schaltsignalausgang 31 der Logikschaltung 25
verbunden. Ferner ist zwischen die Steuerelektrode G und die
Gleichspannungsausgangsklemme 9 ein Löschimpulsgenerator 18
geschaltet, der einen Stromdetektor bzw. Stromwandler 19 in
Reihe mit der Kollektor-Emitterstrecke eines NPN-Transistors
Tr5 aufweist. Die Basis des Transistors Tr5 ist mit einem
Schaltsignalausgang 33 der Logikschaltung 25 verbunden und
der Stromwandler 19 mit einem Stromsignalausgang 32 der Logik
schaltung 25. Zwischen die Steuerelektrode G und die Kathode
K des Abschaltthyristors 20 ist ein Widerstand R5 geschaltet
und parallel zu diesem ein Kondensator C5.
Spannungseingänge 27 und 28 der Logikschaltung 25 sind mit
den Gleichspannungsausgangsklemmen 9 bzw. 8 verbunden. Mit 23
ist ein Optokoppler mit Eingangsklemmen 21 und 22 für die
Zuführung von Ein/Ausschaltsignalen für den Abschaltthyristor
20 bezeichnet, der ausgangsseitig mit einem Steuersignaleingang
26 der Logikschaltung 25 verbunden ist. Der relativ billige
Optokoppler wird vorzugsweise für eine Anoden-Kathodenspannung
UAK des Abschaltthyristors 20 bis 1000 V verwendet. Für höhere
Anoden-Kathodenspannungen UAK benutzt man einen optoelektrischen
Wandler 35, dem eingangsseitig ein Ein/Ausgangssignal über einen
Lichtleiter 34 zugeführt ist und der ausgangsseitig mit dem
Steuersignaleingang 26 der Logikschaltung 25 verbunden ist.
Der Steuersignaleingang 26 steht ferner über einen Widerstand R6
mit der Gleichspannungsausgangsklemme 8 in Verbindung.
Ein Impedanzdetektor 36 ist über Spannungseingänge 38, 39
mit der Steuerelektrode G und der Kathode K des Abschaltthyri
stors 20 und über einen Steuersignaleingang 37 mit dem Steuersig
naleingang 26 der Logikschaltung 25 verbunden. Der Spannungsein
gang 38 ist einerseits über einen Widerstand R6 mit dem negierten
Eingang eines Komparators 40 und andererseits über einen Wider
stand R10 mit der Gleichspannungsausgangsklemme 9 verbunden.
Der Spannungseingang 39 ist über einen Widerstand R7 mit dem
nichtnegierten Eingang des Komparators 40 verbunden.
Der nichtnegierte Eingang des Komparators 40 ist über in Reihe
geschaltete Widerstände R8 und R9 mit der 0-V-Spannung der
Gleichspannungsausgangsklemme 8 und über einen Widerstand
R11, zu dem ein Kondensator parallelgeschaltet ist, mit der
negativen Spannung von -15 V der Gleichspannungsausgangsklemme
9 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände
R8 und R9 einerseits und der negativen Spannung andererseits
ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors Tr6
geschaltet, dessen Basis mit dem Steuersignaleingang 37 verbun
den ist. Am nichtnegierten Eingang des Komparators 40 liegt
eine vorgebbare Referenzspannung UREF an, vgl. Fig. 4c, und
am negierten Ausgang ein Ausgangssignal S40. S40 = "0" bedeutet
einen Kurzschluß zwischen Steuerelektrode G und Kathode K
des Abschaltthyristors 20 während dessen Ausschaltphase und
somit ein 1. Fehlersignal. Während der Einschaltphase des
Abschaltthyristors 20, d. h. vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt
t1, vgl. Fig. 4c und 4f, sperrt der Transistor Tr6, so daß
die Referenzspannung UREF infolge des durch die Widerstände
R7, R8, R9 und R11 gebildeten Spannungsteilers negativ und
betragsmäßig kleiner als die infolge des Spannungsteilers
R6, R10 negative Spannung am negierten Eingang des Komparators
40 ist. Nach Eintreffen eines negativen Einschaltsignals 24
an der Basis des Transistors Tr6 zum Zeitpunkt t1 fällt die
Referenzspannung UREF ab. Der Spannungabfall ist jedoch nicht
so stark wie der Spannungsabfall der Steuerelektrodenspannung
UGK und verzögert durch den Kondensator parallel zum Widerstand
R11. Infolgedessen ist das Ausgangssignal S40 des Komparators
40 logisch "1", vgl. Fig. 4d. Im Fehlerfall, d. h. im Falle
eines Kurzschlusses im Abschaltthyristor 20 ist die Steuer
elektrodenspannung UGK = "0" und somit S40 = "0" während der
Ausschaltphase des Abschaltthyristors 20 im Zeitbereich von
t2 bis zu einem nicht dargestellten Wiedereinschaltzeitpunkt.
Der Impedanzdetektor 36 ist ausgangsseitig mit einem Opto
koppler 42 verbunden. Ein 1. Signalausgang 43 des Optokopplers
42 ist über eine Reihenschaltung eines Widerstandes R2, einer
Diode D2 und einer zusätzlichen Transformatorwicklung 5 eines
Transformators T der Gleichspannungsquelle 6 mit einer 1.
Rückmeldesignalklemme 3 verbunden. Zwischen der mit dem Wider
stand R2 verbundenen Kathode der Diode D2 und der 1. Rückmelde
signalklemme 3 ist ein Widerstand R3 und parallel zu diesem
ein Kondensator C1 geschaltet. Die Bauelemente C1, R2, R3, D2
und 5 bilden eine Speisespannungsüberwachungseinrichtung 74.
Ein 2. Signalausgang 44 des Optokopplers 42 ist mit der Basis
eines Transistors Tr1 verbunden, dessen Emitter mit der 1.
Rückmeldesignalklemme 3 und dessen Kollektor über eine Leucht
diode D1 mit einem dazu in Reihe geschalteten Widerstand R1
mit der Ausgangsklemme 7 verbunden ist. Der Kollektor des
Transistors Tr1 steht mit einer 2. Rückmeldesignalklemme 4
in Verbindung. An den beiden Rückmeldesignalklemmen 3 und 4
ist ein Fehlersignal abgreifbar, das für Schutzzwecke verwendet
werden kann. Die Leuchtdiode D1 erzeugt ein Licht- bzw. Fehler
frei-Signal 76, wenn sowohl die Gleichspannungsquelle 6 fehler
frei ist als auch der Impedanzdetektor 36 keinen Fehler anzeigt
(540 = "1"), andernfalls leuchtet die Lumineszenzdiode D1
nicht, wodurch ein Fehler angezeigt wird. Wenn in der Gleich
spannungsquelle 6 ein Fehler auftritt, so wird das normalerweise
in der Transformatorwicklung 5 induzierte Spannungssignal
fehlen oder zu schwach sein, um den Transistors Tr1 über den
normalerweise leitenden Optokoppler 42 leitend zu steuern. Die
gleiche Reaktion tritt ein, wenn die Gleichspannungsquelle 6
fehlerfrei ist, aber der Optokoppler 42 infolge eines Fehler
signals S40 = "0" im Ausgang des Impedanzdetektors 36 den
Stromfluß zur Basis des Transistors Tr1 sperrt.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Logikschaltung 25 von
Fig. 1. Es bezeichnen darin die Bezugsziffern 45 und 59 Schmitt-Trigger,
48, 56, 61 und 66 UND-Glieder, 47, 49, 62 und 67
Verstärker, 68 einen Verstärker mit invertierendem Ausgang,
L1 und L2 grüne bzw. gelbe Signallampen, 50 einen einstellbaren
Wahlschalter, 58 und 64 ODER-Glieder, 51 ein NOR-Glied, 60
ein D-Kippglied, 57 ein monostabiles Kippglied mit Triggerung
durch die Anstiegsflanke und 63 sowie 65 monostabile Kippglieder
mit Triggerung durch die Abstiegsflanke.
Die -15-V-Spannung an den Gleichspannungsausgangsklemmen 8
und 9 und an den Spannungseingängen 28 und 27 werden mittels
des Schmitt-Triggers 45 darauf überwacht, ob eine vorgebbare
Mindestspannung vorhanden ist. Wenn ja, dann leuchtet die
über den Verstärker 47 angesteuerte grüne Signallampe L1,
andernfalls leuchtet sie nicht. Aufgrund der Schaltung der
Gleichspannungsquelle 6 kann unterstellt werden, daß bei
Vorhandensein der -15-V-Spannung auch die +45-V-Spannung vor
handen ist, so daß sich deren separate Überwachung erübrigt.
Sie kann jedoch zusätzlich auf gleiche Weise wie die -15-V-Span
nung überwacht werden.
Der Wahlschalter 50 ist je nach Anwendungsfall fest eingestellt.
Die ausgezogen dargestellte Schaltposition entspricht "dominant
Löschen" und die gestrichelt dargestellte Schaltposition "domi
nant zünden". Bei der gestrichelt dargestellten Schaltposition
sind das NOR-Glied 51 und das UND-Glied 56 stets vorbereitet
für den Durchlaß eines Einschaltsignals 24.
Eingangsseitig ist der Wahlschalter 50 mit dem Ausgang des
Schmitt-Triggers 45 und mit dem Spannungseingang 28, entsprechend
logisch "1", verbunden, ausgangsseitig mit einem 1. Eingang
des UND-Gliedes 56 und mit einem 1. Eingang des NOR-Gliedes 51.
Ein 2. Eingang des UND-Gliedes 56 ist mit dem Ausgang des
NOR-Gliedes 51 verbunden, dessen 2. Eingang über den Steuer
signaleingang 26 das Einschaltsignal 24 zugeführt wird. Falls
die überprüfte Gleichspannung in Ordnung ist, gelangt das
Einschaltsignal 24 = "0" über die vorbereiteten Glieder 51
und 56, das ODER-Glied 58, das vorbereitete UND-Glied 48 zum
Verstärker 49, so daß die gelbe Signallampe L2 für die Dauer
des Einschaltsignals 24 oder von mindestens 20 µs leuchtet.
Die Mindestdauer von 20 µs ist als Kippzeit im Kippglied 57
eingestellt.
Ist das Ausgangssignal S58 des ODER-Gliedes 58 logisch "1",
so wird über den Verstärker 67 ein Zündsignal über den Schalt
signalausgang 30 an die Basis des Transistors Tr3 geliefert,
so daß der Transistor Tr3 leitend wird und die Steuerelek
trode G des Abschaltthyristors 20 einen Zündimpuls erhält.
Bei S58 = "0" wird über den Verstärker 68 ein Signal über
den Schaltsignalausgang 31 an die Basis des Transistors Tr4
geliefert, so daß der Transistor Tr4 leitend wird und an
der Steuerelektrode G des Abschaltthyristors 20 eine negative
Spannung anliegt. Gleichzeitig sperrt der Transistor Tr3.
In Abhängigkeit von der Abstiegsflanke des Signals S58 wird
im Kippglied 63 ein Impuls von 80 µs Minimaldauer erzeugt
und über das ODER-Glied 64 und das vorbereitete UND-Glied 61
über den Verstärker 62 und den Signalausgang 33 an die Basis
des Transistors Tr5 geliefert, so daß der Transistor Tr5,
vgl. Fig. 4g, leitend wird und der Steuerelektrode G des Ab
schaltthyristors 20 die negative Spannung von -15 V zugeführt
wird. Dadurch entsteht in Abhängigkeit von der Endflanke des
Einschaltsignals 24, frühestens jedoch 20 µs nach Beginn des
Einschaltsignals 24 ein kräftiger Löschimpuls für den Abschalt
thyristor 20, vgl. Fig. 4b, im Zeitbereich von t1 bis t5.
Falls der im Stromwandler 19 detektierte Strom, der über den
Stromsignaleingang 32 dem Schmitt-Trigger 59 zugeführt ist,
einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, gelangt ein Aus
gangssignal des Schmitt-Triggers 59 auf den Takteingang C
des D-Kippgliedes 60, so daß dessen negierter Ausgang das
UND-Glied 61 sperrt. Dadurch können unzulässig hohe, z. B.
durch einen Kurzschluß verursachte Ströme in der Zuleitung
zur Steuerelektrode G des Abschaltthyristors 20 abgeschaltet
werden.
Über das auf eine vorgebbare Maximaldauer von 100 µs einge
stellte Kippglied 65, das nachgeschaltete UND-Glied 66, das
ODER-Glied 64 und das vorbereitete UND-Glied 61 kann das am
Signalausgang 33 anliegende Löschsignal solange aufrechterhalten
werden, daß ein etwa von einem anderen, nicht dargestellten
Abschaltthyristor kommender Abschaltbefehl ausgewertet werden
kann.
In Fig. 4a sind die Anoden-Kathodenspannung UAK und der Anoden-
Kathodenstrom iAK des Abschaltthyristors 20 in willkürlichen
Einheiten in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Fig.
4b zeigt die Zeitabhängigkeit von Steuerelektrodenspannung
UGK und Steuerelektrodenstrom iGK des Abschaltthyristors 20.
t0 bezeichnet den Einschaltzeitpunkt, t1 den Abschaltzeitpunkt,
t3 den Beginn des steilen Spannungsabfalls der Steuerelektroden
spannung UGK, t4 dessen Ende, t5 das Ende des Löschimpulses
am Schaltsignalausgang 33 und UGR die negative Vorspannung
an der Steuerelektrode G des Abschaltthyristors 20 danach,
d. h. bis zum Eintreffen eines neuen Einschaltsignals 24, in
willkürlichen Einheiten.
Unmittelbar nach dem Unterbinden des Zündimpulses im Zeitpunkt
t1 wird der Löschimpuls ausgelöst. Löschenergie wird in Konden
satoren gespeichert. Der Transistor Tr5 schaltet die Steuer
elektrode G des Abschaltthyristors 20 auf die negative Spannungs
schwelle UGR Durch parasitäre Induktivitäten in der Steilheit
begrenzt baut sich nun der negative Steuerelektrodenstrom iGK
zur Löschung des Abschaltthyristors 20 auf. Zum Zeitpunkt t3
erhöht sich die Steuerelektroden- bzw. Gateimpedanz des Ab
schaltthyristors 20 auf ein Vielfaches, wonach sich der Steuer
elektrodenstrom iGK wieder abbaut. Während dieser Abbau- bzw.
Schweifzeit muß der Löschimpulsgenerator 18 den iGK-Schweif
strom bei niedriger Steuerelektroden- bzw. Quellenimpedanz
übernehmen können. Um genügend hohe Abschaltströme zu erhalten,
werden mehrere, nicht dargestellte Löschkanäle bzw. Löschimpuls
generatoren 18 parallelgeschaltet. Zum Schutz der Löschimpuls
generatoren 18 wird der Löschstrom bei einem Löschimpulsgenera
tor 18 mittels des Stromwandlers 19 detektiert. Übersteigt
er einen vorgebbaren Maximalwert, so werden die Transistoren
Tr5 aller Löschimpulsgeneratoren 18 als Schutzmaßnahme gelöscht
bzw. gesperrt.
Während der Sperrphase des Abschaltthyristors 20 muß dessen
Steuerelektrode G mittels eines Widerstandes abgeschlossen
werden, um die du/dt-Festigkeit zu erhöhen. Bei Abschaltthyristo
ren 20 kleiner Spannung genügt ein RC-Glied; bei Abschaltthyri
storen hoher Spannung würde der Abschlußwiderstand hohe Ver
luste erzeugen. Daher wird im Generator 17 der Widerstand
R4 mittels des Transistors Tr4 auf eine negative Spannung
geschaltet, um die du/dt-Festigkeit noch weiter zu erhöhen.
Die Steuerelektrode G wird so negativ vorgespannt.
Der Abschaltthyristor 20 wird über seine Gateimpedanz während
der Ausschaltphase auf seine Funktionstüchtigkeit untersucht.
Die äußerst feine Gatestruktur hat bei einem Defekt des Ab
schaltthyristors 20 praktisch in jedem Falle einen Kurzschluß
der Steuerelektroden-Kathodenstrecke zur Folge. Dieser Effekt
wird ausgenutzt. Wenn statt der zu erwartenden hohen Gateimpedanz
ein kleinerer Wert gemessen wird, kann angenommen werden,
daß der Abschaltthyristor 20 defekt ist. Diese Auswertung
wird in das Schutzkonzept einbezogen.
Der Impedanzdetektor 36 bewertet die ankommenden Informationen
und steuert über den Optokoppler 42 den Transistor Tr1 an.
Der Optokoppler 23 oder der optoelektrische Wandler 35 bringt
von einer übergeordneten, nichtdargestellten Steuereinrichtung
ein Einschaltsignal. Sofern alles in Ordnung ist, wird der
Einschalttransistor Tr3 eingeschaltet, vgl. Fig. 4e. Erst
nach einer einstellbaren Minimalzeit von vorzugsweise 20 µs
kann der Einschalttransistor Tr3 gesperrt werden, auch wenn
das Einschaltsignal kürzer ist. Unmittelbar danach wird der
Löschtransistor Tr5 eingeschaltet. Auch dies geschieht eine
einstellbare Minimaldauer von vorzugsweise 80 µs lang, während
der ein etwa erneutes Einschaltsignal unterdrückt wird. Steht
danach noch kein Einschaltbefehl an, so bleibt der Löschtransi
stor Tr5 bis zu einer einstellbaren Maximaldauer von vorzugs
weise 100 µs aktiviert. Kommt ein Einschaltsignal während
der letzten Phase, so wird der Löschtransistor Tr5 über das
UND-Glied 66 gelöscht bzw. gesperrt und der Einschalttransistor
Tr2 eingeschaltet. Wird während der Ausschaltphase ein defekter
Abschaltthyristor festgestellt, so wird an den Rückmeldesignal
klemmen 3 und 4 und/oder über die Leuchtdiode D1 eine Fehler
meldung ausgegeben. Eine Fehlermeldung erfolgt auch dann,
wenn die Speisespannungen der Gleichspannungsquelle 6 außer
Toleranz sind. Für Speisespannungsfehler kann eine der beiden
Möglichkeiten vorgewählt werden: Zwangszündung des Abschalt
thyristors 20 oder dessen Zwangslöschung.
Der auf Steuerelektrodenpotential liegende Impedanzdetektor 36
hat den Vorteil, daß an der galvanischen Trennstrecke einge
koppelte Störungen dank der Schutzzeiten und -verknüpfungen
diese neutralisiert werden und damit den Abschaltthyristor
20 nicht gefährden können.
Der Optokoppler 23 übermittelt den Einschaltbefehl über eine
galvanische Trennung. Anstelle dieses Optokopplers 23 kann
der Lichtleiter 34 das Signal direkt an die auf Potential
liegende Steuerlogik der Logikschaltung 25 und des Impedanz
detektors 36 bringen.
Es versteht sich, daß anstelle der NPN-Transistoren Tr1-Tr5
auch Feldeffekttransistoren verwendet werden können.
Claims (8)
1. Steuerschaltung für einen Abschaltthyristor (20) mit einer
Anode (A), einer Steuerelektrode (G) und einer Kathode (K),
- a) wobei die Steuerelektrode (G) über ein erstes steuerbares Ventil (Tr3) zum Einschalten des Abschaltthyristors (20) mit einer gegenüber dem Kathodenpotential positiven Gleichspannungsquelle (6) in Wirkverbindung steht,
- b) wobei ein Impedanzdetektor (36) vorgesehen ist, der
eingangsseitig mit der Steuerelektrode (G) und der
Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) in
Wirkverbindung steht und an dem ausgangsseitig ein erstes
Fehlersignal (S40 = "0") anliegt, wenn die
Eingangsimpedanz einen vorgebbaren Impedanzgrenzwert
unterschreitet,
dadurch gekennzeichnet, - c) daß zwischen Steuerelektrode (G) und Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) ein ohmscher Widerstand (R5) geschaltet ist und
- d) daß die Gleichspannungsquelle (6) über eine Speisespannungsüberwachungseinrichtung (74) mit einer Fehleranzeigeeinrichtung (75) in Verbindung steht, die ein Fehlerfrei-Signal (76) anzeigt, wenn die Gleichspannungsquelle (6) fehlerfrei ist.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Speisespannungsüberwachungseinrichtung (74) eine
Transformatorwicklung (5) aufweist, die mit einem
Transformator (T) der Gleichspannungsquelle (6) magnetisch
gekoppelt ist.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Impedanzdetektor (36)
ausgangsseitig über einen Optokoppler (42) mit der
Speisespannungsüberwachungseinrichtung (74) in
Wirkverbindung steht.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Optokoppler (42) mit der Transformatorwicklung (5)
der Speisespannungsüberwachungseinrichtung (74) in Reihe
geschaltet ist.
5. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste steuerbare Ventil (Tr3)
über eine getaktete Stromquelle (11-13, Tr2, D3, C2) mit
der positiven Gleichspannungsquelle (6) in Wirkverbindung
steht.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der getakteten Stromquelle (11-13, Tr2, D3,
C2) und dem ersten steuerbaren Ventil (Tr3) einerseits und der
Kathode (K) des Abschaltthyristors (20) andererseits
mindestens eine erste Impulsformerschaltung (16) zur Formung
eines Einschaltimpulses für den Abschaltthyristor (20)
vorgesehen ist, welche in Reihenschaltung einen Widerstand
und einen Kondensator (C4) aufweist.
7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zur ersten Impulsformerschaltung (16) eine
zweite Impulsformerschaltung (15) mit einer Reihenschaltung eines
Widerstandes, einer Drossel und eines Kondensators
geschaltet ist.
8. Steuerschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß parallel zur ersten Impulsformerschaltung
(16) eine dritte Impulsformerschaltung (14) mit einer
Reihenschaltung einer Drossel und eines Kondensators
geschaltet ist, wobei parallel zu dem Kondensator der dritten
Impulsformerschaltung (14) eine Diode in Sperrichtung
geschaltet ist.
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-
1987
- 1987-05-02 DE DE19873714683 patent/DE3714683C2/de not_active Expired - Fee Related
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