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Die Erfindung bezieht sich auf einen Thyristorschalter zum Ein- und
Ausschalten eines durch einen Verbraucher fließenden Gleichstromes, wobei dem Verbraucher
eine Freilaufdiode zugeordnet ist, mit einem im Stromkreis liegenden Hauptthyristor
und dazu parallelgeschaltetem Löschthyristor und Kondensator, der beim Zünden des
Hauptthyristors über einen Widerstand löschbereit umgeladen wird, mit einem Impulsgeber
zum Steuern des Hauptthyristors und einem mechanischen Schalter zum Ein- und Ausschalten
der gesamten Anordnung nach Patentanmeldung P 12 62 344.8-31, deutsche Auslegeschrift
1262 344, bei der ein Pol der Speisequelle über den mechanischen Schalter, welcher
einen Arbeitskontakt für Dauerkontaktgabe aufweist, mit dem einen Anschluß des Impulsgebers
und mit der Steuerelektrode des Löschthyristors jeweils direkt und mit dem Löschkondensator
über den Ladewiderstand verbunden ist, der den einen Teil eines parallel zum Löschthyristor
angeschlossenen Spannungsteiler bildet.
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Der erwähnte Thyristorschalter kann gemäß einer alternativen Lösung
auch durch Zuführen bzw. Wegnehmen einer gesonderten Gleichspannung in und außer
Betrieb gesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit des
betreffenden Thyristorschalters durch einfache zusätzliche Mittel und Schaltungsmaßnahmen
zu verbessern.
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Einesteils sind die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Mittel und
Maßnahmen nur für den Fall vorgesehen, bei dem zum In- und Außerbetriebsetzen des
Thyristorschalters ein mechanischer Schalter verwendet wird. Solche Schalter sind
bekanntlich nicht immer prellfrei. Tritt beim Schließen oder Öffnen des erwähnten
Schalters zum In- und Außerbetriebsetzen des Thyristorschalters Prellen auf, so
vermag der Thyristorschalter dem Takt des Prellens des mechanichen Schalters unter
Umständen leicht zu folgen. Das Einschalten des Arbeitsstromes erfolgt dann nicht,
wie es angestrebt wird, mit einem einmaligen Schaltakt, sondern flatternd. Besonders
gravierend ist jedoch der Einfluß des Prellens beim Ausschalten des Arbeitsstromes.
In diesem Fall kann der Betriebsstrom auch bei geöffnetem Schalter weiterfließen,
wenn die Ladung des Löschkondensators nach dem ersten Löschen und Wiederzünden des
Hauptthyristors für ein endgültiges Löschen nicht mehr ausreicht.
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Andernteils sind die nach der Erfindung vorgesehenen Mittel und Maßnahmen
auch generell, d. h. sowohl bei Verwendung eines mechanischen Schalters als auch
bei Anwendung einer gesonderten Gleichspannung, zur Steuerung des Gleichstromschalters
bestimmt. Praktisch muß man nämlich ständig mit Schwankungen insbesondere mit einem
vorübergehenden Absinken der Betriebsspannung oder auch der gesonderten Gleichspannung
rechnen. Befindet sich der Thyristorschalter im stromleitenden Zustand und sinkt
dabei die Betriebsspannung oder die gesonderte Gleichspannung infolge einer von
außerhalb des eigentlichen Schaltstromkreises einwirkenden Störung nur um wenige
Prozent ab, so fließt aus dem auf Löschbereitschaft geladenen Löschkondensator ein
Entladestrom. Dieser Entladestrom fließt wie beim eigentlichen und wirklich beabsichtigten
Ausschalten, beispielsweise beim Öffnen des mechanischen Schalters, teilweise im
gleichen Stromkreis der Schaltung wie der Ladestrom des Löschkondensators, insbesondere
fließt dieser Strom durch die Steuerstrecke des Löschthyristors in solcher Polarität,
daß der Löschthyristor gezündet und damit der Arbeitsstrom des Thyristorschalters
unbeabsichtigt abgeschaltet wird. Bei einer Betriebsgleichspannung von beispielsweise
24 Volt genügt bereits ein Absinken der Spannung um 1 bis 2 Volt, um den Arbeitsstrom
auf diese Weise abzuschalten.
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Um die vorstehend erörterten Nachteile zu vermeiden und somit die
Betriebssicherheit des Thyristorschalters zu verbessern, sieht die Erfindung vor,
daß entweder der eine Pol der Betriebsspannungsquelle über den mechanischen Schalter
oder der eine Pol einer gesonderten Gleichspannungsquelle an der Basiselektrode
eines Transistors angeschlossen ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke die anderen
Pole der Betriebsspannungsquelle bzw. Gleichspannungsquelle mit dem Verbindungsleiter
zwischen der einen Klemme des Steuerimpulsgebers und dem Abgreifpunkt des Spannungsteilers
am Löschthyristor verbindet, daß ferner die Emitter- und die Basiselektrode dieses
Transistors über einen Kondensator und einen dazu in Reihe geschalteten ohmschen
Widerstand verbunden sind und deren Verbindungspunkt über einen weiteren ohmschen
Widerstand an den einen Pol der Betriebsspannungsquelle bzw. den der gesonderten
Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und daß die Kathode des Löschthyristors
mit dem anderen Pol der Betriebsspannung über ein in Sperrrichtung gepoltes Halbleiterventil
verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der erwähnte
Transistor als npn-Transistor ausgebildet und emitterseitig an den negativen Pol
der Betriebsspannung angeschlossen.
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Gemäß der Erfindung sind der Kondensator und die beiden zugeordneten
ohmschen Widerstände im Steuerstromkreis des Transistors derart angeordnet und bemessen,
daß der Transistor erst aufgesteuert bzw. gesperrt wird, nachdem das Prellen des
mechanichen Schalters aufgehört hat. Die Bemessung dieser Stromkreiselemente hängt
im wesentlichen von der Dauer des Prellens und der Betriebsspannung oder der Steuerspannung
ab, die der gesonderten Gleichspannungsquelle entnommen wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind einmal unmittelbar am
Anschluß der Steuerelektrode des Löschthyristors ein oder zwei hintereinandergeschaltete
Halbleiterventile als Entkopplungsventile vorgesehen, die so gepolt sind, daß sie
einerseits einen Steuerstrom für den Löschthyristor zulassen und andererseits beim
Fließen eines Ladestromes zum Löschkondensator keinen Stromfluß über die Steuerstrecke
des Löschthyristors zulassen. Zum anderen ist im Verbindungsleiter zwischen der
Kathode des Löschthyristors und dem vorstehend erwähnten ohmschen Widerstand des
Spannungsteilers ein weiteres Entkopplungsventil vorgesehen, das so gepolt ist,
daß es den Ladestrom des Löschkondensators führen kann. Es wird die kombinierte
Anordnung der vorstehend erwähnten Ventile als ein Teil der Erfindung angesehen,
weil bei dieser Anordnung Zweck und Funktion dieser Ventile durch ihre schaltungsmäßige
Anordnung erhalten bleiben.
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Wird gemäß dem einen Alternativfall kein mechanischer Schalter, sondern
eine gesonderte Gleichspannungsquelle zum Steuern verwendet, so müssen der positive
Pol dieser Spannungsquelle über die vorgeschaltete RC-Kombination mit der Basis
des
Transistors und der negative Pol mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle
verbunden werden. Das nach der Erfindung vorgeschlagene Halbleiterventil, das die
Kathode des Löschthyristors mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbindet,
hat den Zweck, die untere Belagseite des Löschkondensators bei Spannungsschwankungen
der Betriebsspannungsquelle auf dem negativen Potential dieser Quelle zu halten
und damit ein unbeabsichtigtes Zünden des Löschthyristors zu vermeiden und unabhängig
von den vorangehend erläuterten Maßnahmen gemäß der Erfindung zu wirken.
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Nachfolgend soll die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel an Hand
der Figur erläutert werden. Die Schaltung des Ausführungsbeispiels bezieht sich
auf den Fall, bei dem als Schaltmittel ein mechanischer Schalter und ein npn-Transistor
verwendet werden. Die erfindungswesentlichen Teile dieser Schaltung sind in der
Figur stark herausgezeichnet.
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Mit 38 ist ein Transistor bezeichnet, dessen Emitter-Kollektor-Strecke
in den Leitungszug zwischen der Anschlußklemme 50 zum negativen Pol der Betriebsspannung
41 und dem Verbindungsleiter zwischen der Klemme 32 des Steuerimpulsgebers und dem
Abgreifpunkt des Spannungsteilers 53 eingefügt ist. Im Steuerstromkreis des Transistors
ist eine kombinierte RC-Schaltung vorgesehen. Der Kondensator 381 und der ohmsche
Widerstand 383 bilden den Ladestrompfad des Steuerstromkreises. Dieser Ladestrompfad
wird von der Betriebsspannungsquelle gespeist. Andererseits bilden der Kondensator
381 und der ohmsche Widerstand 382, beide in Reihenschaltung der Emitter-Basis-Strecke
parallel geschaltet, den Entladestrompfad des Steuerstromkreises. Ferner ist zwischen
dem negativen Pol der Betriebsspannung und der Kathode des Löschthyristors 52 ein
Strompfad vorgesehen, in dem ein Halbleiterventil 39 liegt. Dieses Halbleiterventil
ist so gepolt, daß dessen Kathode in Richtung der Kathode des Löschthyristors weist.
Des weiteren sind im Steuerstromkreis des Löschthyristors unmittelbar am Steuerelektrodenanschluß
zwei in Reihe geschaltete Halbleiterventile 55, 55' vorgesehen, welche in an sich
bekannter Weise als Entkopplungs- bzw. Sperrdioden dienen. Außerdem ist im Leitungszug
vom unteren Anschluß des Löschkondensators 51 bis zum rechten ohmschen Widerstand
des Spannungsteilers 53 ein Halbleiterventil 54 derart gepolt vorgesehen, daß es
den Ladestrom des Löschkondensators zu führen vermag.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bei einem Thyristorgleichstromschalter
der eingangs beschriebenen Anordnung bestehen, wie ersichtlich, darin, daß auch
bei Verwendung eines nicht prellfreien mechanischen Schalters der Betriebsstrom
mit einem einmaligen Schaltakt sicher geschaltet und daß durch Spannungsschwankungen
seitens der Betriebsspannung, insbesondere durch Spannungseinbrüche, der Betriebsstrom
auch nicht vorübergehend unterbrochen werden kann.
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Im übrigen bestehen die Vorteile auch darin, daß der mechanische Schalter
oder im Alternativfall die gesonderte Gleichspannungsquelle nur durch einen schwachen
Steuerstrom und nicht mit dem Lade- und Entladestrom des Löschkondensators und insbesondere
die gesonderte Gleichspannungsquelle nicht durch den Speisestrom des Steuerimpulsgebers
belastet werden.