DE1300587B

DE1300587B - Thyristor switch

Info

Publication number: DE1300587B
Application number: DE1966L0053532
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz; Germann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1966-05-09
Filing date: 1966-05-09
Publication date: 1969-08-07

Description

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.The invention relates to a thyristor switch for on and off Switching off a direct current flowing through a consumer, whereby the consumer a freewheeling diode is assigned, with a main thyristor in the circuit and a quenching thyristor and capacitor connected in parallel to it, which when the The main thyristor is reloaded via a resistor, ready to be extinguished, with a pulse generator to control the main thyristor and a mechanical switch to turn it on and off the entire arrangement according to patent application P 12 62 344.8-31, German Auslegeschrift 1262 344, with one pole of the supply source via the mechanical switch, which has a working contact for permanent contact, with one connection of the pulse generator and with the control electrode of the quenching thyristor directly and with the quenching capacitor is connected via the charging resistor, the one part of a parallel to the quenching thyristor connected voltage divider forms.

Der erwähnte Thyristorschalter kann gemäß einer alternativen Lösung auch durch Zuführen bzw. Wegnehmen einer gesonderten Gleichspannung in und außer Betrieb gesetzt werden.The mentioned thyristor switch can according to an alternative solution also by supplying or removing a separate DC voltage in and out Operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit des betreffenden Thyristorschalters durch einfache zusätzliche Mittel und Schaltungsmaßnahmen zu verbessern.The invention is based on the task of improving the operational safety of the concerned thyristor switch by simple additional means and circuit measures to improve.

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.On the one hand, the means proposed according to the invention are and Measures are only provided in the event that the Thyristor switch a mechanical switch is used. Such switches are as is well known, not always bounce-free. Occurs when closing or opening the mentioned Switch for activating and deactivating the thyristor switch bouncing on, like that the thyristor switch is able to respond to the bouncing of the mechanical switch Circumstances easy to follow. The operating current is then not switched on, as it is intended, with a single switching act, but fluttering. Particularly However, the influence of the bouncing when the operating current is switched off is serious. In this case, the operating current can continue to flow even when the switch is open, if the charge of the quenching capacitor after the first extinguishing and re-ignition of the Main thyristor is no longer sufficient for a permanent extinction.

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.On the other hand, the means and measures provided according to the invention are on the other hand also in general, d. H. both when using a mechanical switch and when using a separate DC voltage to control the DC switch certainly. In practice, one has to constantly deal with fluctuations, especially with one temporary drop in the operating voltage or the separate DC voltage calculate. The thyristor switch is in the current-conducting state and sinks while the operating voltage or the separate DC voltage as a result of one of disturbance acting outside the actual switching circuit by only a few Percent off, then flows in from the quenching capacitor charged to quenching readiness Discharge current. This discharge current flows as with the actual and really intended one Switching off, for example when opening the mechanical switch, partly in same circuit of the circuit as the charging current of the quenching capacitor, in particular this current flows through the control path of the quenching thyristor in such polarity, that the quenching thyristor is ignited and thus the operating current of the thyristor switch is switched off unintentionally. With a DC operating voltage of, for example At 24 volts, a 1 to 2 volt drop in voltage is enough to generate the working current switch off in this way.

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.In order to avoid the disadvantages discussed above and thus the To improve the operational safety of the thyristor switch, the invention provides that either one pole of the operating voltage source via the mechanical switch or one pole of a separate DC voltage source on the base electrode of a transistor is connected, the emitter-collector path of which the other Poles of the operating voltage source or DC voltage source with the connecting conductor between one terminal of the control pulse generator and the tapping point of the voltage divider connected to the quenching thyristor that furthermore the emitter and the base electrode of this Transistor via a capacitor and an ohmic one connected in series with it Resistance are connected and their connection point via another ohmic Resistance to one pole of the operating voltage source or the separate pole DC voltage source are connected and that the cathode of the erase thyristor with the other pole of the operating voltage via a semiconductor valve polarized in the reverse direction connected is.

In einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der erwähnte Transistor als npn-Transistor ausgebildet und emitterseitig an den negativen Pol der Betriebsspannung angeschlossen.In a preferred embodiment according to the invention is mentioned The transistor is designed as an npn transistor and is connected to the negative pole on the emitter side connected to the operating voltage.

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.According to the invention, the capacitor and the two are associated Ohmic resistances in the control circuit of the transistor are arranged and dimensioned in such a way that that the transistor is only opened or blocked after the bouncing of the mechanical switch has stopped. The rating of these circuit elements depends essentially on the duration of the bouncing and the operating voltage or the control voltage which is taken from the separate DC voltage source.

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.In a further embodiment of the invention are once immediately on Connection of the control electrode of the quenching thyristor one or two connected in series Semiconductor valves provided as decoupling valves, which are polarized so that they on the one hand allow a control current for the thyristor and on the other hand at If a charging current flows to the quenching capacitor, no current flow via the control path of the quenching thyristor. On the other hand is in the connection conductor between the Cathode of the erase thyristor and the aforementioned ohmic resistance of the Voltage divider a further decoupling valve is provided, which is polarized so that it can lead the charging current of the quenching capacitor. It becomes the combined Arrangement of the aforementioned valves considered to be part of the invention, because in this arrangement, the purpose and function of these valves through their circuitry Arrangement are retained.

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.According to one alternative case, this is not a mechanical switch, but a If a separate DC voltage source is used for control purposes, the positive Pole of this voltage source via the upstream RC combination with the base of Transistor and the negative pole with the negative pole of the operating voltage source get connected. The proposed according to the invention semiconductor valve that the Connects the cathode of the quenching thyristor to the negative pole of the operating voltage source, has the purpose of protecting the lower side of the quenching capacitor in the event of voltage fluctuations to keep the operating voltage source at the negative potential of this source and thus to avoid unintentional firing of the quenching thyristor and independently of the measures explained above to act according to the invention.

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.In the following, the invention will be based on an exemplary embodiment the figure will be explained. The circuit of the embodiment relates on the case in which a mechanical switch and an npn transistor are used as switching means be used. The essential parts of this circuit are in the Figure strongly drawn out.

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.With a transistor is referred to, the emitter-collector path in the cable run between the terminal 50 to the negative pole of the operating voltage 41 and the connecting wire between terminal 32 of the control pulse generator and the Tapping point of the voltage divider 53 is inserted. In the control circuit of the transistor a combined RC circuit is provided. The capacitor 381 and the ohmic Resistor 383 form the charge current path of the control circuit. This charging current path is fed by the operating voltage source. On the other hand, form the capacitor 381 and the ohmic resistor 382, both in series connection of the emitter-base path connected in parallel, the discharge current path of the control circuit. Furthermore is between the negative pole of the operating voltage and the cathode of the erase thyristor 52 Current path provided in which a semiconductor valve 39 is located. This semiconductor valve is polarized so that its cathode points in the direction of the cathode of the erase thyristor. Furthermore, in the control circuit of the extinguishing thyristor are directly connected to the control electrode connection two series-connected semiconductor valves 55, 55 'are provided, which in per se serve as a decoupling or blocking diodes in a known manner. Also is in the cable run from the lower connection of the quenching capacitor 51 to the right ohmic resistor of the voltage divider 53, a semiconductor valve 54 is provided polarized in such a way that it able to lead the charging current of the quenching capacitor.

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.The advantages achieved with the invention in a thyristor DC switch the arrangement described above consist, as can be seen, in that also the operating current when using a mechanical switch that is not bounce-free safely switched with a single switching act and that by voltage fluctuations on the part of the operating voltage, in particular due to voltage drops, the operating current also cannot be temporarily interrupted.

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.In addition, the advantages are that the mechanical switch or alternatively the separate DC voltage source only through a weak one Control current and not with the charging and discharging current of the quenching capacitor and in particular the separate DC voltage source is not affected by the supply current of the control pulse generator are charged.

Claims

Claims: 1. Thyristor switch for switching a direct current flowing through a consumer on and off, the consumer being assigned a freewheeling diode, with a main thyristor in the circuit and a quenching thyristor and capacitor connected in parallel to it, which is reloaded when the main thyristor is triggered via a resistor, ready for quenching, with a pulse generator for controlling the main thyristor and a mechanical switch for switching the entire arrangement on and off, in which one pole of the supply source via the mechanical switch, which has a working contact for permanent contact, with one connection of the pulse generator and with the control electrode of the quenching thyristor is connected directly and to the quenching capacitor via the charging resistor, which forms part of a voltage divider connected in parallel to the quenching thyristor, according to patent application P 12 62 344.8-31 (German Auslegeschrift 1262344), characterized in, net, that either one pole of the operating voltage source (41) via the mechanical switch (35) or one pole of a separate DC voltage source (36 and 37) is connected to the base electrode of a transistor (38), the emitter-collector path of which the other poles of the Operating voltage source (41) or the DC voltage source (36 and 37) with the connecting conductor between the terminal (32) of the control pulse generator (3) and the tapping point of the voltage divider (53) on the quenching thyristor (52), that also connects the emitter and base electrodes this transistor are connected via a capacitor (381) and an ohmic resistor (382) connected in series, the connection point of which is connected via a further ohmic resistor (383) to one pole of the operating voltage source (41) or the DC voltage source (36 and 37) is connected, and that the cathode of the erase thyristor (52) with the other pole of the operating voltage (41) via a half polarized in the reverse direction iter valve (39) is connected.

2. Thyristor DC switch according to claim 1, characterized in that that the means of the capacitor (381) and the ohmic resistors (382 and 383) RC combination formed according to the applied voltage to control the transistor (38) and the bounce time of the mechanical switch (35) is measured.

3. Thyristor DC switch according to claim 1, characterized in that the transistor (38) is an npn transistor and via the mechanical switch to the negative pole of the operating voltage (41) can be connected.

4. Thyristor DC switch according to claim 1, characterized characterized in that in the connection conductor of the control electrode of the quenching thyristor (52) and semiconductor valves in the connecting conductor between its cathode and voltage divider (53) (54 or 55, 55 ') are provided, the direction of flow of which corresponds to the direction of the quenching capacitor charging current or the control current of the quenching thyristor (52).