DE1538739A1 - Thyristorschaltung - Google Patents

Description

Dr.-lng. Wilhelm Beichel -_lflQ. Frankfurt/Mcrin-1 ⁴ ■ Parkilrafl· 13

Brush Electrical Engineering Company, Ltd., Loughborough,Engl.

Thyristorsehaltung

Die Erfindung betrifft eine Thyristorschaltung* unter "Thyristoren" sollen hier steuerbare Gleichrichter verstanden werden, deren (rleichrichtereigenschaft zwischen

zwei Hauptanschlüssen steuerbar ist., Dazu sind sie mit einem dritten Anschluß, dem Steueranschluß oder "Tor" versehen, über den bzw, das sie von einem Impuls in den leiten den Zustand gesteuert werden können, wenn die Gleichrichterstrecke zwischen den Hauptanschlüssen in Durchlaßrichtung vorgespannt ist ο Solange dieser sogenannte "Zündimpuls" nicht zugeführt wird, bleiben diese Thyristoren unabhängig von der Polarität der an die Sleichriohteratrecke angeleg ten Spannung nichtleitend oder gesperrt. Bekanntlich werden diese Bauelemente häufig in Wechselstromnetegeräten zur Steuerung oder Regelung der Ausgangsleistung des Hetsgerä- tes verwendet. Dazu wird der Stromflußwinkel dar Thyristo ren durch Verschieben des Zündzeitpunktes während einer Halbwelle dar Speisewechselspannung gesteuert* Das Bau- . element wird dann selbsttätig in der näohaten Halbzelle entgegengesetzter Polarität gesperrt.

Die Steuerung einer Speisegleichspannung läßt sich jedoch nicht ohne weiteres durchführen, weil das Bauelement,

wenn es einmal in den leitenden Zustand gesteuert ist,

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solange leitend bleibt, bis spezielle Maßnahmen getroffen werden» Zu den bekanntesten Maßnahmen gehört erstens die Verwendung eines kapazitiv abgestimmten Resonanzausgangskreises, der eine Sperrspannung ausbildet, und zweitens die Verwendung eines zusätzlichen Schalterbauelementes, um den Thyristorstrom zu unterbrechen oder den Thyristor kurzzuschließen,, Resonanzkreise haben bekanntlich den Nachteil, daß es schwierig ist, zu gewährleisten, daß der Kondensator vor dem Sperrzeitpunkt immer richtig geladen ist, und wenn der Mittelwert der Ausgangsgröße dadurch geregelt werden soll, daß die Folgefrequenz der Zündimpulse des Thyristors geändert wird, kann es sein, daß sich die Frequenz der ßleichstromausgangsimpulse und die Frequenz eines irgendwo in der Schaltung auftretenden Wechselstroms (oder mehrere verschiedene Frequenzen) gegenseitig beeinflussen. Diese Schwierigkeiten können zwar durch Verwendung eines Schalterbauelementes überwunden werden, jedoch hätte dies zusätzliche Kosten und Komplikationen zur Folge ο

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Thyristorschaltung zu schaffen, die einfach und billig ist und die genannten Nachteile nicht hat Die Schaltung soll insbesondere zur Steuerung des Mittelwertes eines Gleichstroms in einer Drosselspule als Zwischenstufe einer Wechselleistungssteuerung mit Hilfe eines einzigen Thyristors verwendbar sein»

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GeaäS der Erfindung wird eine Schaltung geschaffen, die In Reihe mit einer Drosselspule a-n einer Wechselstromquelle alt gegenüber der Zeitkonstanten der Schaltung kurter Pericdendauer und eine zweite Stromquelle in Reihe Bit einem Thyristor enthält, der der Drosselspule derart parallel geschaltet 1st, daß der Thyristor während eines Teils jeder Welle der Wechselspannung an der Drosselspule in Sperrichtung vorgespannt ist, während er während des übrigen Teiles jeder Welle in Durchlaßrichtung vorgespannt ist und in den leitenden Zustand gesteuert werden kann.

Obwohl die Schaltung In erster Linie mit Gleichstrom ge- epeiat werden sollte, d. h, als. zweite Stromquelle einer Gleichstronquelle verwendet werden sollte, arbeitet die erfindungsgemäße Schaltung auch zufriedenstellend, wenn ale zweite Stromquelle eine Wechselstromquelle verwendet wird und die beiden Wechselstromquellen synchronisiert sind. Die beiden Stromquellen sind dann zweckmäßigerwelse in Gegenphase.

Die Erfindung wird nun auch anhand der beiliegenden Abbildungen von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten und Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen *nr Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden,

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figur 1 ist das Schaltbild einer Grundausführung der Erfindung,

figur 2 ieigt einen Schwingungeverlauf asur Erläuterung und

die figuren 3-7 sind Schaltbilder weiterer Aueführungen»

Bei der in figur 1 gezeigten Ausführung liegen eine Diode D1 und eine Drosselspule L in Reihe an einer Wechselstrom- quelle 10» von der ein Anschluß geerdet ist» Eine Gleichstromquelle 12, schematieoh als Batterie dargestellt, und ein Thyristor T liegen in Reihe an der Drosselspule L, Die AusgangsSpannung der Stromquelle 12 ist kleiner als die Spitsenspannung der Stromquelle 10,

Zunächst eel der Stromkreis mit der Diode D1 und der Drosselspule L, die neben ihrer Induktivität auch einen Wirkwiderstand R hat, betrachtete Der Mittelwert des in diesem Stromkreis fließenden Gleichstroms hängt nicht nur vom Wert des Wirkwiderstandes R, sondern auch von der Größe der Zeitkonstanten L/R im Vergleich zur Periodendauer der Auegangsspannung der Wechseletromquelle ab, Während der Durchlaßhalbwelle der Wechselstromquelle beginnt ein Strom in der Drosselspule zu fließen,-der aufgrund der Induktivität der Drosselspule noch in die nächste Halbwelle hinein weiterfließt, bis die der Drosselspule von der Stromquelle zügeführte Gegenspannung den Strom zu Null macht- Der Strom

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kann auf keinen höheren Wert als den ansteigen, der sich während der ersten Halbwelle ergibt und der von L/R abhängte Wenn durch die Drosselspule anfänglich ein hoher Gleichstrom fließt» bleibt die Diode solange leitend, bis der Strom auf Null abgefallen ist, und solange erscheint auch die Wechselspannung an der Drosselspule_? (Allerdings tritt stets eine kleine Restspannung auf, die gleich dem Durchlaßspannungsabfall der Diode D1 ist)» (

Nun nur Wirkung der Gleichstromquelle 12 und des Thyristors

In Figur 2 sind die sinusförmige Speisewechselspannung gestrichelt, die konstante Gleichspannung und (als stark ausgezogene Linie) die Spannung an der Drosselspule L dargestellte Der Thyristor T wird im Zeitpunkt t. gezündet» Der Thyristor kann in jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der Zeitspanne S, solange das Wechselpotential niedriger als das Gleichpotential ist, gezündet werden.. Am Ende .dieses Intervalls hört der Strom auf, aus der Gleichstromquelle 12 in die Drosselspule L zu fließen, und der Thyristor T wird wieder gesperrt₀ Solange die Ausgangsspannung der Weohselstroraquelle positiver als die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle ist, ist die Diode D1 leitende

Wenn der Thyristor nicht von einer Steuerschaltung 14 gezündet wird, die mit seinem Steueranschluß *6 verbunden ist, fließt der Strom im Stromkreis D1, I so weiter, wie

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wenn der Thyristor T und die Gleichstromquelle 12 nicht vorhanden wären, und der Gleichstrom nimmt seinen kleinsten, vom Verhältnis L/R bestimmten Wert an. Der Mittelwert des Gleichstroms kann durch Zünden des Thyristors vergrößert werden. Dabei nimmt der Mittelwert des Stromes zu, wenn der Zündzeitpunkt t₁ in der Zeitspanne S vorverschoben wird.

Pigur 3 zeigt einen praktischen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsregelung einee Wechselstromgenerator 17, dessen Feldwicklung 18 von einem Gleichstromerreger 20, der die Stelle der in Figur 1 gezeigten Stromquelle 12 einnimmt, gespeist wird.. Die Steuerschaltung 14 spricht in der üblichen weise derart auf die Amplitude der Auegangsspannung des Generators 17 an, daß sie den Zündzeitpunkt t* des Thyristors so verschiebt, da3 diese Amplitude einen vorbestimmten Wert beibehält=

Die Vorteile dieser Schaltung bestehen darin, daß erstens nur ein einziger Thyristor verwendet wird, so daß die Steuereohaltung einfach ist, und daß zweitens, wenn der Wechselstromgenerator kurzgeschlossen wird, der Gleichstromerreger genügend Feldstrom liefert, um den Kurzschluß zu beseitigen. Wenn eine Wechselstromquelle zur Erzeugung des Feldstromes verwendet würde, würde die Spannung zusammenbrechen und nur ein kleiner Strom vom Wechselstromgenerator geliefert werden.,

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In den Zeitpunkten tg (Figur 2), in denen die Diode Dt und der Thyristor T gesperrt werden, liegt der Anker des 01tiehetromerregere 20 mit ihnen in Reihe., Ein kleiner (nicht gel· igt er) mn der Wechselstromquelle 10 liegender Kondensator^verhindert deshalb, dafl die Kurvenform der Ausgangsspannung des Wecheeletrongeneratore durch Kommutierungsstrüme verzerrt wird ο

In Figur 4 ist eine Dreiphasenechaltung dargestellt, bei der die Gleichspannung durch Oleichrichtung der Spannung «wischen «wei Phasen L₁ und L₂ mit Hilfe zweier DiodenD2 und 2)3 gewonnen wird, während die dritte Phase L3 die Wechselspannung liefert. Die Drosselspule L ist hier die Feldwicklung dee Wecheelstromgenerators 17» der.die drei Phasenspannungen liefert, obwohl auch ein Gleiohstromer- reger oder ein bürstenloser Wechselstromerreger zwischen der Drosselspule L und der Feldwicklung des Wechseletronigeneretora angeordnet werden könnte. Die Speisewecheelspannung für die Diode D1 und/oder die ?)ioden D2, D3 könnte auch von einen Dauermagneterreger, der auf der gleichen Walle wie der Wechselstromgenerator angeordnet ist, anstatt von Wechselstromgenerator selbst -wie dargestellt - geliefert werden _c

Figur 5. zeigt eine symmetrische DreiphaβenseheItung, bei der alle drei Phasen (30) zur Bildung der Speisegleichspannung des Thyristors T von Dioden D4 vollweggleichgerichtet werden_n Die Speis ewe cha e !spannung für die Diode D1.

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wird an der Sekundärwicklung eines hochtransformierenden Transformators 22 abgegriffen, der von zwei der drei Phasen gespeist usit! gur Erzielung des gewünschten Verhältnisses »wischen der Weehselstromamplitude und der Gleichspannung verwendet wird*

figur 6 zeigt ©ine Elnphasenschaltung mit einem BrUckengleichrichter 24, zur Erzeugung der Speisegleichspannung für den Thyristor T und ebenfalls mit einem hochtransformlerenden Trans forma tor 22 gur Speisung der Diode 1)1 „

Schließlich ist in Figur7 eine Einphasenschaltung dargestellt, die von fineo Transformator 26 gespeist wird. Der Transformator hat eine mit einem Abgriff versehene Sekundärwicklung, deren untere Hälfte der Diode Di eine Wechselspannung zuführt und deren obere Hälfte dem Thyristor T eine phasenverschoben Spannung zuführte Während der Halbwellen, in denen das Potential der Anode des Thyristors gegenüber dem der Anode der Mod® positiv' ist, kann der Thyristor gezündet werdea,

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Claims (2)

1. Ansprüche

   Schaltung mit einom in Reihe mit einer Stromquelle, speziell einer Gleichstromquelle, liegenden Thyristor mit einer an den Stfueranschluß des Thyristors angeschlossenen, den Zündleitpunkt des Thyristors steuernden Schaltung und mit ainer Schaltung zur Bestimmung des Sperrzeitpunktes dee Thyristors, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannte Schaltung eine Drosselspule (L) in Reihe mit einer Diode (Dt) und einer Wechselstromqutllt (10) enthält und dafl der !Thyristor (T) und die zuerst genannt« Stromquelle (12) in Reihe geschaltet sind und diese Reihenschaltung parallel zur Drosselspule liegt,
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Ein« oder Mehrphasenwechaelotromversorgungssohaltung, eine die Wechsel stromquelle zur Erzeugung eines Einphasenwechselstromsignals aus einer oder mehreren Phasenspannungen der Wecimelstromversorgungsachaltung bildende Einrichtung (22) und durch eine die zuerefe genannte Stromquelle bildende Gleichrichterschaltung (D2, D3 oder D4 oder 24) zur Bildung eines Gleichstroasignals aus einer oder mehreren dieser Fhasenspannungen*

   3» Schaltung nach Anspruch 2, d a d v. r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Einrichtung [22) ein hochtransformierender Sransformator ist,

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   4·. Schaltung nach elftem oder mehreren der Ansprüche 1-3» d © & VL '£ ο h. gekennzeichnet, dafl die Droßaalapule (L) die Feldwicklung eines Wechsel-8tro©gsneffat©i?B (17) ist₉ von den» tin Steuersignal für den Stsuer&naGhIuIS (16) ü®& Thyristors (5) in an sich bekannter Weise (14) abgeleitet wird» ^;

   5» Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3» dadurch galcennsaichnet , daß die aus Drosselspule (L) und Thyristor (T) bestehende Reihenschaltung parallel «u einem Sieichstromerreger (20) odor einem büretenloaen Weohselatromerreger liegt, der ebenfalls parallel aur ?eldwicklimg (18) eines Wechaelstromgenerators. (17) liegt-, von dem ein Steuersignal für den Steueransohluß (16) dee Thyristors (T) in an sich bekannter Weise (H) abgeleitet wird.

   6_a Schaltung nach Anspruch 4 oder 5_S dadurch gekennzei chnet, daß die gemeinsame Wechselstromversorgungsschaltung der Wechselstromgenerai;or (17) oder ein zusammen mit dem Wechselstromgenerator angetriebener Erreger ist,

   7» Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zuerst genahnte Stromquelle eine Wechselstromquelle (26) ist, die mit der erstgenannten Wechselstromquelle synchronisiert ist,

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   8« Schaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g βίε en ηβ β i ohne t ,daß die Ausgangespannungen der beiden Wechseletrofflquellen um 180° phasenverschoben

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