DE1763364A1

DE1763364A1 - UEbertrager unipolarer Steuerimpulse fuer Thyristoren

Info

Publication number: DE1763364A1
Application number: DE19681763364
Authority: DE
Inventors: Edmund Mueller; Franz Dipl-Ing Ricke
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1968-05-15
Filing date: 1968-05-15
Publication date: 1972-01-05
Also published as: CH482276A; DE1763364B2; FR2008552A1; GB1269958A; FR2008552B1

Description

B^OWN, BOVERI & CIE · AKTIENGESELLSpHAFT_n.„

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Mp.-Nr. 572/68 Mannheim, den 24/ April 1968 ■

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Übertrager unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren

Die Erfindung betrifft einen Übertrager unipolarer Steuerimpulse : für Thyristoren, insbesondere zum Ansteuern von Thyristoren in Unirichterschaltungen, wobei der Kern des Übertragers vorzugsweise ^ als fiingbandkern mit hoher Sättigungs- und niedriger Remanenzinduktion ausgeführt ist.

Bei Thyristorschaltungen, wie beispielsweise bei selbstgeführten Umrichtern, liegt die Primärseite des Übertragers für die Steuerimpulse der einzelnen Thyristoren meist auf ruhigem, festem Potential, während die Sekundärseite mit den Spannungssprüngen des Kathodenpotentials der Thyristoren beaufschlagt wird. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise in den BBC-Nachrichten, Januar 1966, H. 1, S. 45 in Bild 1 und Bild 2b gezeigt. Die Anordnung nach Bild 2b ist in der Pig. 1 nochmals zusammen mit den Übertragern der Hauptthyristoren im Wechselrichter gezeigt. Die beiden Hauptthyristoren sind in Heine ~m geschaltet, so daß das Kathodenpotential des einen Thyristors immer mit dem Anodenpotential des anderen mitgezogen wird. Wird in Fig. 1 beispielsweise der Thyristor 2 gezündet, während der andere Thyristor 1 sperrt, wird das Kathodenpotential des Thyristors 1 ins Negative gezogen. Aufgrund dieser Spannungssprünge, deren Anstiegegeschwindigkeit du/dt 1000 - 3000 Y//üb betragen kann, fließen zwischen den Wicklungen des Übertragers kapazitive Ströme. Diese Ströme induzieren in der thyristorseitigen Sekundärwicklung Spannungen, die unter Umständen den Thyristor 1 zünden können, während auch noch der Thyristor 2 gezündet ist.

Zur Vermeidung der Induzierung von Störimpulsen und damit zur Vermeidung von Störzündugen bei Thyristoren können zwischen die Wicklungen des Steuerübertragers zwei Schirme aus Metallfolien gewickelt werden.

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Der eine Schirm wird mit Schirmerde, der andere mit der Kathode des zugehörigen Thyristors verbunden. Die Kapazität zwischen den Wicklungen ist damit gering, während die Kapazität zwischen den Schirmen relativ groß ist. Die durch die Spannungssprünge verursachten Ströme fließen in der Hauptsache zwischen den Schirmen, so daß in den Wicklungen des Übertragers nur geringe Spannungen induziert werden.

Pur Übertrager unipolarer Steuerimpulse werden Kernmaterialien benötigt, die einen hohen Induktionshub zwischen Remanenz und Sättigung aufweisen, d.h. niedrige Remanzen- und hohe Sättigungsinduktion. Kerne aus Material, das diese Eigenschaften aufweist, stehen vorwiegend als Ringbandkerne zur Verfügung. Bei Ringbandkernen ist jedoch eine statische Abschirmung der Übertragerwicklungen durch Metallfolien konstruktiv sehr aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine wirksame und wenig aufwendige Unterdrückung von Störimpulsen bei Übertragern unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Unterdrückung von Störimpulsen zumindest eine Wicklung des Übertragers aus einer Koaxialleitung hergestellt ist und der Anfang oder das Ende des Schirmes auf das gleiche Potential gelegt ist, wie das Ende oder der Anfang des Leiters der Koaxialleitung, Vorteilhafterweise ist bei ungleichen Windungszahlen die Wicklung mit der größeren Windungszahl aus der Koaxialleitung aufgebaut.

Um Schwingungen des Übertragers zu vermeiden, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß parallel zur Primär- oder Sekundärwicklung die Reihenschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes liegt.

Anhand der Figuren werden im folgenden Wirkungsweise und Aufbau der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen im einzelnen»

Fig. 1 einen einphasigen Wechselrichter mit den beiden Steuerübertragern für die Hauptthyristoren,

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Fig. 2 einen ringförmigen Übertrager mit zwei Wicklungen ohne Abschirmung und

Pig. 3 einen ringförmigen Steuerübertrager mit einer gemäß der Erfindung aus einer Koaxialleitung aufgebauten Wicklung.

Der einptaaige Wechselrichter in Pig. 1 enthält im lastkreis zwei Hauptthyristoren 1 und 2, denen je eine Diode 3 und 4 antiparallel geschaltet sind. Der Punkt 5 bildet den Wechselstromausgang der Schaltung. An ihm liegen die Kathoden des Hauptthyristors 1 und der Diode 4 sowie die Anoden des Hauptthyristors 2 und der Diode 3. Die Anode des Hauptthyristors 1 ist Über eine Kommutierungsdrossel 6 an den positiven Pol + einer nicht näher dargestellten Gleichstromquelle angeschlossen. Entsprechend ist die Kathode des Hauptthyri- (| store 2 über eine weitere Kommutierungsdrossel 7 an den negativen Pol - der Gleichstromquelle angeschlossen. Zwischen dem positiven + Pol und dem negativen -Pol liegt die Reihenschaltung zweier Kondensatoren 8 und 9, die mit den Kommutierungsdrosseln 6 und 7 zur Glättung der Gleichspannung und auch als Energiespeicher für die Stromwendung dienen. Der Verbindungspunkt dieser beiden Kondensatoren ist mit 0 bezeichnet. Zwischen ihm und dem Punkt 5» dem Weehselstromausgang, liegt die Kommutierungseinrichtung, die aus der Eeihenschaltung eines Kondensators 10, einer dritten Kommutierungsdrossel 11 und der Antiparallelschaltung zweier Kommutierungsthyristoren 12 und 13 besteht. Zwischen denselben Punkten 0 und 5 wird auch die nicht dargestellte Wechselstrombelastung angeschlossen.

In Pig. 1 sind zwei Übertrager 14 und 15 dargestellt, die die Steuerimpulse auf die beiden Hauptthyristoren 1 und 2 übertragen. Die Primärwicklungen 16 und 17 werden an nicht dargestellte Steuerimpulsgeneratoren angeschlossen, während die Sekundärwicklungen 18 und 19 zwischen den Steueranschluß und die. Kathode des jeweiligen zugehörigen Hauptthyristors 1 bzw. 2 geschaltet sind. Die einzelnen Beschaltungselemente der Übertrager sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt einen ringförmigen Kern 20, auf den zwei Wicklungen W₁ und W₂ aufgebracht sind. Sie Wicklungen W,^ und Wg Bind gleich

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angenommen und bifilar gewickelt. Her Anfang der Primärwicklung . W₁ ist mit 21, das Ende mit 22 bezeichnet. Der Anfang der Sekundärwicklung W« ist mit 23» das Ende mit 24 "bezeichnet. Die Anfänge beider Wicklungen sind überdies jeweils mit einem Punkt gekennzeichnet. Die zwischen den Wicklungen W. und W₂ verteilten Kapazitäten sind in Fig. 2 vereinfachend als konkretes Bauelement CT in der Mitte der beiden Wicklungen angenommen und eingezeichnet. Bei einem Spannungssprung zwischen den Anfängen 21 und 23 der beiden Wicklungen W₁ und W₂ fließt ein kapazitiver Strom zwischen diesen. Der in die Wicklung W₁ hineinfließende Strom J₁ ruft in der Primärwicklung W₁ eine den Kern 20 rechtsdrehend durchsetzende Durchflutung 0 ₁ hervor, der bei 23 aus der Wicklung W₂ herausfließende Strom J₂ ruft in der Sekundärwicklung W₂ eine den Kern linksdrehend durchsetzende Durchflutung O₂ hervor. Die Durchflütungett O₁ und O₂ sind entgegengesetzt gerichtet und heben sich wegen der gleichen Größe gegenseitig auf. Da keine Änderung der Durchflutung auftritt, wird auch in den Wicklungen keine Spannung induziert. Das gleiche gilt analog für einen Spännungssprung zwischen den Enden 22 und 24 der beiden Wicklungen W₁ und W₂. In diesen beiden Fällen ist daher eine Abschirmung nicht notwendig.

!Dritt der Spannungssprung jedoch zwischen dem Anfang 21 der Wicklung W₁ und dem Ende 24 der Wicklung W₂auf, dann hat der Strom J₂ und damit auch die Durchflutung O₂ die entgegengesetzte Richtung * wie in Üg. 2 eingezeichnet. Die beiden Durchflutungen O₁ und O₂ addieren sich und damit wird in der Sekundärwicklung W₂ eine Spannung induziert. Die Spannung kann unter Umständen einen ihyristor zu einem ungewollten Zeitpunkt zünden.

Geaäß der Erfindung wird dies' durch die Verwendung einer aus einer koaxialleitung hergestellten Wicklung vermieden, in Fig. 3 sind die Wicklungen W₁ und W^₂ wieder auf einen ringförmigen Kern aufgebracht und der einfacheren Darstellung wegen als Sektorenwicklung und mit nur zwei Windungen gezeigt. Die Bezeichnungen stimmen mit denen in Fig. 2 Überein, soweit es eich um dieselben Objekte handelt. Die Primärwicklung W₁ ist wie auch in Fig. 2 aus normalem

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Wioklungsdraht aufgebaut, während für die Sekundärwicklung W_ eine Koaxialleitung verwendet wird. Der innere Leiter der Koaxialleitung bildet dabei die eigentliche Sekundärwicklung Wp, die an den zugehörigen Thyristor angeschaltet wird. Der Schirm der Koaxialleitung, der den Leiter abschirmt, bildet eine eigene Wicklung W_, deren Anfang mit 25 und deren Ende mit 26 bezeichnet ist. Die Wicklung W, kann nun beliebig geschaltet werden.

Gemäß der Erfindung wird die Verschaltung der Wicklungsenden von W, so vorgenommen, daß der Anfang 25 des Schirmes der Koaxialwicklung auf dasselbe Potential gelegt wie die der Leiter der Koaxialleitung am Ende 24 der Wicklung Wp. Tritt nun ein Spannungssprung zwischen dem Anfang 21 der Primärwicklung W₁ und dem Ende 24 der Sekundärwicklung W₂ bzw. dem Anfang 25 der Schirmwicklung W, auf, dann fließt der kapazitive Strom in den Wicklungen W₁ und W,. Die Durchflutungen, die durch den Strom in den Wicklungen W₁ und W, hervorgerufen werden, heben sich bei gleicher Windungszahl auf. Es wird daher in der eigentlichen Sekundärwicklung Wp keine Spannung induziert. Eine geringe Störspannung kann allenfalls noch an der Streuinduktivität auftreten. Die Streu-¹' duktivität kann jedoch durch einfache konstruktive Maßnahmen niedrig gehalten werden. Selbstverständlich können die Begriffe Anfang und Ende der Wicklung auch umgekehrt werden, so daß das Ende des Schirmes., der Koaxialleitung auf dasselbe Potential. gelegt wird wie der Anfang des Leiters der Koaxialleitung.

Sind die Windungszahlungen der beiden Wicklungen W₁ und Wp bzw. damit auch W- nicht gleich, so sind dementsprechend auch die Durchflutungen nicht gleich. Sie,.heben sich nicht restlos auf und es wird noch eine Spannung induziert. Wird nun gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Wicklung mit der höheren Windungszahl aus der Koaxialleitung hergestellt, dann wird diese Restspannung über die relativ große Kapazität zwischen dem Leiter und dem Schirm der Koaxialleitung kurzgeschlossen. Die danach noch verbleibende Spannung ist sehr gering und kann nicht zu Fehlzündungen des Thyristors führen.

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Bei einem Übertrager, bei dem nach der Erfindung beide Wicklungen aus einer Koaxialleitung aufgebaut sind, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung neben Schirmanfang und Schirmende auch die Mitte des Schirmes herausgeführt sein. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten der Verschaltung, die je nach den vorliegenden unterschiedlichen Bedingungen und Einflüssen, unter denen der Übertrager arbeitet, eine Schaltung zulassen, die eine bestmögliche Unterdrückung von Störimpulsen ermöglicht.

Die Induktivitäten und Kapazitäten des Übertragers bilden einen Schwingkreis, der zu störenden Schwingungen führen kann. Um diese Schwingung zu vermeiden, ist in einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß parallel zur Primär- oder Sekundärwicklung die Reihenschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes geschaltet ist. Diese Anordnung ist in den Figuren nicht dargestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen in der einfachen Art, Störspannungen bei Übertragern unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren weitgehend unwirksam zu machen.

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Claims

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Patentansprüche:

* Übertrager unipolarer Steuerimpulse für Thyristoren, insbesondere zum Ansteuern von Thyristoren in Umrichterschaltungen, wobei der Kern des Übertragers vorzugsweise als Ringbandkern mit hoher Sättigungs- und niedriger Remanenzinduktion ausgeführt ist» dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Störimpulsen zumindest eine Wicklung (Wp) des Übertragers aus einer Koaxialleitung hergestellt ist und der Anfang (25) oder das Ende (26) des Schirmes auf das gleiche Potential gelegt ist, wie das Ende (24-) oder der Anfang (23) des Leiters der Koaxialleitung.
2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ungleicher Windungszahl der beiden Wicklungen die Wicklung mit der größeren Windungszahl aus der Koaxialleitung aufgebaut ist.

3* Übertrager nach Anspruch 1, bei dem beide Wicklungen aus Koaxialleitungen aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirme der Koaxialleitungen auch in der Mitte der Wicklungen herausgeführt sind.

4» Übertrager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primär- oder Sekundsärwicklung die Reihenschaltung eines,Kondensators und eines ohmsehen Widerstandes liegt.

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