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t'sChaltungsanordnung zum Messen der Freiwerdezeit eines Thyristors"
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen der Freiwerdezeit eines
Thyristors, bei der dieser in einem Vorwärtsstromkreis und in einem Stromkreis zur
Zwangslöschung durch einen mit Hilfe eines zweiten Thyristors eingeschalteten Rückwärtsstromstoß,
der einem Löschkondensator entnommen wird, angeordnet ist, bei der ferner der Thyristor
einem Kondensator eines Stromkreises parallelgeschaltet ist, in dem ein geladener
zweiter Kondensator durch einen nach dem Einschalten des Rückwärtsstromstoßes gezündeten
dritten Thyristor über einen stellbaren Widerstand auf den Kondensator umgeladen
und dadurch die positiv wiederkehrende Spannung an den Thyristor angelegt wird,
und bei der im Vorwärts- und im Rückwärtsstromkreis mit dem Thyristor eine Gleichrichterdiode
in Reihe geschaltet ist.
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Eine bekannte Schaltungsanordnung zum Messen der Freiwerdezeit von
Halbleiterventilen, die wie vorangehend beschrieben zusammengesetzt ist (DX-PS 1
614 037), zeichnet sich dadurch aus, daß sastlich die Freiwerdezeit beeinflussnde
Parameter
voreinander unabhängig einstellbar sind und daß schaltungstechnische Mittel zur
zeitgerechten Entkopplung des Vorwärtsstromkreises vom Rückwärtsstromkreis sowie
von dem Stromkreis, mit dem die positiv wiederkehrende Spannung an den Thyristor
angelegt wird, dessen Freiwerdezeit gemessen.werden soll, vorgesehen sind. Diese
Entkopplungsmittel sind eine Gleichrichterdiode mit einer sehr langen Erholzeit,
die im Vorwärts- und im Rückwärtsstromkreis mit dem Thyristor in Reihe geschaltet
ist, und ein gesonderter Thyristor mit sehr kurzer Freiwerdezeit, welcher nur im
Vorwärts stromkreis mit dem betreffenden Thyristor in Reihe geschaltet ist und noch
vor demselben gelöscht wird. Der erwähnten Gleichrichterdiode ist der Kondensator
des Stromkreises, mit dem positive Spannung an den Thyristor angelegt wird, direkt
parallelgeschaltet. Dem Thyristor hingegen ist der betreffende Kondensator über
den gezündeten gesonderten Thyristor und den fjöschkondensator parallelgeschaltet.
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Wenn der Thyristor beim Messen der Freiwerdezeit periodisch gezündet,
zwangsgelöscht und durch die wiederkehrende positive Spannung beaufschlagt wird,
so befindet sich die vorerwahnte Gleichrichterdiode zuerst jeweils im Vorwärtsstromkreis,
sodann im Rückwärtsstromkreis und zuletzt jeweils in dem Stromkreis, mit dem die
wiederkehrende positive Spannung an den Thyristor angelegt wird. Mit einer Gleichrichterdiode
langer Erholzeit wird erreicht, daß sie bei der Zwangslöschung des Thyristors entsprechend
lange stromleitend bleibt und dabei die Rückwärts spannung an den Thyristor durchläßt.
Das Ende des Zeitabschnitts, in dem der Thyristor an Rückwärtsspannung liegt, wird
mit dem Zeitpunkt festgelegt, in dem der oben erwähnte gesonderte Thyristor die
positive Spannung an den Thyristor schaltet.
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Die vorbeschriebene bekannte Schaltungsanordnung ist so eingerichtet,
daß der Thyristor, dessen Freiwerdezeit gemessen wurden 8011, genügend lang mit
Vorwärtsstrom belastet
werden kann, damit die Freiwerdezeit unter
den bei Leistungastromrichtern für 50 Hz-Netzanwendungen best ehenden Bedingungen
gemessen werden kann.
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Bei einer weiteren bekannten Schaltung zur Messung der Freiwerdezeit
von Thyristoren (messen und prüfen, Nov. 1968, S. 625 - 627, Abb. 2) wird die Funktion
des rechtzeitigen Entkoppelns der vorerwähnten Gleichrichterdiode durch Anordnung
derselben in der Wechselstromdiagonale einer Diodenbrücke ermöglicht, die so vorgeflutet
wird, daß sie den vollen Rückstrom des Thyristors übernehmen kann. Diese Schaltung
und die Vorflutung erfordern einen zusätzlichen Aufwand an Thyristoren und Dioden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
anzugeben, mit der besonders kurze Freiwerdezeiten von Thyristoren bis zu etwa 1
/us herab gemessen werden können, mit der jedoch auch Freiwerdezeiten bis zu etwa
50 /us meßbar sind und bei der im Vergleich zu der bekannten Schaltungsanordnung
weitaus weniger Schaltkreiselemente, insbesondere Hilfsthyristoren, erforderlich
sind.
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Eine diesen Anforderungen genügende Schaltungsanordnung ist erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß in bekannter Weise ein Kondensator im Vorwärtsstromkreis geschaltet
ist, welcher über den gezündeten Thyristor und eine Gleichrichterdiode kurzer Erholzeit
sowie über eine Drossel mit einem Stromimpuls entladen wird, dessen Impulsdauer
nicht länger, als um.den Thyristor in seinem gesamten Querschnitt stromleitend zu
schalten, eingestellt wird und daß der Gleichrichterdiode ein mindestens die am
Thyristor wiederkehrende positive Spannung sperrender, derart gesteuerter Transistor
gegenparallelgeschaltet ist, daß dieser den vollen Thyristorrückstrom führen kann,
bei dem die Steuerung beim Zünden les zweiten Thyristors einsetzt und die Schaltzeit
kürzer (),7E) /UE3 ist.
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Bei einer wie vorangehend beschrieben aufgebauten Schaltungsanordnung
kann nach weiteren Ausbildungen der Erfindung der Transistor einfach mit Hilfe einer
RC-Eombination gesteuert sein, ferner kann der Emitter-Eollektor-Strom des Transistors
von einem Verstärker zeitlich und in der Stromhöhe direkt proportional dem Verlauf
des Thyristorrückwärtsstromes automatisch gesteuert sein.
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Es sei hier noch bemerkt, daß eine erfindungsgemäß aufgebaute Schaltungsanordnung
auch zum Messen von Freiwerdezeiten länger als 50 /us geeignet ist und daß ein Vorwärtsstromkreis
des Thyristors, dessen Freiwerdezeit gemessen werden soll, mit entsprechender Bemessung
des Kondensators und der Drossel für die Erzeugung eines Vorwärtsstromimpulses in
der jeweils gewünschten Höhe und Dauer vorgesehen werden kann. Sind entsprechende
Anforderungen an die Schaltungsanordnung gestellt, so kann der Vorwärtsstrom ferner
aus einem Wechselstromnetz über einen Transformator und einen Gleichrichter bezogen
werden, wie dies bei der bekannten Schaltungsanordnung der Fall ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird nachfolgend naher beschrieben.
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Es zeigen Figur 1 eine Schaltungsanordnung zum Messen der Freiwerdezeit
eines Thyristors, welcher den Vorwärtsstrom aus einem Kondensator erhält, Figur
2 zwei Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Schaltungsanordnung nach
Figur 1.
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In der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ist der Thyristor, im folgenden
als Prüfling bezeichnet, dessen Freiwerdezeit gemessen werden soll, mit 1 bezeichnet.
Dieser ist einmal in einem Vorwärts- oder Belastungsstromkreis angeordnet und in
bekannter Weise mit einer Gleichrichterdiode 2, einer Drossel 3 und einem Kondensator
4 in Reihe geschaltet. Letzterer wird
aus einer Wechaelstrosquelle
5 über einen Transformator 6 und einen Gleichrichter 7 in der angezeigten Polarität
geladen und liefert beim Zünden des Thyristors 1 einen Vorwärtsstromimpuls, mit
dem der Thyristor belastet wird. Höhe und Dauer dieses Impuls es können durch Bemessung
des Kondensators 4 und der Drossel 3 sowie des Transformators 6 und der Stromquelle
5 vorgegeben werden.
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Der Prüfling 1 liegt ferner in einem Rückwärts stromkreis zur Zwangslöschung
durch einen Rückwärtsstromimpuls und ist in bekannter Weise mit einem Löschkondensator
8, einem zweiten Thyristor 9 (Löschthyristor), einer Stelldrossel 10 und der oben
erwähnten Gleichrichterdiode 2 in Reihe geschaltet.
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Letztere muß eine sehr kurze Erholzeit aufweisen. Der Löschkondensator
8 wird aus der Wechselstromquelle 5 über den Transformator 6 und einen Gleichrichter
11 in der angezeigten Polarität löschbereit geladen. Der Gleichrichterdiode 2 ist
ein Transistor 12 gegenparallelgeschaltet, der mindestens eine Spannung von der
Größe der am Prüfling wiederkehrenden positiven Spannung sperren kann und eine Schaltzeit
aufweist, die kürzer als 0,75 /us ist.
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Die Schaltungsanordnung enthält ferner einen Stromkreis, mit dem an
den gelöschten Prüfling 1 die positiv wiederkehrende Spannung übertragen wird. Dieser
enthält einen aus der Stromquelle 5 über einen Transformator 6" und einen Gleichrichter
13 geladenen Kondensator 14 und einen dem Ladestromkreis des Kondensators parallelgeschalteten
Entladestromkreis, in dem ein dritter Thyristor 15, ein Satz stellbare Widerstände
16 und ein weiterer Kondensator 17 in Reihe geschaltet sind.
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Dem Kondensator 17 ist der Prüfling 1 über einen Widerstand 18 parallelgeschaltet.
Weiter ist ein unabhängig vom Prüfling wirksamer Entladewiderstand 25 dem Thyristor
15 und dem Kondensator 14 parallelgeschaltet. Der Kondensator 14 hat eine größere
Kapazität als der Eondeidator 17. Hingegen hat der Löschkondensator 8 eine erheblich
größere Kapazität als der Kondensator 4 im Vorwärtsstromkreis des Prüflings.
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Der Schaltungsanordnung sind vier Steuerimpulsgeber 19, 20, 21, 22
zugeordnet. Der Steuerimpulsgeber 19 zündet den Prüfling 1 mit einer Folgefrequenz
von 5QHz, mit der der Prüfling, der Thyristor 9, der Transistor 12 und der Thyristor
15 nacheinander stromleitend gesteuert werden. Der Steuerimpulsgeber 20 gibt jeweils
im Maximum des Vorwärtsstromimpulses einen Steuerimpuls ab und zündet den Thyristor
9. Das Impulsmaximum kann auf einfache Weise durch den Nulldurchgang der Spannung
an der Drossel 3 über Leitungen 23 registriert werden. Gleichzeitig mit dem Impulsgeber
20 steuert der Steuerimpulsgeber 21 den Transistor 12 in den leitenden Zustand und
setzt eine dem Impulsgeber 22 zugehörige Zeitstufe in Lauf, mit der der Zeitabschnitt
vorgegeben wird, in dem der Prüfling bis zur Wiederkehr der posotiven Spannung mit
Rückwärtsspannung beansprucht wird.
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An dem zeitlichen Verlauf der Spannung U1 (Fig. 2, Diagramm a) und
des Stromes 11 (Fig. 2, Diagramm b) ist die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung
während einer Periode T des Meßvorgangs zu ersehen, Es sei angenommen, daß im Zeitpunkt
t = O die Kondensatoren 4, 8 und 14 von der Wechselstromquelle 5 geladen sind und
daß kein Ladestrom mehr fließt. Im Zeitpunkt t1, zu Beginn einer Halbschwingung
der Wechselstromquelle 5, wird der Prüfling 1 durch den Impulsgeber 19 gezündet.
Der Kondensator 4 wird dann mit einem positiven Vorwärtsstromimpuls ID über den
Prüfling, die Gleichrichterdiode 2 und die Drossel 3 entladen. Währenddessen ist
die Spannung am Prüfling nahezu Null. Im Maximum des Stromimpulses ID (Zeitpunkt
t2) ist der Kondensator 4 entladen und es wird der Thyristor 9 durch dem Impulsgeber
20 gezündet, gleichzeitig wird der Transistor 12 durch den Impulsgeber 21 aufgestcert.
Der Kondensator 8 hat im Vergleich zum KondensaOp 4 eine sehr große Kapazität und
lädt diesen in der entgegsngesetzten Polarität. er die Stelldrossel 10und di
schnell
abschaltende Gleichrichterdiode 2 mit dem parallelgeschalteten offengesteuerten
Transistor 12 ist die Spannung des Kondensators 8 an den Prüfling 1 geschaltet.
Ein Teil des Rückwärtsstromes sowie des Ladestromes des Kondensators 17 fließt zunächst
über die Gleichrichterdiode 2, bis deren gespeicherte Ladungsträger ausgeräumt sind.
Sodann führt Transistor 12 den gesamten Strom. Der Transistor 12 wird dabei über
einen Verstärker 24 proportional dem negativen Momentanwert des Rückwärtsstromimpulses
IR durch den Stromfühler 23' nachgesteuert und bleibt bis zum Einsatz der am Prüfling
positiv wiederkehrenden Spannung stromleitend. Etwa im Maximum des Stromimpulses
IR(Zeitpunkt t3) nimmt der Prüfling die rückwärts gerichtete Spannung des Kondensators
8 auf. Beim Zünden des Thyristors 9 wird eine dem Impulsgeber 22 zugeordnete Zeitstufe
in Gang gesetzt, mit der die Schonzeit (t4 - t3) des Prüflings vorgegeben wird.
Während dieser Zeit bleibt am Prüfling die Rückwärtsspannung konstant. Im Zeitpunkt
t4 schließlich wird der Thyristor 15 durch den Impulsgeber 22 gezündet und durch
Rückmeldung an den Impulsgeber 21 der Transistor 12 gesperrt. Da der Transistor
zu diesem Zeitpunkt einen sehr geringen Basis- und Kollektorstrom führt, sperrt
er sehr schnell. Bei einem Transistor mit zu langer Abschaltzeit kann auch schon
vor dem Zeitpunkt t4 ein Sperrsignal des Steuerimpulsgebers 21 abgegeben werden,
damit der Transistor 12 rechtzeitig gesperrt wird. Durch das Zünden des Thyristors
15 wird ein Teil der Ladung des Kondensators 14 über einen Widerstand 16 auf den
Kondensator 17 geführt, wobei die Spannung am Prüfling aus dem Negativen ins Positive
ansteigt. Da sich der Kondensator 17 über den Entladewiderstand 25 entladen kann,
fällt anschließend die pesitive Spannung wieder auf Null ab. Vom Zeitpunkt t5 an,
hat die Wechselstromquelle 5 wiederum die Polarität, bei der die Kondensatoren 4,
8 und 14 über die vorgeschalteten Gleichrichter 7, 11 und 13 geladen werden. Der
Prüfling erhält vom Kondensator 4 positive Spannung, die bis zum Zünden desselben
bestehen bleibt.
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Damit jiil£ifl(Meßperiode beendet und es folgt eine neue I()(J(
In
jeder Periode wird der Prüfling 1 einmal zwangsgelöscht, und es werden die Thyristoren
9 und 15 durch Unterschreiten des Haltestromes gelöscht. Die Freiwerdezeit es qdes
Prüflings wird in bekannter Weise oszillographisch gemessen, indem der Zündzeitpunkt
t4 verschoben wird. Sie kann auch mit Hilfe eines Digital-Zeitintervall-Meßgerätes
ermittelt werden. Beim Nulldurchgang des Prüflingstromes erhältdieser Zeitmesser
einen Startimpuls und beim Nulldurchgang der wiederkehrenden Spannung einen Stopimpuls.
Die Nulldurchgänge werden mittels integrierter Differenz-Komparatoren erfaßt. Die
Freiwedezeit kann in Abhängigkeit vom Scheitelwert des Vorwärtsstromimpulses ID,
von der Höhe der Rückwärtsspannung UR, von der Steilheit des Abfallens des Impulses
ID, von der Steilheit des Anstieges der ins Positive wiederkehrenden Spannung U<7
und von der Höhe dieser Spannung gemessen werden. Die genannten Parameter sind veränderbar,
z.B. mit Hilfe eines Stelltransformators 6 bzw. eines Stelltransformators 6', mit
Hilfe der Stelldrossel 10 bzw. der Widerstände 16 bzw.
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mit Hilfe eines Stelltransformators 62'. Die mit Hilfe des Transformators
6" maximal einstellbare Spannung U17 ist um ein Vielfaches höher (z.B. 1500 V) als
die Ladespannungen der Kondensatoren 4 und 8. Die Spannung an dem Kondensator 8
muß größer sein als die Spannung am Kondensator 4, damit der Prüfling unter Rückwärtsspannung
gelöscht werden kann.
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Durch Verwendung eines hochsperrenden, schnell schaltenden Transistors
12 kann in der beschriebenen Schaltungsanordnung der Prüfling weitgehend unverzögert
vom Vorwärtsin den Rückwärtsstromkreis und schließlich von diesem an den Stromkreis,
mit welchem die positiv wiederkehrende Spannung dem Prüfling aufgeschaltet wird,
übergeschaltet werden.
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Der Transistor kann überdies auf einfache Weise gesteuert und dabei
seine Aufsteuerung der Größe des Rückwärtsstromes angepaßt werden.