DE2951115C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Zündschaltung ist aus der US-PS 37 28 557 bekannt.

Derartige Zündschaltungen werden verbreitet zur gesteuerten Zündung einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten zu einem Thyristorventil zusammengefaßten Thyristoren be­ nutzt. Solche Thyristorventile können Bestandteile eines Stromrichters sein. Im allgemeinen wird man die Zündung der Thyristoren nicht mittels durchgehender Zündsignale, sondern vielmehr durch kurze Zündimpulse bewirken, um durch eine zeitliche Begrenzung des dem Gate des Thyristors zuzuführen­ den Steuerstromes die Steuerleistung gering zu halten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Thyristoren solcher Thyristorventile gefährlich werden, wenn einige, aber nicht aller Thyristoren sich im Durchlaßzustand befinden. Die an dem Thyristorventil liegende Vorwärtsbewegung bricht dann nicht völlig zusammen, sondern teilt sich auf die noch bzw. schon im Sperrzustand befindliche Thyristoren auf, so daß diese Thyristoren durch Spannungsüberlastung beschädigt werden können. Beim gesteuerten Zünden kann ein solcher Zustand vermieden werden, indem Steuerstromimpulse einer ausreichenden Zeitdauer vorgesehen werden. Treten jedoch während der eigentlichen Durchlaßphase, bspw. durch Strom­ änderungen induktiver Schaltglieder, kurzzeitig Rückwärts­ spannungen auf, so fällt der von den Thyristoren aufgenom­ mene Strom unter deren Haltestrom ab, und es können Thyri­ storen, falls die Rückwärtsspannung über deren Freiwerde­ zeit andauert, gelöscht werden. Da die Freiwerdezeiten je­ doch individuelle Kennwerte sind, besteht beim Auftreten kurzzeitiger Rückwärtsspannungen stets die Möglichkeit, daß nach dem Wiederanlegen der Vorwärtsspannung nicht alle Thy­ ristoren des Thyristorventiles sich im gleichen Schaltzu­ stand befinden und die schon im Sperrzustand befindlichen durch Spannungsüberlastung gefährdet sind.

Nach der US-PS 37 28 557 soll die am Thyristorventil liegen­ de Spannung nach Betrag und Richtung erfaßt werden. Während der durch ein Zündsignal eingeleiteten Zündphase sollen weitere zeitlich begrenzte Steuerstromimpulse, d. h. Zündim­ pulse, ausgelöst werden, sobald die am gesamten Thyristor­ ventil liegende Durchlaßspannung einen vorgegebenen Schwell­ wert überschreitet. Das bedeutet jedoch, daß, gegebenenfalls weitere, Zündimpulse immer erst dann ausgelöst werden, wenn bereits eine nicht zu vernachlässigende Vorwärtsspannung am gesamten Thyristorventil anliegt, so daß, insbesondere unter Berücksichtigung der vorliegenden Verzögerungszeiten der Schaltung, die Gefährdung eines einzelnen, im Sperrzustand verbliebenen Thyristors sich nicht ausschließen läßt. Auch nach der DE-AS 23 28 771 sowie der DE-OS 26 14 607 werden nur in Durchlaßrichtung auftretende Spannungen zur Auslösung weiterer Zündsignale überwacht. Zusätzlich erfolgt nach der DE-OS 26 14 607 auch eine Überwachung von Sperrspannungen, wobei der Durchlaßspannungsdetektor einem Thyristor mit geringem Ladungsträgerrest und der Sperrspannungsdetektor einem Thyristor mit hohem Ladungsträgerrest zugeordnet sind. Der Sperrspannungsdetektor jedoch wird nicht zum Auslösen weiterer Zündsignale benutzt, sondern beendet vielmehr durch Rückschaltung eines Flip-Flops die der Thyristorkette vorge­ gebene Zündphase. Das bedeutet jedoch zunächst, daß bei der Bestückung von Thyristorventilen auch die Freiwerdezeit der einzelnen Thyristoren festzustellen und zu berücksichtigen ist. Des weiteren werden Schaltvorgänge immer erst durch das Ermitteln einer ausreichenden Vorwärts- bzw. Rückwärtsspan­ nung ausgelöst, so daß ein schnelles und feinfühliges An­ sprechen auf im Hauptstromkreis auftretende Störimpulse nicht gewährleistet ist.

In der DE-AS 26 37 868 wird eine weitere Zündschaltung of­ fenbart, bei der jedem einzelnen einer Vielzahl von in Serie geschalteten Thyristoren ein Sperrspannungsdetektor zugeord­ net ist. Die Auswertung der auf diesen gewonnenen Signale jedoch erweist sich als recht aufwendig, da Schaltmaßnahmen von ihnen erst gewonnen werden, wenn, ermittelt durch be­ sondere Zählschaltungen, eine dominierende Vielzahl der Gesamtanzahl der Sperrspannungsdetektoren Signale bewirkt haben. Auch hier ist ein schnelles und feinfühliges Anspre­ chen auf im Hauptstromkreis auftretende Sperrspannungsperio­ den nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Zündschal­ tungen, bei denen beim Wiedereinsetzen der Durchlaßspannung nach Sperrspannungen während des gewünschten Leitfähigkeitsintervalls erneut Zündimpulse ausgelöst werden, so weiterzubilden, daß durch feinfühliges, kurzzeitiges Reagieren der Zündschaltung auf die Spannungsverhältnisse des Thyristorventiles die Gefährdung von Thyristoren des Ventiles praktisch auszu­ schließen ist und eine möglichst durchgehende Strombelastung erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentan­ spruches 1. Das gewünschte feinfühlige, weitgehend verzöge­ rungsfreie Anpassen an die Spannungsbelastung des Thy­ ristorventiles ergibt sich daraus, daß nicht erst das Auf­ treten einer wesentlichen bzw. einen Schwellwert überschrei­ tenden Vorwärtsspannung abgewartet wird, ehe weitere Zünd­ impulse bewirkt werden: Bereits das erhebliche Abschwächen und das gegen Null Gehen einer Sperrspannung wird zur Aus­ lösung eines weiteren Zündimpulses genutzt.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbin­ dung mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt hierbei

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles,

Fig. 2 Spannungsverläufe über der Zeit bei der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 im Prinzipschaltbild die Meßschaltungen der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Variante zu Fig. 1, und

Fig. 5 Spannungsverläufe bei der Anordnung nach Fig. 4.

Im Blockschaltbild der Fig. 1 ist ein Thyristorventil 1 gezeigt, das aus einer Anzahl in Reihe geschalteter Thyri­ storen 2 besteht, von denen in der Zeichnung drei darge­ stellt sind. Das Thyristorventil 1 kann bspw. ein Teil eines an sich bekannten Stromrichters sein.

Den Thyristoren, bspw. Thyristor 2, sind aus einem Wider­ stand und einem Kondensator bestehende Dämpfungsglieder 3 zugeordnet.

Zur Steuerung der Zündung der Thyristoren ist ein Steuer­ kreis 4 vorgesehen, der für die Dauer des angestrebten Durchlaßzustandes ein Steuersignal a abgibt.

Dem Thyristor 2 ist eine Meßschaltung 5 zugeordnet, deren Ausgänge bzw. den an ihnen anstehenden Signale mit b und c bezeichnet sind wobei einerseits die am Thyristor 2 anliegende Vorwärtsspannung über­ wacht wird und beim Auftreten einer solchen Vorwärtsspannung ein Signal b erzeugt wird, während andererseits die Sperrspannung überwacht wird und beim Auftreten einer solchen Sperrspannung ein Signal c erzeugt wird. Das Steuersignal a sowie das Signal b wer­ den einem ersten UND-Glied 6 zugeführt, und das Steuersignal a sowie das Signal c werden einem zweiten UND-Glied 7 aufge­ schaltet. Damit bewirkt das erste UND-Glied 6 ein Zündsignal d, wenn während der durch das Steuersignal a bezeichneten Zündphase am Thyristor 2 eine Vorwärtsspannung ansteht und dieser daher zündfähig ist. Das Zündsignal d wird durch ein ODER-Glied 9 erfaßt und als Zündsignal g einer Treiberstufe 10 übermittelt, die aus dem Zündsignal den Steuerstromimpuls h bildet, welcher dem Gate des Thyristors 2 bzw. der Thyri­ storen 1 zugeführt wird. Mit Einsetzen des Durchlaßzustandes der Thyristoren bricht das Signal b zusammen und bestimmt damit die Rückflanke der Zündimpulse d und g sowie des Steuerstromimpulses h.

Dem UND-Glied 7 sind das Steuersignal a sowie das Signal c aufgeschaltet. Ein Ausgangssignal e wird damit nur erzielt, wenn während der durch das Steuersignal a definierten Zünd­ phase am Thyristor 2 eine Sperrspannung anliegt. Dieses Ausgangssignal e ist einer Impulsstufe 8 aufgeschaltet, welche dann einen Zündimpuls f bewirkt, wenn das Ausgangs­ signal e des UND-Gliedes 7 vom hohen auf einen niedrigen Pegel abfällt. Damit wird dann, wenn während der Zündphase eine Sperrspannung gegen den Wert Null geht, auch das Aus­ gangssignal e verschwinden und ein Zündimpuls f bewirkt, der, von dem ODER-Glied 9 erfaßt, als Zündimpuls g der Trei­ berstufe 10 zugeführt wird und einen Steuerstromimpuls h bewirkt. Damit wird erreicht, daß nicht erst beim Wiederan­ steigen der Vorwärtsspannung nach einem während der Zünd­ phase erfolgenden Spannungseinbruch ein weiterer Zündimpuls g bewirkt wird, sondern bereits mit dem Abklingen des nega­ tiven Spannungseinbruches.

Im einzelnen sind die hierbei auftretenden Signalformen prinzipiell im Diagramm der Fig. 2 dargestellt. In der er­ sten Zeile ist die an der Anoden-Kathoden-Strecke des Thy­ ristors 2 anliegende Spannung U _AK dargestellt, wobei während einer positiven Halbwelle aufgrund der Zündung die Spannung zusammenbricht, aufgrund eines negativen Spannungseinbruches der Sperrzustand des Thyristors wieder erreicht wird und im folgenden Ansteigen der Vorwärtsspannung durch erneute Zün­ dung die Spannung bis zum anschließenden Ansteigen der Sperrspannung zusammenbricht. In einem zweiten Abschnitt ist im Anschluß an einen flacheren Spannungseinbruch eine so schnell erfolgende erneute Zündung dargestellt, daß eine folgende Vorwärtsspannung vermieden ist.

In der zweiten Zeile ist der Verlauf des die Dauer der Zünd­ phase d. h. das gewünschte Leitfähigkeitsintervall bestimmenden Steuersignales a aufgezeigt. In der fol­ genden Zeile ist das das Anliegen einer Vorwärtsspannung angebende Signal b aufgezeigt, während anschließend das das Auftreten einer Sperrspannung kennzeichnende Signal c dar­ gestellt ist. Zündsignale d werden bewirkt, wenn während der durch das Steuersignal a definierten Zündphase Vorwärtsspan­ nungen am Thyristor 2 ermittelt werden. Dies trifft auch auf Vorwärtsspannungen zu, die im Anschluß an Spannungseinbrüche auftreten können. In der zweiten Darstellung dieser Zeile tritt ein Zündimpuls d nur zu Beginn der Zündphase auf, und der Zündimpumls f wird so schnel beim Rückgehen des noch nicht völlig beendeten Sperrspannungseinbruches bewirkt, daß durch die erneute Zündung eine Vorwärtsspannung gar nicht erst aufkommen läßt. Die Signale e zeigen während der Zündphase auftretende negative Spannungseinbrüche auf; praktisch durch ihre Rückflanke werden mittels der Impulsstufe 8 weitere Zündsignale f bewirkt, die wie die Zündsignale d von dem ODER-Glied 9 erfaßt werden und zu Zündsignalen g führen, die durch die Treiberstufe 10 zu Steuerstromimpulsen h vorgege­ bener Impulsbreite T ₁ führen.

Ausführlicher ist die Wirkungsweise der Meßschaltungen 5 anhand der Fig. 3 erläutert. Dem Thyristor 2 sind zwei ein­ ander parallelgeschaltete und invers gepolte Leuchtdioden 12 und 13 parallelgeschaltet, denen ein den auftretenden Strom begrenzender Widerstand 11 vorgeordnet ist. Das von den Leuchtdioden 12 bzw. 13 abgegebene Licht wird über Licht­ pfade 14 und 15, die als Lichtleiter ausgebildet sein kön­ nen, Phototransistoren 16 bzw. 17 zugeführt. Den Phototran­ sistoren sind jeweils Schalttransistoren 18 bzw. 19 sowie invertierende Verstärker 20 bzw. 21 nachgeordnet, an deren Ausgang die Signale b bzw. c anstehen. Tritt am Thyristor 2 eine merkliche Vorwärtsspannung auf, so beginnt die Leucht­ diode 13 mit der Emission von Licht, das über den Lichtpfad 15 dem Phototransistor 17 zugeführt wird und diesen erregt, so daß das verstärkte und invertierte Signal b am Ausgang auftritt. Tritt dagegen eine nicht zu vernachlässigende Rückwärtsspannung auf, so spricht, mit einer Strombegrenzung durch den Widerstand 11, die Leuchtdiode 12 an, die über den Lichtpfad 14 den Phototransistor 16 erregt und entsprechende Signale c abgibt. Die benutzten Lichtpfade erlauben hierbei nicht nur eine saubere und hochbelastbare Trennung des Potentiales des unter Hochspannung stehenden Thyristors 2 von der Niederspannungsstufe des Zündkreises, der Einsatz der Lichtemission der Leuchtdioden läßt sich gleichzeitig als zu überschreitender Schwellwert bei der Bestimmung der am Thyristor 2 anliegenden Spannungen benut­ zen.

In Fig. 4 ist eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 1 aufgezeigt. Der Impulsstufe 8 der Fig. 1 ist nach Fig. 4 noch ein Verzögerungsglied 22 nachgeordnet, und dessen Aus­ gangssignal, das Zündsignal f′, wird dem ODER-Glied 9 zu­ geführt. Die durch das Verzögerungsglied 22 bewirkte Verzö­ gerung des Zündsignales f′ um den Betrag t _d kann einerseits die Beanspruchung der Thyristoren 2 senken; andererseits kann die Verzögerung benutzt werden, die Impulsbreite von durch Zündsignale f′ bewirkten Steuerstromimpulsen h′ von T ₁ auf T ₂ zu reduzieren und damit die von der Treiberstufe 10 aufzubringende Leistung zu senken. Mittels des Verzögerungs­ gliedes 22 läßt sich auch eine Korrektur der Ansprechschwel­ le der Meßschaltung auf Sperrspannung erreichen, indem durch eine zusätzliche Verzögerung nach Erfassen der Schwelle des Ab­ fallens gegen Null das verzögerte zusätzliche Zündsignal in eine Phase weiter abgefallener bzw. bereits wieder leicht angestiegener Spannung fällt.

Nach der Erfindung sind die Thyristoren einer Gruppe von Thyristoren, die gemeinschaftlich belastet sind, infolge temporärer Sperrspannungen aber sich nicht alle im gleichen Durchlaßzustand befinden, besonders weitgehend geschützt, da weitere Steuerstromimpulse nicht nur und nicht erst nach der Erfassung erneut auftretender Vorwärtsspannungen bewirkt werden, sondern zusätzlich bereits beim Abfallen temporärer Sperrspannungen gegen den Wert Null. Die hierdurch gewährte Sicherheit erlaubt es auch, mit Steuerstromimpulsen geringer Impulsbreite und damit abgesenkter Leistung zu arbeiten, ohne in der Schaltung vorgesehene Thyristoren oder aber die Wirkungsweise der Schaltung zu gefährden. In jedem dieser Fälle wird der gewünschte Betrieb ebenso gesichert, wie die Standzeit der Anordnung durch praktisch völliges Ausschlie­ ßen auch nur kurzzeitiger Überlastungen einzelner Thyristo­ ren erhöht wird.

Claims (4)

1. Zündschaltung für eine Thyristoranordnung mit einer An­ zahl in Reihe geschalteter, gleichzeitig zu zündender Thyristoren mit einem Steuerkreis (4) zur Vorgabe des ge­ wünschten Leitfähigkeitsintervalls (a) und mit einer Meß­ schaltung (5), die ein Ausgangssignal (b) abgibt, wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode mindestens eines Thyristors (2) in Durchlaßrichtung desselben einen vorge­ gebenen Schwellwert überschreitet, wobei die Ausgänge von Steuerkreis (4) und Meßschaltung (5) auf die Eingänge eines ersten UND-Gliedes (6) geschaltet sind, welches bei der Ansteuerung seiner Eingänge über eine nachgeordnete Treiberstufe (10) Zündimpulse auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (5) über einen separaten Ausgang ein weiteres Ausgangssignal (c) für eine Zeitdauer bereit­ stellt, während der an dem Thyristor eine Spannung in Sperrichtung zwischen dessen Anode und Kathode liegt, und daß das weitere Ausgangssignal (c) und das Steuer­ kreis-Ausgangssignal (a) auf die Eingänge eines zweiten UND-Gliedes (7) geführt sind, dem eine Impulsstufe (8) nachgeschaltet ist, welche beim Zurückfallen des weiteren Ausgangssignals (c) auf Null einen weiteren Zündimpuls (f) auslöst.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des ersten UND-Gliedes (6) und der Impulsstufe (8) jeweils auf Eingänge eines ODER-Gliedes (9) geführt sind, dessen Ausgangssignale der Treiberstufe (10) zuge­ führt werden.

3. Zündschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Impulsstufe (8) und dem ODER-Glied (9) ein Verzögerungsglied (22) vorgesehen ist (Fig. 4).

4. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (5) Leuchtdioden (12, 13) aufweist, die über Lichtpfade (14, 15) mit zu­ geordneten Phototransistoren (16, 17) gekoppelt sind (Fig. 3).