DE2444910C3

DE2444910C3 - Schutzvorrichtung für einen Thyristor

Info

Publication number: DE2444910C3
Application number: DE19742444910
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. 8521 Frauenaurach Thiele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1974-09-19
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2444910B2; DE2444910A1; JPS5156943A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Thyristor gegen Überspannungen, wobei der Thyristor bei Überspannung durch einen elektronischen Schalter gezündet wird, der von einem Schwellweri:- glied, das die am Thyristor anstehende Spannung erfaßt, .<> gesteuert wird und wobei die Zündenergie einem elektrischen Speicherglied entnommen wird, das über eine Diode von der am Thyristor anstehenden Spannung in Durchlaßrichtung aufgeladen wird.

Eine derartige Schutzvorrichtung ist aus der DE-AS v, 51425 bekannt. Dabei werden parallelgeschaltete steuerbare Halbleiterventile gegen Überspannungen in Durchlaßrichtung geschützt, indem man sie bei Überspannung durchzündet. Die Überspannung wird dabei mit Hilfe einer als Schwellwertglied dienenden Zener- mi diode erfaßt. Die Zenerdiode ist mit der Zündelektrode eines Hilfsthyristors verbunden, mit dem bei Überspannung die parallelgeschalteten Thyristoren gezünde« werden. Die Zündenergie wird einem Kondensator entnommen, der über eine Diode von der am Thyristor μ anstehenden Spannung in Durchlaßrichtung aufgeladen wird.
Zum Schutz von Thyristoren sind auch Überspannungsbeschaltungen mit Üperspannungsableitern und ÄCt-Gliedern bekannt, wie sie beispielsweise in dem Buch »Thyristor-Handbuch« Herausgeber Siemens AG 1965, Seiten 193 bis 195 beschrieben sind.

Aus der älteren DE-PS 23 50 233 ist eine Überspannungsschutzvorrichtung für wenigstens einen Thyristor bekannt mit einem Meßfühler zur Erfassung eines vorgegebenen Minimalwertes des Thyristorstroms, mit einem Meßfühler zur Erfassung eines aus der Thyristorspannung abgeleiteten Meßwertes und mit einer den Meßfühlern nachgeschalteten Auswertstufe, die einen Zündimpuls abgibt, wenn die Meßwerte eine vorgegebene Größe erreichen, wobei der aus der Spannung abgeleitete Meßwert die Anstiegssteilheit der Thyristorspannung ist und wobei die Auswerteschaltung wenigstens einen Speicher enthält, der den Meßwert für denThyristorstrom für wenigstens ein vorgegebenes Zeitintervall speichert, und wobei der Zündimpuls bei vorgegebenen Meßwerten unterschiedlicher Größe abgegeben wird.

Damit wird dort die Aufgabe gelöst eine Überspannungsschutzvorrichtung der in der älteren DE-PS 23 50 233 genannten Art so auszubilden, daß auch bei Auftreten von Überspannungen während der Freiwerdezeit des Thyristors unter Berücksichtigung der Abhängigkeit der Freiwerdezeit ein Überkopf-Zünden ausgeschlossen ist

_ Besonders wichtig sind solche

Überspannungsbeschahungen bei Thyristorventilen für Hochspannungsanwendungen, ζ. B. in HGÜ-Anlagen. Diese Thyristorventile werden durch die Reihen- und Parallelschaltung entsprechender Anzahlen von Thyristoren gebildet, die z. B. über Impulsübertrager magnetisch angesteuert werden.

Diese Thyristorventile können durch äußere Ursachen wie z. B. Isolatorüberschläge oder durch Blitzeinschläge auf den Übertragungsleitungen zu beliebiger Zeit einer Überspannungsbeanspruchung ausgesetzt werden. Mit einer oben erwähnten Überspannungsbeschaltung, bei der den Ventilen Überspannungsableiter parallelgeschallet werden, die die Höht· der Überspannungen auf die für die Thyristoren zulässigen Werte begrenzen und bei der eine Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit für die Thyristoren innerhalb eines Ventils durch ÄCL-Glieder erfolgt, die im Ventil verteilt angeordnet sind, wird ein weitgehender Schutz der Ventile gegen Überspannungen erreicht.

Lediglich bei Überspannungen während der Freiwerdezeit der Thyristoren, die sich an ihre Stromführungszeit anschließt, kann ein erneutes Zünden jedes Thyristors beim Auftreten positiver Spannung an seiner Anoden-Kathoden-Strecke bei einem Spannungswert erfolgen, der von der elektrischen Beanspruchung und vom Thyristorexemplar abhängig ist. Dabei ist noch zu berücksichtigen, daß die Freiwerdezeit eines Thyristors insbesondere mit der Anstiegsgeschwindigkeit und auch mit der Höhe der von negativ nach positiv wiederkehrenden Anodenspannung ansteigt. Das Einschalten von Thyristoren über ihre Anoden-Kathoden-Spannung ohne Steuerimpuls, das sogenannte Überkopf-Zünden kann zu einer Thyristorzerstörung führen, die auch bei Einsatz von Überspannungsableitern und RCLGWedern nicht auszuschließen ist.

Thyristoren können auch durch eine zu große Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung zerstört werden, was mit bekannten Schutzbeschaltungen nicht verhindert werden kann.
Es besteht die Aufgabe, eine Schutzvorrichtung der

eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Überkppf-Zflnden des Thyristors auch bei großer Anstiegssteilheit der Thyristor-Spannung ausgeschlossen ist;

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zündelektrode des Thyristors mit einer Basis eines als elektronischer Schalter und Schwellwertglied wirkenden Uni-Junction-Transistors verbunden ist, daß die andere Basis des Uni-Junction-Transistors mit dem Verbindungspunkt einer Referenzspannungsquelle und eines Widerstandes verbunden ist, die parallet zur Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors geschaltet sind und daß der Emitter des Uni-Junction-Transistors mit Meßfühlern zur Bestimmung der Thyristorspannung und deren Anstiegssteilheit verbunden ist 1 s

Mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung wird bei Auftreten einer Überspannung oder einer zu großen Anstiegssteilheit der Thyristorspannung eine gezielte Notzündung des Thyristors über die Elektrode erreicht Dies ist insbesondere auch während der Freiwerdezeit ><> des Thyristors möglich.

Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung wird anhand der Fig. I und 2 näher erläutert In den Rguren sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Gleiche Bauteile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen y, versehen.

Fig. 1 zeigt zwei parallelgeschaltete Thyristoren 1, die über Klemmen 2 und 3 an einer Spannung liegen. Der Anoden-Kathoden-Strecke der Thyristoren 1 ist ein Widerstand 4 und als Referenzspannungsquelle eine κι Z-Diode 5 parallelgeschaltet. Der Verbindungspunkt 5a zwischen dem Widerstand 4 und der Z-Diode 5 ist mit der Basis B₂ eines Uni-Junction-Transistors 6 verbunden. Die andere Basis B₁ des Uni-Junction-Transistors 6 ist über jeweils eine Sperrdiode 7 mit der Zündelektrode η jedes Thyristors 1 verbunden. Ebenfalls parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke der Thyristoren 1 liegt eine Serienschaltung, die aus einer Sperrdiode 8 und zwei Kondensatoren 9 und IO besteht, wobei der Sperrdiode 8 ein Widerstand 11 parallelgeschaltet ist. Dem w Kondensator 10 liegt die Reihenschaltung zweier Kondensatoren 14 und 15 und eines Widerstandes 16 parallel. Der Verbindungspunkt 17 der Kondensatoren 14, 15 ist mit dem Emitter E des Uni-Junction-Transistors 6 verbunden, Die am Verbindungspunkt 17 abgenommene Spannung repräsentiert die Anoden-Kathoden-Spannung des Thyristors und ihren Differential· quotienten. Wenn die Anoden-Kathoden-Spannung der Thyristoren 1 oder ihre Anstiegssteilheit den für die Thyristoren t zulässigen Wert überschreitet, so zündet mit der am Verbindungspunkt 17 abgenommenen Spannung der Uni-Junction-Transistor 6 und die Thyristoren 1 erhalten einen Zündimpuls und werden gezündet, wobei der Kondensator 15 bei dieser Notzündung als Energiespeicher dient

Das ÄC-Glied 15,16 dient dazu, die Zündverzögerung auszugleichen, die durch den Uni-Junction-Transistor 6 und den Thyristor 1 bedingt ist Diese Notzündung kann in jedem Zeitpunkt, also auch insbesondere während der Freiwerdezeit der Thyristoren 1 erfolgen und ein Oberkopf-Zünden der Thyristoren 1 ist damit in einfacher Weise vermieden. Liegt Sperrspannung an den Thyristoren 1 an, so können sich die Kondensatoren 9 und 10 über den hochohmigen Widerstand 11 entladen.

Fig.2 zeigt eine Abwandlung der .schaltung nach Fig. 1, wobei anstelle der RC-Reihenschaliung 14, 15 und 16 eine ÄC-Parallelschaltung benutzt wird. Dabei sind dem Kondensator 10 zwei ÄC-GIieder parallelgeschaltet, die aus dem Widerstand 18 und dem Kondensator 21 und dem Widerstand 20 und dem Kondensator 19 bestehen. Die Widerstände 18 und 20 sind jeweils den Kondensatoren 19 und 21 parallelgeschaltet. Der Abgriff 17 der /?C-Gliede>· ist wieder mit dem Emitter E des Uni-Junction-Transistors f> verbunden. Die Zeitkonstanten der beiden /?C-Glieder müssen unterschiedlich sein. Die Notzündung der Thyristoren 1 bei einer unzulässig großen Anstiegsgeschwindigkeit der Thyristorspannung erfolgt wie im Zusammenhang mit F i g. 1 geschildert

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung bei einfachem Aufbau eine Notzündung der Thyristoren bei allen auftretenden Überspannungsfällen sowie bei zu honer Anstiegsgeschwindigkeit der Thyristorspannung möglich ist. Die aufwendigen Überspannungsableiter bekannter Einrichtungen können damit ersetzt und eingespart werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Schutzvorrichtung für einen Thyristor gegen Überspannungen, wobei der Thyristor bei Überspannung durch einen elektronischen Schalter ι gezündet wird, der von einem Schwellwertglied, das die am Thyristor anstehende Spannung erfaßt, gesteuert wird und wobei die ZOndenergie einem elektrischen Speicherglied entnommen wird, das über eine Diode von der am Thyristor anstehenden Spannung in Durchlaßrichtung aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode des Thyristors (1) mit einer Basis (B_x) eines als elektronischer Schalter und Schwellwertglied wirkenden Uni-Junction-Transistors (6) verbunden ii ist, daß die andere Basis (Ih) des Uni-Junction-Transistors mit dem Verbindungspunkt (Sa) einer Referenzspannungsquelle (5) und eines Widerstandes (4) verbunden ist, die parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke (2,3) des Thyristors geschaltet sind und daß der Emitter (E) des Uni-Junction-Transistors (6) mit (Meßfühlern (9,10,14,15,16, 18,19, 20, 2!) zur Bestimmung der Thyristor Spannung und deren Anstiegssteilheit verbunden ist
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer r> Z-Diode, dadurch gekennzeichnet, daß eine Z-Diode (5) als Referenzspannungsquelle vorgesehen ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler für die Thyristorspannung zwei Kondensatoren (9, 10) in vorgesehen sind, die der Anoden-Kathoden-Streclce (2, 3) des Thyristors (1) parallelgeschaltet sind und mit deren VerFnciungspunkt (1Oa^ der Emitter (E) des Uni-Junction-Transistors (6) verbunden ist
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch r> gekennzeichnet, daß als Meijfßhler für die Anstiegssteilheit der Thyristorspannung wenigstens ein RC-GXku (15,16; 18,19,20,21) der Anoden-Kathoden-Strecke (2,3) des Thyristors (1) parallel liegt, das mit dem Emitter (E;des Uni-junction-Transistors (6) 4» verbunden ist.