Hallo!
Ich bin dabei einen solid-state Ersatz für eine Funkenstrecke/ein
Thyratron zu konzipieren.
Da ich viele Thyristoren für ein Schaltmodul benötige, 16x 1200V für
eine Betriebsspannung von 15kV, möchte ich natürlich einen möglichst
günstigen Thyristor einsetzen - Zwischen den Preisen von Thyristoren in
lötbaren Gehäusen und den Hockeypucks liegen ja Welten, daher meine
Frage hier.
Der Strom meines Impulses, wenn der Schalter schließt und den geladenen
Speicherkondensator an die Last koppelt, ist etwa sinusförmig, 30µs lang
und erreicht einen Spitzenwert von 5kA.
Der I²t-Wert dieses Pulses liegt also unter 0.15A²/s!
Die Repetitionsrate liegt bei nur 0,1-1Hz.
Nur die sehr großen, auch für hohe Verlustleistungen ausgelegten
Hockeypuck-Thyristoren verfügen über ein entsprechendes
Impulsstrom-Rating, wie z.B. der VS-ST230C (ca. 60EUR pro Stück):
Itsm(50Hz): 5700A
Itsm(60Hz): 5970A
I²t(50Hz): 163kA²s
I²t(60Hz): 149kA²s
Der maximale Impulsstrom wird also gerade toleriert, der I²t-Wert nicht
einmal gekitzelt...
Und dann ist da die Größenordnung der Thyristoren die ich gern verwenden
würde, Print-Thyristoren im TO-247 Gehäuse oder ähnliches, wie den
VS-30TPS12 (weniger als 2EUR pro Stück):
Itsm: 300A
I²t: 442A²s
Ich kenne die Module von Behlke (http://www.behlke.com/) und habe schon
mit diesen gearbeitet, von der Größe her können da ja auch keine
riesigen Halbleiter enthalten sein, sie sind sehr klein für die hohen
Impulsströme und Spannungen die geschaltet werden können.
Letztendlich würde ich gern wissen wer Praxiserfahrung mit dem
Missbrauch von Thyristoren in diesem Bereich hat.
Wie reagiert ein solcher, kleiner Thyristor auf sehr kurze, sehr hohe
Impulsströme?
Beste Grüße
Sascha
Arno Nyhm schrieb:> 30µs lang> und erreicht einen Spitzenwert von 5kA.> Der I²t-Wert dieses Pulses liegt also unter 0.15A²/s!
Das ist nicht alles.
Wichtig ist vor allem die Stromanstiegsgeschwindigkeit, denn die
leitendende Zone breitet sich nach der Zündung vom Gate her allmählich
aus.
Wenn dann die Stromanstieg zu schnell erfolgt, kann sich ein Hot Spot
bilden, an dem der SCR stirbt.
Günstig ist hier ein möglichst starker Triggerimpuls, aber auch der
Hersteller des SCR kann hier konstruktiv eingreifen.
In der Frühzeit der Halbleiterimpulslaser gab es z.B. recht kleine
speziell dafür entwickelte Thyristoren, die iirc einen 40A Impuls mit
einer Gesamtdauer von 200ns schalten konnten.
Der Spannungsabfall am SCR dabei war aber enorm, in der Größenordnung
von über 100V, - und das nicht nur wegen der Induktivitäten des Aufbaus.
Haute würde ich, wenn es um schnelles Schalten geht, duchaus auch an
MOSFETs denken.
Arno Nyhm schrieb:> I²t-Wert
Wie berechnet man denn den? Einfach den gegebenen Strom hoch zwei, mal
die Zeit? Ggf. käme ich bei 5KA und 30µs auf deutlich höhere Werte.
Erst mal sollte man sich fragen was das sollt, ob man's auch anders
machen kann.
Wenn ein Thyratron das kann, weshalb moechte man's in Halbleiter haben ?
Eine Roehre ist ein Stueck robuster.
Arno Nyhm schrieb:> (ca. 60EUR pro Stück)
Bis Deine Erfindung perfekt ist, könnte ein Eimer Thyristorschrott das
Ergebnis sein. Eine Reihenschaltung und gleichzeitig sind da schon mal
zwei interessante Faktoren, die auch bei der späteren Ersatzbeschaffung
noch viel Freude bereiten können.
Arno Nyhm schrieb:> Letztendlich würde ich gern wissen wer Praxiserfahrung mit dem> Missbrauch von Thyristoren in diesem Bereich hat.
Hatte ein änliches Problem vor 2 Jahren.
> Wie reagiert ein solcher, kleiner Thyristor auf sehr kurze, sehr hohe> Impulsströme?
Recht gutmütig. In den Datenblätter ist der Itsm (max. forward surge
current) üblicherweise für t = 10 ms angegeben. Bei Dir ist die Zeit
2-3 Zehnerpotenzen kürzer, Du kannst also ruhig an die Grenze gehen.
Wie gross ist den Dein Speicherkondensator?
Es gibt da noch einige Kleinigkeiten mit dem Spannungsausgleich und der
Zündung, aber die kennst Du sicher.
@ Arno Nyhm (Gast)
>Ich bin dabei einen solid-state Ersatz für eine Funkenstrecke/ein>Thyratron zu konzipieren.
Sowas hab ich auch mal gemacht.
>Speicherkondensator an die Last koppelt, ist etwa sinusförmig, 30µs lang>und erreicht einen Spitzenwert von 5kA.
Ganz ordentlich.
>Der I²t-Wert dieses Pulses liegt also unter 0.15A²/s!
A^2s
>Der maximale Impulsstrom wird also gerade toleriert,
Denn würde ich aber auch nicht überschreiten wollen.
>Und dann ist da die Größenordnung der Thyristoren die ich gern verwenden>würde, Print-Thyristoren im TO-247 Gehäuse oder ähnliches, wie den>VS-30TPS12 (weniger als 2EUR pro Stück):
CS60 von IXYS! Kann ich empfehlen!
Itsm: 1500A
I²t: 11200A²s
>Letztendlich würde ich gern wissen wer Praxiserfahrung mit dem>Missbrauch von Thyristoren in diesem Bereich hat.
Me too! Allerdings waren es nur 2kV, darum auch nur je 2 in Reihe, davon
4 Zeige parallel. Pulsstrom im Normalfall ~4kA, also 1kA/Zweig;
Anstiegszeit im Bereich von 10us. Zu Testzwecken haben wir dann mal
einen Test bis zur Zerstörung gemacht, bei ca. 2,5kA/Zweig hat es
geknallt ;-)
>Wie reagiert ein solcher, kleiner Thyristor auf sehr kurze, sehr hohe>Impulsströme?
Wichtig war ein knackiger Zündpuls, steil mit viel Strom. Wir haben ca.
2A mit um die 5us Anstiegszeit reingepumpt, kann auch noch weniger
gewesen sein.
Trotzdem würde ich überlegen, ob es den Stress und Aufwand wert ist. Ein
robustes Thyratron ist ein robustes Thyratron.
Falk Brunner schrieb:> nur je 2 in Reihe
Falk hat an dieser Stelle sicher mehr Erfahrung. Aber bei höherer Anzahl
steigt natürlich das Risiko (wie bei der Weihnachtsbaumbeleuchtung), daß
ein Teil davon ausfällt und durch ein genau GLEICHWERTIGES ersetzt
werden muß. Der Aufbau der AUSREICHEND spannungsfesten Ansteuerung würde
mich auch interessieren bei dieser Reihenschaltung.
@ oszi40 (Gast)
>werden muß. Der Aufbau der AUSREICHEND spannungsfesten Ansteuerung würde>mich auch interessieren bei dieser Reihenschaltung.
Bei unseren 2kV war es eine Ringkerndrossel, welche als Stromwandler
fungierte. Durch das Auge lief eine HV-Leitung als Primärwicklung.
Das klappt bei 15kV auch noch problemlos, in der Firma gibt es diese
Lösung bis zu 80kV (mit einem dicken HV-Kabel).
