DE1488861A1

DE1488861A1 - High voltage converters with thyristor valves

Info

Publication number: DE1488861A1
Application number: DE19661488861
Authority: DE
Inventors: Boksjoe Carl Ingvar; Karl-Erik Olsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1965-12-28
Filing date: 1966-12-16
Publication date: 1969-05-14
Also published as: CH454265A; GB1162000A

Description

High voltage current riohter with thyristor valves

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter mit l'hyristorventilen und zugehörigen Dämpfungskreisen für Hochspannung, bei dem die Thyristorventile aus mehreren reihengeschalteten Thyristoren aufgebaut sind.The invention relates to a converter with thyristor valves and associated damping circuits for high voltage, in which the thyristor valves are made up of several series-connected thyristors are.

Bei Thyristoren führt ein Zusammenbruch der bpannung in der Sperrrichtung zur Zerstörung des Thyristors und icann deshalb nicht zugelassen werden, dagegen sind zuweilen vereinzelte Zusammenbrüche in der .beitrichtung zulässig. Thyristorventile für Hochspannung müssen deshalb, z.B. mit Hilfe von Dämpfungskreisen und ÜberspannungsSchutzanordnungen, gegen Überspannungen vor allem in der Sperrichtung geschützt werden.With thyristors, the voltage collapses in the reverse direction to the destruction of the thyristor and therefore not allowed on the other hand, occasional breakdowns in the course of work are permissible. Thyristor valves for high voltage must therefore, e.g. with the help of damping circuits and overvoltage protection arrangements, be protected against overvoltages, especially in the reverse direction.

Weiter ist bei Thyristoren die Spannungsfestigkeit in der Regel für die beiden Richtungen verschieden, die Betriebsdaten der Thyristoren beziehen sich daher auf die niedrigste Festigkeit. Jjiegt die niedrigste Festigkeit wie meist in der Leitrichtung, so sind oft übermäßig große Schutzanordnungen gegen Überspannungen in derFurthermore, with thyristors, the dielectric strength is usually different for the two directions, the operating data of the thyristors therefore relate to the lowest strength. Jjiegt the lowest strength, as is usually the case in the conduction direction, there are often excessively large protective arrangements against overvoltages in the

Neue Unterlagen {Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. 1 Satz 3 des Anderungsges. v. 4. 9.1969. New documents {Art. 7 Section 1, Paragraph 2, No. 1, Clause 3 of the Amendment Act. v. September 4, 1969.

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Sperrichtung erforderlich, was besonders für die Dämpfungskreise sehr hohe Kosten verursachen kann.Blocking direction required, which is particularly important for the damping circuits can cause very high costs.

Die Erfindung geht von Thyristoren aus, deren größte Festigkeit in der Sperrichtung liegt. Ein Thyristorventil gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der reihengeschalteten Thyristoren in Hinsicht auf die gewünschte Blockierungsspannung gewählt ist und die genannten Dämpfungskreise entsprechend dem Unterschied zwischen dem Scheitelwert der ungedämpften Sperrspannungen der Thyristorventile und der maximal zugelassenen Sperrspannung dieser Ventile bemessen sind. Auf diese V/eise können die Abmessungen der Dämpfungskreise auf einer angemessenen Größe gehalten werden. Wenn der Unterschied zwischen der Spannungsfestigkeit in den beiden Richtungen groß ist, kann man in gewissen Fällen besondere Dämpfungskreise ganz vermeiden. The invention is based on thyristors, the greatest strength of which is in the reverse direction. A thyristor valve according to the invention is characterized in that the number of series-connected thyristors in relation to the desired blocking voltage is selected and the damping circuits mentioned according to the difference between the peak value of the undamped blocking voltages the thyristor valves and the maximum permissible blocking voltage of these valves are dimensioned. In this way the dimensions the attenuation circles are kept at an appropriate size. If the difference between the dielectric strength in the two Directions is large, in certain cases special attenuation circles can be avoided entirely.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß den Thyristorventilen in der Regel Kapazitive, resistive Spannungsteiler zugeordnet sind. Wenn die Ansprüche an die Dämpfungskreise nicht zu groß sind, kann man sich sehr gut denken, die genannten Spannungsteiler derart zu bemessen, daß sie gleichzeitig als Dämpfungskreise wirken. Wie bereits erwähnt können Zusammenbrüche in der Sperrichtung nicht zugelassen werden, so daß ein Thyristorventil immer mit einem Überspannungsschutz versehen sein muß. s/enn die Anzahl der Thyristoren, die in Hinsicht auf die gewünschte Blockierungsspannung gewählt ist, dabei mit einem angemessenen Sicheiieitsmarginal bemessen ist, kann man zweckmäßig den genannten Überspannungsschutz mit Rücksicht aufIn this connection it should be noted that capacitive, resistive voltage dividers are usually assigned to the thyristor valves. If the demands on the damping circuits are not too great, one can very well imagine dimensioning the voltage dividers mentioned in such a way that they also act as damping circuits. As already mentioned, collapses in the reverse direction cannot be allowed, so that a thyristor valve always has an overvoltage protection must be provided. if the number of thyristors, which is chosen with regard to the desired blocking voltage, is measured with an appropriate security margin one expediently the mentioned overvoltage protection with regard to

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die maximal zugelassene Sperrspannung bemessen, wobei diese Überspannungsschutzanlagen nur selten in Kraft treten.the maximum permissible reverse voltage, although these overvoltage protection systems only rarely come into effect.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in der Fig. 1 einen Stromrichter mit erfindungsgemäßen Thyristorventilen und Fig. 2 die Spannungsverhältnisse in einem solchen Stromrichter zeigt.The invention is described below with reference to the drawing, in which FIG. 1 shows a power converter with thyristor valves according to the invention and FIG. 2 shows the voltage relationships in such a converter.

Fig. 1 zeigt einen dreiphasigen Einweg-Dreipuls-Stromrichter mit einem Stromrichtertransformator, dessen lMetzwicklung mit 1 und dessen Ventilwicklung mit 2 bezeichnet ist. An der Ventilwicklung 2 sind drei Thyristorventile 5» 6 und 7 angeschlossen, die aus mehreren reihengeschalteten Thyristoren zusammengesetzt sind. Die Grleichstromanzapfungen 3 und 4 des Stromrichters sind am Mittelpunkt der Ventilwicklung 2 bzw. an der Kathodenseite der drei Thyristorventile angeschlossen. In Fig. 2 sind Spannungskurven für den Stromrichter gezeigt, wobei Fig. 2a die drei Phasenspannungen r, s und t und Fig. 2b die Spannung über dem Thyristorventil 6 bei einem oteuerwinkel von 90° darstellt. Die schwersten Beanspruchungen der Ventile treten nämlich beim Steuerwinkel1 shows a three-phase, one-way, three-pulse converter with a converter transformer, the mains winding of which is marked with 1 and its valve winding is denoted by 2. Three thyristor valves 5 »6 and 7 are connected to the valve winding 2, which are composed of several thyristors connected in series. The green current taps 3 and 4 of the converter are at the center of the valve winding 2 or on the cathode side of the three thyristor valves connected. FIG. 2 shows voltage curves for the converter, FIG. 2a showing the three phase voltages r, s and t and FIG. 2b shows the voltage across the thyristor valve 6 at a control angle of 90 °. The heaviest The valve is subject to stress at the control angle

von 90° auf, was bedeutet, daß der Stromrichter in der Grenzlage zwischen Gleichrichter- und Wechselrichterbetrieb arbeitet»from 90 ° to, which means that the converter works in the border position between rectifier and inverter operation »

Wenn man das Ventil 6 betrachtet, so geht aus der Fig. 2a hervor, daß zum Zeitpunkt ti eine Blockierungsspannung mit positiver Polarität in der Leitrichtung des Ventils anzuwachsen beginnt. Dies« If one looks at the valve 6, it can be seen from FIG. 2a that at time ti a blocking voltage with positive polarity begins to grow in the conduction direction of the valve. This"

erreicht iür inaximum aacfa 90°, d«a. zvm Zeit-reaches for inaximum aacfa 90 °, d «a. zvm time

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punlct t2. In diesem Zeitpunkt wird das Ventil gezündet, und die Spannung über dem Ventil sinkt auf das Leitniveau. Während des Leitintervalls des Ventils von 120° bis zum Zeitpunkt t3 ist die Spannung über dem Ventil beinahe BTuIl. In diesem Zeitpunkt kommutiert der Gleichstrom zur Phase t, und das Ventil wird vom Spannungsunterschied zwischen der Phase t und Phase s gesperrt. Die Sperrspannung für das Ventil 6 hat ihren Scheitelie-t zum Zeitpunkt t3, und wenn man von allen Schwingungen absieht, wird dieser Scheitelwert gleich dem Amplitudenwert der Blookierungsspannung zum Zeitpunkt t2. Die Sperrspannung nimmt bis zum Zeitpunkt t4 ab, wo sie Null wird und ihre Polarität ändert, ao daß sie zum Zeitpunkt t5 positiv im Verhältnis zur Leitrichtung des Ventile 6 ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil 5 in der Phase r gezündet, und die Spannung über dem Ventil 6 wird gleich dem Spannungsunterschied zwischen der Phase r und der Phase s, was bedeutet, daß zu diesem Zeitpunkt t5 die Spannung über dem Ventil 6 ihre Polarität wechselt und negativ wird, nachdem die Kommutierung zwischen der Phase t und der Phase r abgeschlossen ist. Diese negative Speisespannung nimmt bis zum Zeitpunkt t6 ab, wo sie ihre Polarität ändert und zu einer positiven Blookierungsspannung anwächst, die ihren Scheitelwert zum Zeitpunkt t7 erreicht, wobei das Ventil 6 wieder zündet. In Fig. 2a ist die Spannung über dem Ventil 6 in Form schraffierter Spannungsflächen angegeben, in Fig. 2b ist die Spannungskurve für das Ventil 6 durch die dick ausgezogene Kurve dargesteilt.punlct t2. At this point the valve is ignited and the The voltage across the valve drops to the control level. During the control interval of the valve from 120 ° up to time t3, the Voltage across the valve almost BTuIl. At this point in time commutates the direct current to phase t, and the valve is blocked by the voltage difference between phase t and phase s. the Blocking voltage for valve 6 has its peak at the point in time t3, and if one disregards all oscillations, this peak value becomes equal to the amplitude value of the blocking voltage at time t2. The reverse voltage decreases until time t4, where it becomes zero and changes its polarity, so that it becomes Time t5 is positive in relation to the direction of flow of the valve 6. At this point in time, valve 5 is ignited in phase r, and the voltage across the valve 6 becomes equal to the voltage difference between phase r and phase s, which means that at this point in time t5 the voltage across valve 6 has its polarity changes and becomes negative after the commutation between phase t and phase r is complete. This negative supply voltage decreases until time t6, where it changes its polarity changes and increases to a positive blocking voltage, which reaches its peak value at time t7, the valve 6 re-ignites. In Fig. 2a the voltage across the valve 6 is indicated in the form of hatched voltage areas, in Fig. 2b is the The voltage curve for the valve 6 is shown by the bold curve.

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Bei der Darstellung der Spannungskurve in Fig.2b ist wie erwähnt von Schwingungen am Ende des Leitintervalls des Ventils abgesehen worden. Der durch die Phasen s und t gebildete Kommutierungskreis ist jedoch ein Schwingungskreis, der eine Spannungsschwingung über dem Ventil 6 nach dem Zeitpunkt t3 erzeugt. Ohne Dämpfung wird sich der Scheitelwert der Sperrspannung gleich nach dem Zeitpunkt t3 wegen der Kapazität und Induktivität im Kommutierungskreise dem Doppelten des Maximalwertes nähern, der mit der dicken Kurve in ™ Fig. 2b angedeutet ist. Die Spannungsschwingung über dem Ventil 6 ist in Fig. 2b mit einer dünneren Linie angegeben.In the representation of the voltage curve in Fig. 2b, as mentioned apart from vibrations at the end of the control interval of the valve been. The commutation circuit formed by phases s and t is, however, an oscillation circuit that causes a voltage oscillation generated by valve 6 after time t3. Without attenuation, the peak value of the reverse voltage will increase immediately after time t3 because of the capacitance and inductance in the commutation circuit, approach twice the maximum value, that with the thick curve in ™ Fig. 2b is indicated. The voltage oscillation across the valve 6 is indicated in Fig. 2b with a thinner line.

In Fig. 2b ist außerdem die Spannungsfestigkeit der Thyristoren in beiden Richtungen gezeigt, wobei E_ die Festigkeit in der Hbckierungsrichtung, d.h. Leitrichtung, und Es die Spannungsfestigkeit in der Sperrichtung ist. Es ist klar, daß die Amplitude der Blockierungsspannung nicht die Spannungsfestigkeit in der Leitrichtung übersteigen darf. Wenn man von dieser Dimensionierungsregel ausgeht ä und gleichzeitig die Festigkeit in der Sperrichtung die Festigkeit in der Leitrichtung wesentlich übersteigt, sieht man, daß die größten Spitzen der Sperrspannungsschwingungen die Festigkeit in der Sperrrichtung übersteigen. Wenn das Ventil 6 mit einem mit dem Thyristorventil parallelgeschalteten Ventildämpfungskreis 62 versehen ist, sieht man, daß ein solcher Dämpfungskreis für die Dämpfung des Unterschiedes zwischen der Spannungsfestigkeit Es in der Sperrichtung und dem Maximalwert e_e der ungedämpften Sperrspannung di«mensioniert werden muß. Wenn es Thyristoren gibt, deren Festigkeit in der Sper-r-In FIG. 2b, the dielectric strength of the thyristors is also shown in both directions, where E_ is the strength in the backing direction, ie conducting direction, and Es is the dielectric strength in the reverse direction. It is clear that the amplitude of the blocking voltage must not exceed the dielectric strength in the conduction direction. If one of this dimensioning rule emanates like and at the same substantially exceeds the strength in the reverse direction, the strength in the conducting direction, it is seen that the largest peaks of the reverse voltage oscillations exceed the strength in the reverse direction. If the valve 6 is provided with a valve damping circuit 62 connected in parallel with the thyristor valve, it can be seen that such a damping _{circuit must be dimensioned for damping the difference between the dielectric strength Es in the reverse direction and the maximum value e e of} the undamped reverse voltage. If there are thyristors whose strength is in the blocking

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richtung ungefähr das Doppelte der Festigkeit in der Leitrichtung ist, sieht man, daß das Verhältnis zwischen der -Festigkeit und der Spannungsbeanspruchung ungefähr dasselbe in beiden Richtungen wird, weshalb die Abmessungen des Ventildämpfungskreises 62 recht klein gehalten werden können.direction approximately twice the strength in the direction of flow one can see that the relationship between the strength and the Stress becomes approximately the same in both directions, making the size of the valve damping circuit 62 quite small can be held.

_Ä Das Ventil 6 ist wie gezeigt mit einem Spannungsteiler 61 für die Verteilung der Sperr- und Blockierungsspannung für die Thyristoren im Thyristorventil versehen, der Spannungsteiler besteht aus kapazitiven und res~istiven Elementen. Wenn die Anforderungen an die Dämpfungskreise für das Ventil gering sind, kann es dabei angemessen sein, den Spannungsteiler 61 so auszubilden, daß er auch die Funktion des Dämpfungskreises übernehmen kann. Das Ventil 6 ist weiter mit einem Steuerorgan 63 versehen, das an den Steuerelektroden der Thyristoren angeschlossen ist, und mit einem Überspannungsschutz 64, der wie erwähnt zweckmäßig in Hinsicht auf die Spannungs- _Ä The valve 6 as shown provided with a voltage divider 61 for the distribution of the locking and blocking voltage for the thyristors in the thyristor valve, the voltage divider consists of capacitive and res ~ istiven elements. If the requirements on the damping circuits for the valve are low, it may be appropriate to design the voltage divider 61 in such a way that it can also take over the function of the damping circuit. The valve 6 is further provided with a control element 63, which is connected to the control electrodes of the thyristors, and with an overvoltage protection 64, which, as mentioned, is expedient with regard to the voltage

P festigkeit in der Sperrichtung bemessen werden kann, wenn nur die Anzahl der Thyristoren so hoch gewählt ist, daß eine gute Sicherheit in der Blockierungsrichtung erhalten wird.P strength in the blocking direction can be measured if only the Number of thyristors is chosen so high that a good security is obtained in the blocking direction.

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Claims

Patent claims:

1. Converter for high voltage with thyristor valves with associated Damping circuits in which the thyristor valves are composed of several series-connected thyristors, with

the dielectric strength of the thyristors in the reverse direction is greater ™ than is in the conduction direction, characterized in that the number of series connected thyristors in each thyristor valve is chosen with a view to the desired blocking voltage, and that the damping circuits correspond to the difference between the theoretical peak value of the undamped blocking voltages of the thyristor valves and the maximum permitted blocking voltage these valves are sized.

2. A power converter according to claim 1 having Überspannungsschutzanordnun- gen d for the various thyristor valves, characterized in that the overvoltage protection devices are dimensioned with respect to the maximum permissible reverse voltage of the thyristor valves.

3. Converter according to claim 1 with capacitive, resistive span voltage dividers for the various thyristor valves, characterized in that that the voltage dividers are dimensioned ao, that si « at the same time serve as tapping screia for the valves.

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