DE2303279A1

DE2303279A1 - Thyristorventil fuer hochspannung

Info

Publication number: DE2303279A1
Application number: DE2303279A
Authority: DE
Inventors: Georg Lindblom; Karl-Erik Olsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1973-08-09
Also published as: FR2170123B1; JPS4887762A; FR2170123A1; GB1415391A; US3794908A; DE2303279B2; JPS5631824B2; DE2303279C3; CA991264A; SE360227B

Description

PATENTANWÄLTE

DL-iNG- H. MlSSLING
dipping. R. S C H L E E
drying, j. BOECKER 53 Gießen, den 11.1.1973

63 6IESSEN, Bismarckstraße 43 _Boe /g_n ^ -j ^ 4

Allmänna Svenska L'lektriska Aktiebolaget, Västeras /Schweden

Thyristorventil für Hochspannung

Die Erfindung betrifft ein Thyristorve'ntil für Hochspannung mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren, von denen .jeder mit einem Steuerkreis versehen ist, der durch ein gemeinsames Steuerglied steuerbar ist.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung zur Überwachung der einzelnen Thyristoren und deren Zustandes sowie auf eine Anordnung zum Schutz des Thyristorventils für den Fall, daß ein Fehler im Thyristorventil auftritt«

Es ist bekannt, zur ίberwachung des Zustandes der Thyristoren lichtoptische Anzeigeglieder, z.B. Glimmlampen, parallel zu den einzelnen Thyristoren anzuordnen, so daß diese lichtoptischen Anzeigeglieder von der an dem zugehörigen Thyristor liegenden Spannung gespeistwaden. Gelangt Spannung an das Thyristorventil, so leuchten die parallel zu fehlerfreien Thyristoren liegenden Lampen auf, während kurzgeschlossene Thyristoren zugleich die zugehörigen Lampen kurzschließen. Auf

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diese Weise ist leicht festzustellen, welche und wieviele Thyristoren ersetzt v/erden müssen. Die Anordnung von elektrisch gespeisten Lichtquellen parallel zu den Thyristoren ist jedoch in Hochspannungsanordnungen nicht zweckmäßig, da der zu dem Thyristorventil parallel liegende Lichtquellenkreis einen sehr hohen ohmschen Widerstand haben muß, damit die -'-durch den Anzeigekreis verursachten Verluste klein bleiben. Das hat zur Folge, daß das von den Lichtquellen ausgesandte Licht nur schwach ist, so daß die Signale für optoelektrisch^ Verarbeitung zu unsicher sind.

Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, daß man mitteis Spannungsteilern parallel zu dem Thyristorventil die Spannungsverteilung längs des Thyristorventils erfaßt,,z.B. mittels. Balancerelais verschiedener Art. Für den Meßspannungsteiler gilt jedoch wie oben, daß er einen hohen ohmschen Widerstand haben muß. Ferner verlangt dieses Prinzip eine elektrische Signalübertragung von Ventilpotential auf Irdpotential, wodurch erhebliche Isolierungsprobleme geschaffen v/erden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thyristorventil der eingangs erwähnten Art zu entwicl ein, bei dem die überwachungseinrichtung auf dem optoelektricchen Prinzip beruht, jedoch kräftige Lichtsignale erzeugt werden, ohne daß der Energiebedarf der tberwachungsanordnung groß ist.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Thyristorventil der einj^au^s erwähnten Art vor^ccchiagen, aas ^emäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß an jeden Steuerkreis ein Lichteeber des Halbleitertyps angeschlossen ist, der für den zugehörigen Thyristor ein Signal abgibt, das von der Zündung des Thyristors und den Spannungen d_tes Steuerkreises abhängig istc Aul diese T/eise wird erreicht, daß das Signal des Thyristors sowohl den Zustand des Thyristors als auch des Steuerkreises s.bLildet, die beide von e.atscheidender Bedeutung für die Funktion des Thyristors sind. Bei jeder Zündung des Thyristorveritils kann die Anzahl der Lichtsignale von den Steuerkreisen der verschiedenen Thyristoren _&ezählt werden und bei zu niedriger Anzahl können erforderliche Maßnahmen eingeleitet werden«

Die Erfindung ermöglicht verschiedene Formen der Überwachung und (.leu Schutzes des Ventils. Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführuiijjsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert v/erden. Es zeilen:

Fig. 1 einEH Thyristorventil der hier behandelten Art,

Fig« 2 und 3 zwei Beispiele für Steuerkreise gemäß der ^rfindun^ für die einzelnen Thyristoren des Ventils.

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Fig_o 1 zeigt ein Thyristorventil für Hochspannung mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren 1, von denen jeder mit einem Steuerkreis 2 versehen ist, auf dessen Eingangsseite ein Detektor in Form einer Fotodiode 3 angeordnet ist. Alle Thyristoren v/erden von einem gemeinsamen Steuerglied 4 gesteuert, an dessen Äusgangsseite eine oder mehrere Leuchtdioden 5 angeordnet sind, deren Strahlung die Fotodioden 3 "beaufschlagt» Solche Thyristorventile werden in Brückenschaltungen in Stromrichtern zur Übertragung von hochgespanntem Gleichstrom verwendet, wobei der eine Pol des Ventils an eine Gleichstromschiene 6 und der andere Pol an eine Viechseistromschiene 7 angeschlossen ist.

Ein Beispiel für einen Steuerkreis 2 gemäß der Erfindung wird in Figo 2 gezeigt« Der Steuerkreis ist zwischen der Fotodiode 3 sowie Steuerelektrode und Kathode des Thyristors 1 eingeschaltet _o Parallel zu dem Thyristor 1 liegt einerseits ein Widerstand 7 in Reihe mit einem Kondensator 8, die Teil des Hauptspannungsteilers des Thyristorventils sind und liegen andererseits zwei Hilfsspannungsteiler 9, 10 und 11, 12, 13« Diese verschiedenen Spannungsteiler können zu einem einzigen zusammengefaßt werden, wobei die verschiedenen Spannungen an verschiedenen Anzapfpunkten abgenommen werden.

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Der erste Hilfsspannungsteiler besteht aus einem Widerstand in Reihe mit einer Zenerdiode 10 und ist dafür vorgesehen, einen !Energiespeicher für den Steuerkreis in Form eines relativ großen Kondensators 14 zu speisen,, Um zu vermeiden, daß dieser relativ große Kondensator die Wechselspannungen an dem Thyristor 1 kurzschließt, erfolgt die Aufladung des Kondensators über einen relativ großen Widerstand 15 β

Der zweite Hilfsspannungsteiler besteht aus einem Kondensator 11, einem ohmschen Widerstand 12 und einem spannungsabhängigen Widerstand 13. Dieser Spannungsteiler ist dafür vorgesehen, die übrigen Komponenten des Steuerkreises zu speisen, die durchgehend hochohmig sind und wenig Leistung verbrauchen, während der Kondensator 14, der dafür vorgesehen ist, die eigentliche Steuerleistung des Thyristors zu speichern, einen größeren Leistungsbedarf hat. Aus diesem Grund empfehlen sich zwei getrennte Speisekreise» Um ein Entladen des Steuerkreises bei negativer Spannung am Thyristor 1 zu vermeiden, erfolgt die Speisung über Dioden 16, 17.

Der Steuerkreis ist, wie bereits genannt, mit einem Detektor in Form einer Fotodiode 3 versehen, die, wenn sie von der Strahlung der Leuchtdiode 5 des Steuerorgans 4 beaufschlagt wird, über einen Verstärker 18 ein Signal an ein UND-Glied -^ibt. An zwei weitere Eingänge des UIID-Gliedes sind zwei Indii-.atoren 20, 21 angeschlossen, von denen der eine, 20, aii-

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zeigt, ob eine ausreichende Speisespannung am Kondensator vorhanden ist, während der andere, 21, überwacht, ob die Thyristorspannung die richtige Polarität hat, d„h. ob die Anode gegenüber der Kathode positiv ist, evtl. auch, ob die Thyristorspannung eine gewisse Mindestgröße hat. Der Indikator 21 ist zu diesem Zweck an den Spannungsteiler 9, 1Ü -"angeschlossen»

Das UND-Glied 19 hat einen negierten Ausgang, was bedeutet, daß ein Ausgangssignal stets vorhanden ist, außer wenn alle drei Eingangssignale 18, 20 und 21 gleichzeitig vorhanden sindo Wenn dies geschieht, verschwindet das Ausgangssignal von 19°

Die Steuerenergie für den Thyristor 1 wird von dem Kondensator 14 geliefert, und zwar über den Kondensator 22 und die Transistoren 23» 24, die von dem UND-Glied 19 gesteuert werden. Solange der Detektor 3 kein Signal bekommt, gibt das UND-Glied 19 Ausgangssignal, wodurch der Transistor 23 leitend gehalten wird, während der Transistor 24 über das Invertierungsglied 25 gesperrt v/ird. Erhält der Detektor 3 Signal und liegt gleichzeitig genügend Speisespannung am Kondensator 22 und stimmt die Spannung über dem Thyristor, so daß 20 und 21 Signal geben, so verschwindet das Signal von 19, wobei der Transistor 23 gesperrt wird, während das Glied 25 ein Steuersignal an den Transistor 24 gibt, wodurch die im Kondensator

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gespeicherte Energie über die Diode 26 und den Widerstand 27 zur Steuerelektrode des Thyristors 1 entladen wird» Dabei wird dar Kondensator 14 daran gehindert, sich zu entladen, da der Transistor 23 gesperrt ist. Der Kondensator 22, der -kleiner ist als der Kondensator 14, kann deshalb schnell aufgeladen v/erden, wenn das Signal an 3 verschwindet und der Transistor 23 leitend wird»

Der bisher beschriebene Steuerkreis stellt ein Beis£Jiel dar, und kaiiii durch andere Steuerkreise ersetzt werden. Um kontrollieren zu können, daß sowohl der Thyristor 1 als auch der Steuerkreis keinen Fehler haben, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einen Indikator einzubauen, der in Fig· 2 aus einer Leuchtdiode 28 besteht, die über einen Widerstand parallel mit der Steuerelektrode des Thyristors gespeist wird. Die Lgistungsverteilung auf die Leuchtdiode 23 und die Steuerelektrode des Thyristors geschieht mit Hilfe der Widerstände 27, 29.

Voraussetzung dafi.r, dab die Leuchtdiode 28 ein Signal geben kann, ist, daß die Thyristorspannung richtige Polarität hat, wenn das Steuerorgan 4 ein Signal an den Detektor 3 gibt* Eine weitere Voraussetzung ist, daß der Thyristor 1 fehlerfrei ist, da bei einem Kurzschluß infolge Schadhaftigkeit des Thyristors die. Speisespannu-v., über den Spannungsteilern 9, 10 und 11-13 vorn chwindet.

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Das Signal von 2ci ist deshalb ein Kriterium für den Zustand des gesamten in Fig. 2 gezeigten Kreises. Die Signale vorj&en Dioden 28 der verschiedenen Thyristoren können dann auf bekannte Art addiert und als Anzeige für den Zustand des ganzen Thyristor-•ventils gemäß Fig. 1 verwendet werden, so daß bei zu wenigen Signalen nach einer Zündung des Thyristorventils Maßnahmen ergriffen v/erden können. Als bekannte Maßnahme kann das Austauschen von schadhaften Thyristoren und Kreisen oder in erster Linie die Wiederzündung des Ventils am Ende des Leitintervalles genannt werden, um zu vermeiden, daß die restlichen gesperrten Thyristoren überlastet werden.

Fig. 3 zeigt eine andere Anordnung der Leuchtdiode 28 in einem Steuerkreis, der im übrigen dem in Fig. 2 gezeigten gleich ist. Djes Bezugsziffern haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. Der Thyristor 1 und die Spannungsteiler sind fortgelassen,da diese für beide Figuren gleich sind»

Gemäß Fig. 3 ist die Leuchtdiode 23 unabhängig von dem eigentlichen Steuersignal über der Fotodiode 3 und wird nur von den Signalen von den Indikatoren 20 und 21 über ein UND-Glied 30 beeinflußt, dessen Eingänge zu den entsprechenden des UND-Gliedes 19 parallel liegen.

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Die Leuchtdiode 26 hat hier ihren eigenen Kondensator 31, der .parallel ;-iit dem Kondensator 22 über einen Transistor 32 gespeist und an die Leuchtdiode 28 über einen weiteren Transistor 33 angeschlossen ist. Solange die Indikatoren 20 und 21 nicht gleichzeitig Signal geben, wird Transistor 32 von dem negativen Ausgangssignal des UND-Gliedes 30 leitend gehalten. Menn dagegen das UiID-GIied 30 doppeltes Eingangssignal erhält, wird der Transistor 32 gesperrt und der Transistor 33 von dem Signal des invertierenden Gliedes 34 geöffnet, wobei die Leuchtdiode 28 durch die Ladung des Kondensators 31 zündet.

Solange der Kondensator 22 nicht eine vom Indikator 20 bestimmte Spannung erreicht hat, gibt das UND-Glied 30 Steuersignal an den Transistor 32. Auf diese Weise geschieht das Aufladen des Kondensators 31 parallel mit dem Aufladen des Kondensators 22, und die Leuchtdiode 23 gibt kein Signal, bevor diese beiden Kondensatoren voll aufgeladen sind und der Steuerkreis damit volle Zündbereitschaft erreicht hat.

Auf der anderen Seite kann das Wiederaufladen des Kondensators 51, wenn er sich über 23 entladen hat, nicht geschehen, bevor die Thyristorspannung unter das von den Indikator 21 bestimmte Spannungsniveau gesunken ist oder die Ladungsspannung für die Kondensatoren 22 und 31 unter das von dem Indikator 20 bestimmte Niveau gesunken ist. Diese beiden Kriterien werden jedoch

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In der Regel erfüllt, wenn der Thyristor gezündet wird, wobei die Spannung an dem Thyristor auf Leitepannungsniveau fällt.

In dem Beispiel gemäß Fi-. 3 wird der Zündkreis 22, 24, 26, nicht durch die Leuchtdiode 28 belastet. Dadurch kann der Kreis 30-34 allein mit Fiücksicht auf die Energie bemessen v/erden, die man für das Signal von 26 benötigt.

Die Leuchtdioden 28 sind auf demselben Potential angeordnet wie die entsprechenden Thyristoren, während die Signale von dort ohne besondere Maßnahmen auf Erdpotential entgegengenommen und verarbeitet werden können, was ein großer Vorteil ist.

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Claims

Patentansprüche

1 .J Tliyristorveiitil für Eochspamrung mit mehreren in Reihe gesch£.lteten Thyristoren, von denen jeder mit einem Steuerkreis versehen ist, der euren ein gemeinsames Steuerglied steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an jeden Steuerkreis ein Liclrtgeuer (2o) des Halüleitertyps angeschlossen ist, der für den zugehörigen Thyristor ein Signal abgibt, das von der Zündung dec Thyristors und den Spannungen des Steuerkreises abhängig ist.

2. Thyristorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von dem Lichtgeber (28) in Abhängigkeit von der Spannung über dem zugehörigen Thyristor (1) erzeugt wird·

3. Thyristorventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, cai; der genannte Lichtgeber (28) von einem Energiespeicher (31) gespeist v/ird, das von dem Steuerkreis (2) des zugehörigen Thyristors (1) aufgeladen wird.

<':. Thyristorventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtgeber (2o) von einem Kontrollglied (30, ~$k) gezündet virc, das von der Spannung zwischen Anode und Kathode des zugehörigen Thyristors (1) auf solche V/eise gesteuert wird, 'JoL aor Lichtgeber zündet, wenn die genannte Spannung positiv wird.

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5. Thyristorventiü/iach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtgeber (28) von dem Steuerglied (2) des zugehörigen Thyristors (1) gleichzeitig mit dem Thyristor gezündet wird,,

6. Thyristorventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Thyristorsteuerglied (2) gesperrt ist, wenn die Spannung am Thyristor (1) Null oder negativ ist.

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