DE2637868B1

DE2637868B1 - Protection circuit for thyristors

Info

Publication number: DE2637868B1
Application number: DE19762637868
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Dipl-In Leowald; Jakob Schenk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1976-08-23
Publication date: 1977-07-14
Also published as: DE2637868C2

Description

Es wurde erkannt, daß bei einer großen Anzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren, beispielsweise bei 100 oder mehr Thyristoren, die ersten Schaltsignale, die erzeugt werden, wenn der Strom im betreffenden Thyristor zu Null wird oder wenn die Spannung über dem betreffenden Thyristor einen vorgegebenen negativen Wert unterschreitet, nicht absolut gleichzeitig erscheinen, sondern vielmehr mit einer unvermeidlichen zeitlichen Streuuung in der Größenordnung von mehreren Mikrosekunden. Es besteht weiterhin die Möglichkelt, daß am senderseitigen Ausgang einer der ersten Übertragungseinrichtungen kein erstes Schaltsignal erscheint, weil entweder am betreffenden Thyristor keine negative Spannung ansteht oder weil ein Defekt in der zugehörigen ersten Überwachungseinrichtung oder in der ersten Übertragungseinrichtung aufgetreten ist. Zur Vermeidung von Fehlzündungen werden daher die ersten Schaltsignale über eine Freigabeeinheit geführt und zu einem gemeinsamen ersten Schaltsignal zusammengefaßt, das auf eine gemeinsame Auswerteeinrichtung gegeben wird. Die ersten Schaltsignale werden weiterhin einer Zähleinrichtung zur statistischen Auswertung der empfangenen ersten Schaltsignale zugeführt. Erst wenn eine vorgegebene Anzahl von ersten Schaltsignalen eingetroffen ist, It was recognized that when a large number of series-connected Thyristors, for example with 100 or more thyristors, the first switching signals, which are generated when the current in the relevant thyristor becomes zero or when the voltage across the thyristor in question falls below a specified negative value, does not appear absolutely simultaneously, but rather with an inevitable temporal spread of the order of several microseconds. It exists It is also possible that one of the first transmission devices at the transmitter-side output no first switching signal appears, either because none at the relevant thyristor negative voltage is present or because there is a defect in the associated first monitoring device or occurred in the first transmission facility. To avoid misfiring the first switching signals are therefore passed through a release unit and to a common first switching signal summarized, which is sent to a common evaluation device is given. The first switching signals are still used for a counting device statistical evaluation of the received first switching signals supplied. Only when a specified number of first switching signals has arrived,

beispielsweise wenn 80% aller möglichen Schaltsignale eingetroffen sind, gibt die Zähleinrichtung die Freigabeeinheit frei, die ihrerseits die Auswerteeinrichtung ansteuert. Die Auswerteeinrichtung erzeugt für den Überwachungszeitraum ein gemeinsames Zeitsignal, das über eine der Anzahl der Thristoren entsprechende Anzahl von zweiten potentialtrennenden Übertragungseinrichtungen an die einzelnen Verknüpfungsschaltungen auf Thyristorpotential übertragen wird.for example when 80% of all possible switching signals have arrived are, the counting device releases the release unit, which in turn releases the evaluation device drives. The evaluation device generates a common one for the monitoring period Time signal that is transmitted via a number of second ones corresponding to the number of thistors potential-separating transmission devices to the individual logic circuits is transferred to thyristor potential.

Die Schutzschaltung besitzt eine höhere Betriebssicherheit, da Störungen, die an einem oder an mehreren Thyristoren oder an den ihnen nachgeordneten ersten Überwachungseinrichtungen und ersten Übertragungseinrichtungen nicht zu falschen Zeitsignalen führen. The protective circuit has a higher level of operational reliability, since faults, those on one or more thyristors or on the first one downstream of them Monitoring equipment and first transmission equipment not to be wrong Lead time signals.

Fehlzündungen von Thyristoren und ein unnötiger Verbrauch von Zündenergie wird vermieden.Misfires of thyristors and unnecessary consumption of ignition energy is avoided.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert: F i g. 1 zeigt eine Reihenschaltung von Thyristoren n 1, n 2,... nn. Die Reihenschaltung kann eine sehr große Anzahl von Thyristoren enthalten, beispielsweise 100 oder mehr Thyristoren. Jedem der Thyristoren ist eine Schaltungsanordnung A 1, A 2,... An zum Schutz gegen Selbstzündung zugeordnet. Der Aufbau einer solchen Schaltungsanordnung A 1 wird zunächst anhand von F i g. 2 näher erläutert. The invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail: F i g. 1 shows a series connection of thyristors n 1, n 2, ... nn. The series connection can contain a very large number of thyristors, for example 100 or more thyristors. A circuit arrangement A is provided for each of the thyristors 1, A 2, ... Assigned to for protection against self-ignition. The construction of such a Circuit arrangement A 1 is first illustrated with reference to FIG. 2 explained in more detail.

F i g. 2 zeigt als Beispiel schematisch den Aufbau einer Schaltungsanordnung A 1 für den Thyristor n 1. Jedem der Thyristoren ist eine gleichartige Schaltungsanordnung zugeordnet. Die Schaltungsanordnung A 1 enthält eine Zündschaltung 19, die ihre Energie aus der Anoden-Kathoden-Spannung des Thyristors n 1 bezieht. Die Zündschaltung 19 kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie in der DT-PS 15 38 099 beschrieben ist. Weiterhin ist eine auf Thyristorpotential liegende erste Überwachungseinrichtung 1 vorgesehen, der eingangsseitig die über einen Spannungsteiler R 1, C 1; R 2, C2 abgegriffene Anoden-Kathoden-Spannung über dem Thyristor n 1 zugeführt ist. Die Einrichtung 1 enthält einen Grenzwertmelder 3, beispielsweise einen Kippverstärker, der die am Spannungsteiler abgegriffene Spannung mit einem vorgegebenen negativen Wert vergleicht, der symbolisch als an einem Potentiometer 4 abgegriffene Spannung dargestellt ist. Der Grenzwertmelder 3 ändert sein Ausgangssignal, wenn die Spannung über dem Thyristor n 1 den vorgegebenen negativen Wert unterschreitet. Der Wechsel im Ausgangssignal des Grenzwertmelders 3 stößt eine monostabile Kippstufe 5 mit einer kurzen Impulsdauer, beispielsweise 10 ltsec, an, deren Ausgangssignal ein erstes Schaltsignal s1 darstellt, das den Beginn der Schonzeit des Thyristors n 1 angibt. Das erste Schaltsignal s1 kann auch durch eine Überwachung des Laststromes des Thyristors n 1 gewonnen werden, wenn einem Strommeßwandler ein Grenzwertmelder nachgeschaltet wird, der sein Ausgangssignal ändert, wenn der Strom im Thyristor n 1 zu Null wird. F i g. 2 schematically shows the structure of a circuit arrangement as an example A 1 for the thyristor n 1. Each of the thyristors has a similar circuit arrangement assigned. The circuit arrangement A 1 includes an ignition circuit 19, which their Energy from the anode-cathode voltage of the thyristor n 1 refers. The ignition circuit 19 can for example be constructed as described in DT-PS 15 38 099 is. There is also a first monitoring device at thyristor potential 1 is provided, the input side via a voltage divider R 1, C 1; R 2, C2 tapped anode-cathode voltage is supplied across the thyristor n 1. the Device 1 contains a limit indicator 3, for example a trigger amplifier, the voltage tapped at the voltage divider with a predetermined negative The value compares the symbolic voltage tapped off at a potentiometer 4 is shown. The limit monitor 3 changes its output signal when the voltage falls below the specified negative value across the thyristor n 1. The change A monostable multivibrator 5 is also triggered in the output signal of the limit indicator 3 a short pulse duration, for example 10 ltsec, whose output signal is on represents the first switching signal s1, which represents the beginning of the closed season of the thyristor n 1 indicates. The first switching signal s1 can also be achieved by monitoring the load current of the thyristor n 1 can be obtained when a current transducer has a limit indicator is connected downstream, which changes its output signal when the current in the thyristor n 1 becomes zero.

Das erste Schaltsignal s 1 für den Thyristor n 1 wird dem Sender S1 einer ersten potentialtrennenden Übertragungseinrichtung zugeführt, der das erste Schaltsignal s1 über eine Sendeantenne B 1 abstrahlt. The first switching signal s 1 for the thyristor n 1 is sent to the transmitter S1 fed to a first potential-separating transmission device, which the first Switching signal s1 emits via a transmitting antenna B 1.

Wie weiterhin aus F i g. 1 ersichtlich ist, werden die in den Schaltungsanordnungen A 1, A 2. .. An gebildeten ersten Schaltsignale sl, s2... 5n jeweils von ersten potentialtrennenden Übertragungseinrichtungen auf Erdpotential übertragen, die sendersetig jeweils einen Sender S1, 82... in mit einer nachgeschalteten Sendeantenne B 1, B2... Bn und empfangsseitig jeweils einen Empfänger Dl, 2.... Dn mit einer vorgeschalteten Empfangsantenne C1, C2... Cn umfassen. An den Ausgängen der Empfänger D 1, D 2. -. Dn erscheinen die übertragenen ersten Empfangssignale und werden einer Freigabeeinheit Fzugeführt. Die Freigabeeinheit F läßt die ihr eingangsseitig zugeführten ersten Schaltsignale nur dann durch, wenn an ihrem Steuereingang 22 ein Freigabesignal ansteht. Die Freigabeeinheit Fkann beispielsweise wie in der Zeichnung dargestellt aufgebaut sein und eine Anzahl von Sperrgattern enthalten, deren einer Eingang jeweils mit dem Ausgang eines der Empfänger D 1, D2. . Dn Dn und deren zweiter Eingang mit dem gemeinsamen Steuereingang 22 verbunden ist. Den Sperrgattern ist ein disjunktives Verknüpfungsgatter nachgeschaltet. As also from FIG. 1 can be seen in the circuit arrangements A 1, A 2 ... An formed first switching signals sl, s2 ... 5n each from the first transferring potential-separating transmission equipment to earth potential, the transmitter set one transmitter S1, 82 ... in each case with a downstream transmitting antenna B 1, B2 ... Bn and on the receiving side, respectively a receiver Dl, 2 .... Dn with an upstream Include receiving antenna C1, C2 ... Cn. At the outputs of the receivers D 1, D 2. -. Dn appear the transmitted first received signals and become a release unit Fdelivered. The release unit F leaves the first one supplied to it on the input side Switching signals only pass if an enable signal is at their control input 22 pending. The release unit F can, for example, as shown in the drawing be constructed and contain a number of blocking gates, one input each to the output of one of the receivers D 1, D2. . Dn Dn and its second input with the common control input 22 is connected. The barrier gate is a disjunctive one Linking gate connected downstream.

Die an den Ausgängen der Empfänger D1, D2... Dn erscheinenden übertragenen ersten Schaltsignale s 1, s2 .. . 5n werden außerdem einer Zähleinrichtung 21 zugeführt, die beispielsweise als Zähler mit parallelen Eingängen ausgeführt sein kann. Wenn eine vorgegebene Anzahl von übertragenen ersten Schaltsignalen eingetroffen ist, beispielsweise wenn bei einer Reihenschaltung von 100 Thyristoren 80 übertragene erste Schaltsignale eingetroffen sind, so erzeugt die Zähleinrichtung 21 ausgangsseitig ein Freigabesignal, das der Freigabeeinheit F über ihren Steuereingang 22 zugeführt ist. Die Freigabeeinheit F wird durchlässig gesteuert und steuert eine auf Erdpotential liegende Auswerteeinrichtung 8 an. Die Auswerteeinrichtung 8 enthält eine bistabile Kippstufe 9 und eine dieser nachgeschalteten monostabile Kippstufe 10, sowie ein disjunktives Verknüpfungsglied 11. Das Ausgangssignal der Freigabestufe Fsetzt die bistabile Kippstufe 9, die ihrerseits die monostabile Kippstufe 10 anstößt. Die Impulsdauer des Zeitsignals St der monostabilen Kippstufe 10 entspricht einem Überwachungszeitraum, für den entweder die Schonzeit der verwendeten Thyristoren oder ihre theoretische Stromführungsdauer gewählt sein können. Unter Schonzeit oder Wiederherstellungszeit wird eine Zeit verstanden, die der Freiwerdezeit entspricht, jedoch ohne die Bedingung, daß der Thyristor positive Spannung übernehmen kann. The transmitted appearing at the outputs of the receivers D1, D2 ... Dn first switching signals s 1, s2 ... 5n are also fed to a counter 21, which can be designed, for example, as a counter with parallel inputs. if a specified number of transmitted first switching signals has arrived, for example, when 80 thyristors are connected in series with 80 thyristors the first switching signals have arrived, the counter 21 generates on the output side a release signal which is fed to the release unit F via its control input 22 is. The release unit F is controlled to be permeable and controls one to ground potential lying evaluation device 8. The evaluation device 8 contains a bistable Flip-flop 9 and one of these downstream monostable flip-flops 10, as well as a disjunctive logic element 11. The output signal of the release level Fsets the bistable flip-flop 9, which in turn triggers the monostable flip-flop 10. the The pulse duration of the time signal St of the monostable multivibrator 10 corresponds to a monitoring period, for either the closed season of the thyristors used or their theoretical Current conduction duration can be selected. Under closed season or recovery time a time is understood that corresponds to the time off, but without the condition, that the thyristor can accept positive voltage.

Die Schonzeit ist somit größer als die Freiwerdezeit.The closed season is therefore greater than the time off.

Unter der Stromführungsdauer wird der Winkel zwischen dem Stromführungsbeginn zweier in der Kommutierung aufeinanderfolgender Ventilzweige verstanden. Die Stromführungsdauer ergibt sich aus Frequenz und Pulszahl des Stromrichters unter Berücksichtgung des Überlappungswinkels. Die Kippstufe 9 wird vom Zündsteuersignal eines nicht dargestellten Steuersatzes rückgesetzt, das der Auswerteeinrichtung 8 an der Klemme 20 zugeführt ist. Das Zündsignal vom Steuersatz und das Zeitsignal s, der monostabilen Kippstufe 10 werden im disjunktiven Verknüpfungsglied 11 zusammengefaßt und über eine Anzahl von zweiten Übertragungseinrichtungen gesendet. Die zweite Übertragungseinrichtung umfassen senderseitig jeweils einen Sender G 1, G 2 ... Gn mit nachgeschalteten Sendeantennen H1. H2... Hn, sowie empfangsseitig jeweils einen Empfänger E1, E2... En mit vorgeschalteten Empfangsantennen K1, K2... K, Die zweiten potentialtrennenden Übertragungseinrichtungen dienen - wie ersichtlich - auch zur Übertragung der Zündsignale des Steuersatzes. Für die erfindungsgemäße Schutzschaltung brauchen daher keine eigenen weiteren Übertragungseinrichtungen vorgesehen werden.The current conduction duration is the angle between the start of current conduction understood two valve branches following one another in commutation. The duration of the current results from the frequency and number of pulses of the converter taking into account the Overlap angle. The flip-flop 9 is from the ignition control signal of a not shown Tax rate is reset, which is fed to the evaluation device 8 at terminal 20 is. The ignition signal from the tax rate and the time signal s, the monostable multivibrator 10 are combined in the disjunctive link 11 and over a number sent by second transmission facilities. The second transmission facility each include a transmitter G 1, G 2... Gn with downstream transmitters on the transmitter side Transmitting antennas H1. H2 ... Hn, as well as one receiver E1, E2 ... En with upstream receiving antennas K1, K2 ... K, the second potential-separating As can be seen, transmission devices also serve to transmit the ignition signals the tax rate. Therefore do not need any for the protective circuit according to the invention own further transmission facilities are provided.

Wie wiederum aus Fig. 2 weiterhin ersichtlich ist, ist dem Thyristor n 1 eine auf Thyristorpotential liegende zweite Überwachungseinrichtung 2 zugeordnet, der eingangsseitig ebenfalls die über dem Spannungsteiler R 1, C1; R2, C2 abgegriffene Spannung über dem Thyristor n 1 zugeführt ist. Diese zweite Überwachungseinrichtung 2 enthält einen Grenzwertmelder 21, beispielsweise einen Kippverstärker, der die Spannung über dem Thyristor n 1 mit einem vorgegebenen positiven Spannungswert vergleicht, der symbolisch als an einem Potentiometer 22 abgegriffene Spannung dargestellt ist. Wenn der vorgegebene positive Spannungswert überschritten wird, erzeugt die zweite Überwachungseinrichtung 2 ein zweites Schaltsignal s21. Das zweite Schaltsignal s21 und das vom Empfänger El empfangene gemeinsame Zeitsignal s, werden einer Verknüpfungsschaltung 14 zugeführt und dort in einem UND-Gatter konjunktiv miteinander verknüpft. Die Verknüpfungsschaltung 14 steuert die Zündschaltung 19 zur Abgabe von Zündimpulsen an die Steuerstrecke des Thyristors n 1 an, wenn während des gemeinsamen Zeitsignals st das zweite Schaltsignal s21 von der zweiten Überwachungseinrichtung 2 erscheint. As can again be seen from FIG. 2, is to the Thyristor n 1 a second monitoring device which is at thyristor potential 2 assigned, the input side also the over the voltage divider R 1, C1; R2, C2 tapped voltage across the thyristor n 1 is supplied. This second Monitoring device 2 contains a limit indicator 21, for example one Flip-flop amplifier, which increases the voltage across the thyristor n 1 with a predetermined positive Compares the voltage value symbolically as tapped on a potentiometer 22 Voltage is shown. When the specified positive voltage value is exceeded is, the second monitoring device 2 generates a second switching signal s21. The second switching signal s21 and the common time signal received by the receiver El s, are fed to a logic circuit 14 and there in an AND gate conjunctively linked. The logic circuit 14 controls the ignition circuit 19 for the delivery of ignition pulses to the control path of the thyristor n 1, if during the common time signal st the second switching signal s21 from the second Monitoring device 2 appears.

Die Dauer des Zündimpulses richtet sich nach den speziellen Erfordernissen der Thyristoren. Um den Bedarf an Zündleistung klein zu halten, kann der Zündimpuls nach einer kurzen Zeitspanne, beispielsweise wenigen Mikrosekunden, wieder abgebrochen werden. Hierzu wird das Ausgangssignal des UND-Gliedes 15 über ein Invertierglied 17 einer monostabilen Kippstufe 18 mit einer entsprechend kurzen lmpulsdauer zugeführt, deren Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des UND-Gliedes 15 in einem ODER-Glied 16 disjunktiv verknüpft wird. Das ODER-Glied 16 wird somit nach Ablauf der Impulsdauer der monostabilen Kippstufe 18 gesperrt und der Zündimpuls damit beendet. The duration of the ignition pulse depends on the special requirements the thyristors. In order to keep the need for ignition power small, the ignition pulse aborted again after a short period of time, for example a few microseconds will. For this purpose, the output signal of the AND element 15 is transmitted via an inverting element 17 is fed to a monostable multivibrator 18 with a correspondingly short pulse duration, their output signal with the output signal of the AND gate 15 in an OR gate 16 is disjunctive. The OR gate 16 is thus after the pulse duration the monostable flip-flop 18 is blocked and the ignition pulse is ended.

Als potentialtrennende Übertragungseinrichtungen können insbesondere auch opto-elektronische Sender und Empfänger verwendet werden. As potential-separating transmission devices, in particular opto-electronic transmitters and receivers can also be used.

Claims

Claim: Protection circuit for the thyristors in a series connection several thyristors, each of which has an ignition circuit at thyristor potential is assigned its energy from the anode-cathode voltage of the concerned Thyristor relates, in which a first monitoring device is provided which in the case of a negative voltage, a first switching signal to one containing a timing element Evaluation device is whose time signal pending for a monitoring period is fed to an input of a conjunctive logic circuit, and in which a second monitoring device is provided, which in the event of a positive voltage second switching signal generated, which is the second input of the conjunctive logic circuit is supplied, the output of which is connected to the ignition control input of the ignition circuit in Operational connection is with the following features: a) Each thyristor (z. B. n 1) is assigned its own first monitoring device (1) at thyristor potential, which generates a first switching signal (s 1) when the current in the relevant thyristor (n 1) becomes zero or when the voltage across the relevant thyristor (n 1) falls below a predetermined negative value, b) each such first monitoring device (1) a first potential-separating transmission device (U 1) is connected downstream, which sends the first switching signal (s 1) to an evaluation device at ground potential (8) transmits, c) the evaluation device (8) is a second potential separating device Transmission device (U2) connected downstream, which applies the relevant time signal the logic circuit (14) lying at thyristor potential transmits, d) each Thyristor (e.g. n 1) is its own second monitoring device, which is at thyristor potential (2) assigned that at a predetermined positive voltage value above the relevant Thyristor (n 1) generates a second switching signal (s2) and the logic circuit (14) supplies, e) the logic circuit (14) controls the ignition circuit (19) to Delivery of ignition pulses to the relevant thyristor (n 1) if during the Time signal (s,) the second switching signal (s 2) already appears, according to patent application P 25 19 396.8-33, d a d u r c h characterized that those of the number (n) of Thyristors corresponding number of first potential-separating transmission devices (Sn, Bn, Cn, Dn) transmitted first switching signals (Sn) via a release unit (F) fed to a common evaluation device (8) and a counting device (21) are, which generates a release signal for the release unit (F) only when a predetermined number of first switching signals has arrived, and that the Evaluation device (8) a number corresponding to the number (n) of thyristors of second potential-separating transmission devices (Gn, Hn, Kn, En) for transmission of a common time signal (SrJ to the individual logic circuits (14) is downstream.

The application relates to a protection circuit for the thyristors in a series connection of several thyristors according to patent application P 25 19 396.8-33.

With a protection circuit for thyristor valves known from DT-AS 20 OS 724 against self-ignition is one that senses the polarity of the voltage across the valve Arrangement is present which is dimensioned so that it receives a first signal via a flip-flop to an AND element when the voltage is negative after commutation gets, and that it sends a second signal directly to the AND gate when the Voltage gets positive polarity. Both signals are sent to the ignition system via the AND element of the valve supplied. The first-mentioned signal is also the trigger stage resetting timer supplied, which the first signal for a certain im Delayed ahead of certain period of time, which is the longest recovery time of the Corresponds to thyristor valves. An ignition signal via the AND element is only released when if said second signal is emitted within this period of time. if In this known protection circuit, the thyristor valve from several connected in series Thyristors consists, so it is provided that the entire over the series connection the voltage lying on the thyristors is tapped via a voltage divider and in the Is monitored with regard to negative or positive polarity. An individual Protection of the individual thyristors is thus with this known protection circuit not possible.

The present invention is based on the object of the protective circuit for thyristors according to the main patent so that the immunity to interference improves and unnecessary consumption of ignition energy is avoided.

According to the invention, this object is claimed in claim 1 Protection circuit released.