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Einrichtung zur Erfassung fehlerhafter Thyristoren
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Die Erfindung betrifft eine Einrichung zur Erfassung fehlerhafter
Thyristoren in einer Anordnung mit mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren.
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Um den hohen Spannungsbeanspruchunqen, wie sie beispielsweise bei
Ventilen für Hochspannungsgleichstromübertragungen auftreten, zu entsprechen, muß
eine große Anzahl Thyristoren in Reihe geschaltet werden. Da fehlerhafte Thyristoren
die Sperrf2hiskeit der gesamten Kette vermindern, muß die Thyristorkette um eine
bestimmte Anzahl Thyristoren, den sogenannten redundanten Thyristoren, vergrößert
werden. Um die notwendige Anzahl von redundanten Thyristoren senken zu können, ist
es erforderlich, die Anzahl der Thyristoren, die ihre Sperrfähigkeit verloren haben,
zu erfassen und einer Meldeeinrichtung zuzuführen. Da
die einzelnen
Thyristoren nicht das gleiche Potential haben, ist es besonders bei der Hochspannungsübertragung
sinnvoll, die Rückmeldungen auf das Erdpotential über Lichtfaserleiter zu übertragen.
Um die Lichtdioden der Sendeverstrker .n er Rückmeldung zu schonen, soll die Rückmeldung
erst bei eine:r von der Schaltwarte abgegebenen Kommando erfolgen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine SinrichtunS zur Überwachung
der Sperrfähigkeit in Reihe geschalteter Thyristoren zu schaffen, die auf ein zu
beliebigem Zeitpunkt, insbesondere vor dem Zuschalten der Zündimpulse, abgegeben
Auslösekommando die fehlerhaften Thyristoren und damit die noch vorhandene Redundanz
angibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da3 w;'nrend der
negativen Sperrphase der Thyristoren über einen Multiplexer mit sequentieller Datenerfassung
eine Abfrage über einen Ansteuerkanal mit einem aus einem Doppel impuls ausgekoppelten
Signal erfolgt und daß mit dem ausgekoppelten Signal eine Kippstufe für den Zündimpuls
zurückgesetzt und das Rückmeldesignal über Lichtleiterbündel zum Multiplexer übertragen
wird.
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Anhand eines in den Figuren 1 bis 4 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden.
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Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild des Rückmeldesystems, Figur
2 ein Blockschaltbild des Schaltwarten-DemultJplexers, Figur 3 eine logische Schaltung
zur Bildung des ~ündim?~'ses für die zu überwachenden Thyristoren und zur Biidunc
des Rückmeldesignals und Figur 3 a den zeitlichen Verlauf der Rückmeldesignale und
Figur 4 den Aufbau des Multiplexers in der Steuereinheit.
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Das in Figur 1 dargestellte Blockschaltbild des Rückmeldesvstems enthält
eine Reihenschaltung von n ThyristorenT1 bis Tn, denen je eine Thyristorelektronik
2 zugeordnet ist, die aus einem Fotoverstärker 21, einer logischen Schaltung 22
fir Z:undungsimpuls und Rückmeldesignal sowie aus einem Zündimpu-snestärker 23 und
einem Lichtsenderverstärker 24 besteht. Die Verbindung zwischen einer Steuereinheit
4 und der Thyristor elektronik 2 wird durch einen Lichtleiterkanal 7 für die undbefehle
sowie einem Lichtleiterbündel 8 mit n Lichtleitern fUr die Rückmeldesignale hergestellt.
Eine Warte 5 ist sowohl mit der Steuereinheit 4 als auch mit einer zentralen Steuereinrichtung
6 verbunden.
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Der in Figur 2 dargestellte Demultiplexer 50 bis 59 der Warte 5 enthält
einen Zähler 51, der mit einem UND-Glied 60, einem Speicher 56, einer Kippstufe
52, einer Auslöseschaltung 59 und
einem Impulsverdoppler 50, dem
zusätzlich noch STOP-ImDulse von der zentralen Steuereinrichtung 6 eingegeben werden,
verbunden ist. An die Eingänge des UND-Gliedes 60 sind die STOP-Impulsabgabe der
zentralen Steuereinrichtung 6 und der Ausgang der Kippstufe 52, deren Eingänge mit
dem Zählerausgang 51 und einem Kanal für das von der zentralen Steuereinrichtung
6 abgegebene Abf ragekommando verbunden sind, angcschlosser , Die von der Thyristorelektronik
2 über die Lichtleiterbundel 8 und die Steuereinheit 4 kommenden Rückrneldesignale
werden über zwei untereinander verbundene Schieberegister 53 und 54 einer Auswahleinrichtung
55, die an zwei weiteren Eingängen sowohl mit dem Ausgang des ersten Schieberegisters
53 als auch dem Rückmeldeausgang der Steuereinheit 4 verbunden ist, zugeführt. Der
Ausgang der Auswahleinrichtung 55 ist sowohl mit dem Speicher 56 als auch einem
Exklusiv-ODER-Glied 57 verbunden. Die Ausgänge des Speichers 56 sind eine zweiten
Eingang des Exklusiv-ODER-Gliedes 57 und der Auslöseschaltung 59 zugeführt. Schließlich
sind weitere Eingänge der Auslöseschaltung 59 mit den Ausgängen einer Digitaluhr
58 und des Exklusiv-ODER-Gliedes 57 belegt.
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Die in Figur 3 dargestellte Thyristorelektronik 2 für jeden Thyristor
1 bis 1 n besteht aus einem mit dem Lichtleiterkanal 7 für die Zündbefehle verbundenen
Fotoverstärker 21,
einer logischen Schaltung 22 sowie einem Zündir.pulsverstärker
23 und einem Lichtsenderverstärker 24 für die Rückmelsesignale.
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Während die Verstärker 21, 23 und 24 in bekannter Weise aufgebaut
sind, enthält die logische Schaltung 22 zwei monost2-bile Kippstufen 224 und 222
sowie drei in einem integrierten Bauteil zusammengefaßte Inverter 223, 224 und 225.
Der Ausgang des Fotoverstärkers 21 ist dabei sowohl mit dem invertierenden Eingang
der ersten monostabilen Kippstufe 221 als auch mit einem der beiden Eingänge des
ersten Inverters 223 und mit beiden Eingängen des zweiten Inverters 224 verbunden.
Weiterhin sind zusammengeschaltet: a) Der Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe
221 mit dem zweiten Eingang des ersten Inverters 223.
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b) Der Ausgang des zweiten Inverters 224 sowohl mit dem invertierenden
Eingang der zweiten monostabilen Kippstufe 222 als auch einem der beiden Eingänge
des dritten Inverters 225.
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c) Der Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 222 mit dem zweiten
Eingang des dritten Inverters.
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Während der Zündimpulsverstrker 23 an den Ausgang des ersten Inverters
223 angeschlossen ist , ist der Ausgang des dritten Inverters 225 sowohl mit dem
Rücksetzeingang der ersten monostabilen
Kippstufe 221 als auch
dem Lichtsenderverstj-:rker 2 für die Rückmeldesignale verbunden. Die Versorgungsenergie
für die Thyristorelektronik 2 wird über einen Kondensator aus dem Thyristorkreis
gewonnen.
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Der in Figur 4 dargestellte Multiplexer 4 a in der Stejerenheit 4
enthält 24 Gruppen mit je vier Fotodivden 40. L'ber Analogschalter 41 sind die Fotodioden
einer Fotodiodengruppe 40 mit einem Zähler 42, der aus vier bistabilen Kippstufen
augebaut ist, verbunden. An die Analogschalter 41 angeschlossen sind außerdem Fotoverstärker
43, die in drei Gruppen zu je acht Fotoverstärkern unterteilt sind. Jede Fotoverstärkergruppe
ist an ein achtstelliges Schieberegister 44 mit zur allelen Eingängen und einem
seriellen Ausgang, der über ener Verstärker 49 mit dem Warten-Demultiplexer 5 a
verbunden st, angeschlossen.
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Eine Kippstufe 45, deren Eingang mit dem Impulsgeber der Warte 5 verbunden
ist, ist ausgangsseitig an einen Frequenzteiler 47, einen ersten Eingang eines UND-Gliedes
46 und die Schieberegister 44 angeschlossen. Der zweite Eingang des UND-Gliedes
46 ist über ein invertierendes Glied ebenfalls an den Impulsgeber der Warte 5 angeschlossen,
wahren der Ausgang des UND-Gliedes 46 sowohl mit Eingängen der Schieberegister 44
als auch mit dem Takteingang der vierten bistabilen Kippstufe verbunden ist.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Rükmeldesystems soil nachfolgend
anhand der vorbeschriebenen Figuren erfolgen, wobei in diesem Beispiele von 96 in
Reihe geschalteten Thyristor ren ausgegangen wird, die in vier Gruppen zu e 24 ThyrItorer.
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unterteilt sind.
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Die von der zentralen Steuereinrichtung 6 abgegebenen ST.=R-STOP-Zündimpulse
werden aus der Warte zuerst dem Demultiplexer 50 bis 59 zugeführt. Nachdem ein Abfragekorr.r.iando
auf die Kippstufe 52 abgegeben wurde, fängt der Zähler 51 an zu zä:^-len,und im
Impulsverdoppler 50 wird einmalig hinter dem STOP-Impuls nach 10 #s noch ein STOP-Impuls
zugegeben (Doppel-STOP-Impuls). Nach diesem Doppelimpuls rolgen 23 einfache STOP-Impulse.
Diese Serie (ein Doppel-STOP-Impuls und 23 einfache STOP-Impulse) wird dreimal wIederholt.
Insgesamt werden also in einer Abfrageperiode 4 x 23 = 92 einfache Impulse und 4
x 1 Doppel impulse der Steuereinheit 4 als STOP-Impulse zugeführt.
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In der Steuereinheit 4 wird der zweite aus dem Doppel impuls ausgekoppelt,
gespeichert und dann gezielt in die negative Sperrphase der Thyristoren als Rückmeldebefehl
wiederum in Gestalt eines Doppel impulses (10 # Abstand) abgegeben. Uber den Lichtleiterkanal
7 für die Ansteuerbefehle gelangen die Rückmeldebefehle in die jedem Thyristor zugeordnete
Thyristorelektronik 2.
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Dort lösen sie neben einer Rückmeldung zwangsweise auch einen Zündimpuls
aus, der aber zum einen nicht wirksam ist, da er in die negative Sperrphase fällt
und zum anderen nach durch den zweiten Impuls des Doppel impulses abgebrochen wirc.
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Bei der Vorprüfung kommen von der Warte nur STCP-Impulse und Doppel-STOP-Impulse
zur Steuereinheit 4. Von diesen werden der Thyr'.storelektronik nur die insgesamt
vier Doppel impulse als Rückmeldebefehle zugeführt.
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In der in leder Thyristorelektronik 2 befindlichen logischen Schaltung
22 für Rückmeldesignale wird der zweite Impuls mit Hilfe der zweiten monostabilen
Kippstufe 222 und des dritten Inverters 225 aus dem Doppel impuls ausgekoppelt und
vo Lichtsender 24 verstärkt als Rückmeldesignal dem Multiplexer 4 a in der Steuereinheit
über getrennte Lichtleiter zugeführt. Da die Versorgungsenergie der Thyristorelektronik
2 aus dem. Thyristorkreis qewonnen wird, verliert die Thyristorelektronik 2 nach
Defekt des Thyristors (Sperrdurchschlag) ihre Einspeisespannung, und die Rückmeldeimpulse
der betreffenden Thyristorelektronik können nicht mehr gesendet werden.
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Der durch den Rückmeldebefehl in der Sperrphase des Thyristors ausgelöste
"Zündimpuls" wird mit dem zweiten Impuls des Doppelimpulses durch Ansteuerung des
Rücksetzeingangs 5 der ersten monostabilen Kippstufe 221 abgebrochen. Damit werden
die Verluste am Gate des Thyristors niedriq gehalten.
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Die Lichtleiter 8 für die Rückmeldungen werden bis zum Multiplexer
4 a getrennt geführt. Im Multiplexer 4 a ist jedem Thyristor eine Fotodiode 40 zugeteilt.
ueber Analogschalter 41 können die Fotodioden 40 einer Fotodiodengruppe vom Zähler
42 nacheinander dem Fotoverstärker43 zugeschaltet werden.
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Die in drei Gruppen zu je acht Fotoverstärkern aufgeteilten Fotoverstärker
43 sind an je ein achtstelliges Schieberegister 44 mit parallelem Eingang und seriellem
Ausgang angeschlossen.
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Als Taktimpuls für die in Serie geschalteten Schieberegister 44 und
dem Zähler 42 dient der von der Warte 5 kommende STOP-Impuls.
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Doppelimpulse werden an der monostabilen Kippstufe 45 des Multiplexers
4 a abgefangen. Der aus dem ersten Doppelimpuls ausgekoppelte zweite Impuls öffnet
die Eingänge der Schieberegister 44 und entriegelt über die vierte bistabile Kippstufe
des Zählers 42 den Frequenzteiler 47.
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Zugleich mit dem Öffnen von Eingängen der Schieberegister 44 erscheint
an allen fotodiode 40 die übertragene Rückmeldunc über den Zustand der einzelnen
Thyristoren, d. h. ist der Thyristor betriebsfähig, wird ein Signal abgegeben, ist
er gestört, wird kein Signal abgegeben. Da mit dem ersten ausgekoppelten Impuls
der bisher im Nullzustand blockierte Zähler 42 des Multiplexers 4 a freigegeben
wird, ist nach Erscheinen des ersten Doppel impulses die erste Fotodiode der Gruppe
1, 5 9 usw. über den Analogschalter 41 an die Fotoverstärker 43 und damit auch an
die Eingänge der Schieberegister 44 angeschlossen.
Auf diese Weise
werden alle Speicherzellen der Schieberegister 44 belegt. Nach diesem Schritt folgen
23 wctere Schritte ohne Doppel impuls. Bei den insgesa..,t 24 Scritten eines Teilzyklus
wird die parallel gespeicherte Infor-.=-tion im Takt der STOP-Impulse über den Verstärker
49 seriell der Warte 5 übermittelt, und zwar in der Reihenfolge 93, 59, 85, 81 ...
5, 1.
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Nach dem ersten Teilzyklus folgt wieder ein Doppel impuls.
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Wiederum erscheint die Rückmeldung an allen Eingängen der Fotodioden
40 des Multiplexers 4 a zugleich. Diesmal ist aber der Zähler 42 um einen Schritt
weitergesetzt, d. h.
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über die Dekoder 48 und die Analogschalter 41 wird jeweil die zweite
Fotodiode der Gruppen 2, 6, 10 usw. an die Eotoverstärker 43 und damit an die Eingänge
der Schiebereqister 44 angeschlossen. Es liegt also auf der Hand, daß nach der.
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vierten Teilzyklus (96 Schritte) die Zustände aller 9ó Thyrlstoren
im Zeitmultiplexverfahren zur Warte 5 gemeldet sind.
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Nach diesen 96 Schritten (4 Doppelimpulse) wird wiederum der Frequenzteiler
47 über seinen RESET-Eingang blockiert. Nach der Abf rageperiode folgt eine Ruhepause,
die mindestens genauso lang wie die Abfrageperiode sein muß. Damit ist die Synchronisation
zwischen dem Zähler 51 im Demultiplexer und dem Zähler 42 im Multiplexer gewährleistet.
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In der in der Warte untergebrachten Elektronik (Bild 2) werden die
Rückmeldungen über den Zustand der Thyristoren geprüft, gespeichert und ausgewertet.
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Um etwaige Fehlmeldungen von den echten Meldungen unters-çeiden zu
können, wird jede Abfrage dreimal hintereinander auscefnrt und eine "2 von 3"-huswahl
in der Auswahleinrichtung 55 getroffen. Die zwei ersten Rückmeldungen werden der
Reihe nach in ei beiden Schieberegister 53, 54 des Warten-Demultipiexers (jedes
96 Bits) seriell gespeichert. Die anlaufende dritte Meldung wird mit dem aus den
Schieberegistern 53, 54 kommenden erster.
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zwei Rückmeldungen in der Auswahleinrichtung 55 verglichen und der
Auswahl 2 von 3 unterworfen. Die Ausgangsinformation der Auswahleinrichtung wird
dann im Speicher 56 gespeichert und mit der schon gespeicherten Information verglichen.
Jedem Thyristor ist eine Speicherzelle im Speicher 56 zugeordnet. Falls sich die
zu speichernde elementare Information (H oder L) von der in der entsprechenden Speicherzelle
von vorhergehender Abfrage schon gespeicherten elementaren Information (H oder L)
.unterscheidet, wird über das Exklusiv-ODER-Glied 57 und die Auslöseschaltung 59
mit Hilfe des Zählers 51 und der digitalen Uhr 58 die laufende Nummer des Thyristors,
Datum und Uhrzeit in einem an die Auslöseschaltung 59 angeschlossenen Schreiber
ausgedruckt.
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