DE3223295A1

DE3223295A1 - Thyristorventil

Info

Publication number: DE3223295A1
Application number: DE19823223295
Authority: DE
Inventors: Eizoo Kashino; Nobuo Sashida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-06-22
Filing date: 1982-06-22
Publication date: 1983-07-21
Also published as: JPS57211972A; SE8203798L; CH661387A5; DE3223295C2; JPS6412174B2

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Thyristorventil, das aus einer Vielzahl von Thyristoren in Reihenschaltung aufgebaut und für die Verwendung als Hochspannungs-Gleichrichteranordnung in Gleichspannungsübertragungseinrichtungen, Frequenzwandlern usw. geeignet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Thyristorventil eines Systems mit einzelnen Blitzschutzelementen oder Überspannungsableitern, bei denen die Blitzschutzelemen-te oder Uberspannungsableiter parallel zu den einzelnen Thyristoren geschaltet sind.
Bei Einrichtungen dieser Art hat man bisher Anordnungen gemäß Fig. 1 verwendet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bezeichnet das Bezugszeichen 1 jeweils einzelne Thyristoren einer Vielzahl von Thyristoren, die in Reihe zwischen die Anschlüsse 5 und 5 geschaltet sind. Jeweils ein Blitzschutzelement oder Uberspannungsableiter 2, der einen nichtlinearen Widerstand verwendet, ist parallel zum jeweiligen Thyristor 1 geschaltet. Die Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnen Spannungsteiler-Kondensatoren bzw. Spannungsteiler-Widerstände, die paarweise in Reihe und parallel zu den entsprechenden Thyristoren 1 zwischen die beiden Anschlüsse 5 geschaltet sind, um eine Spannungsteileranordnung zu bilden, um gleiche Spannungen an die jeweiligen Thyristoren 1 anzulegen.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 sind die Thyristoren 1 in Reihe in einer Anzahl geschaltet, die man erhält, indem man eine redundante Anzahl zu der Anzahl von Thyristoren hinzuaddiert, die erforderlich ist, um die maximale Spannung auszuhalten, die extern an die beiden Anschlüsse 5 angelegt wird. Als Blitzschutzelement oder Überspannungsableiter 2 werden solche gewählt, die eine Spannungs-Strom-Charakteristik haben, bei der die Klemmenspannung der Blitz- schutzelemente oder Überspannungsableiter nicht die aushaltbare Spannung oder Stehspannung des Thyristors überschreitet, wenn der maximal angenommene Stromstoß geflossen ist. Die Blitzschutzelemente oder überspannungsableiter schützen den Thyristor 1 gegenüber extern hineinfließenden Stromstößen. Außerdem bilden der Spannungsteiler-Kondensator 3 und der Spannungsteiler-Widerstand 4 ein Reihenschaltungselement, das parallel zum entsprechenden Thyristor 1 geschaltet ist, und derartige Reihenschaltungselemente bilden eine Spannungsteileranordnung, so daß eine im Betriebszustand an die Klemmen 5 angelegte Spannung gleichmäßig auf die Thyristoren aufgeteilt wird.
Ein herkömmliches Thyristorventil der obigen Anordnung hat jedoch einen schwerwiegenden Nachteil, der nachstehend näher erläutert ist. Betrachten wir den Fall, daß ein Stromstoß vom Anschluß 5 hineinfließt, wenn das Thyristorventil in seinem AUS-Zustand zünden will. Da der Thyristor 1 im AUS-Zustand ist, fließt der maximale Stromstoß entsprechend der Spannungs-Strom-Charakteristik Z gemäß Fig. 2 durch das Blitzschutzelement bzw. den überspannungsableiter 2.
Im folgenden wird auf die Fig. 3(a) bis 3(c) Bezug genommen. Wenn der Thyristor 1 zum Zeitpunkt t1 gezündet hat, sinkt die Klemmenspannung des Thyristors 1 ab, wie es in Fig. 3(a) dargestellt ist. Dementsprechend wird die abnehmende Spannung gemäß Fig. 3(a) an das Blitzschutzelement bzw. den überspannungsableiter 2 angelegt, der parallel zum Thyristor 1 geschaltet ist. Hierbei ist, wie in den Fig. 2 und 3(a) dargestellt, die Thyristorspannung = Uberspannungsableiterspannung (vgl. Fig. 3(a)) eine Spannung V2, die zu einem Zeitpunkt t2 im Laufe des Einschaltens etwas niedriger ist als die Überspannungsableiter-Schutzspannung V1. Die Stromstärke geht zu diesem Zeitpunkt auf den Wert 12, der gegenüber dem maximalen Stromstoß 11 erheblich reduziert ist, und zwar durch die Nichtlinearität des Widerstandes des Uberspannungsableiters bzw. Blitz- schutzelementes 2, was der Charakteristik Z in Fig. 2 entspricht. Im allgemeinen wird jedoch der Stromstoß in einem solchen kurzen Zeitintervall t1 - t2 als konstant angesehen.
Somit wird der Thyristorstrom so abgegeben, daß die Summe aus dem Blitzschutzelement- oder Uberspannungsableiterstrom und dem Thyristorstrom konstant werden kann, wie es in Fig. 3(c) dargestellt ist, und der Uberspannungsableiterstrom wird zu dem Thyristor innerhalb einer Zeitspanne kommutiert, die wesentlich kürzer ist als die Einschaltzeit des Thyristors. Die Stromaufbaugeschwindigkeit des Thyristors 1 nimmt zu diesem Zeitpunkt mit dem maximalen Stromstoßwert zu und überschreitet die kritische Einschalt-Stromaufbaugeschwindigkeit als Auffangkapazität des Thyristors 1, was zu einem Durchbruch des Thyristors 1 führt.
Der maximale Stromstoßwert ist durch die Charakteristik und Eigenschaften eines elektrischen Systems bestimmt, an das das Thyristorventil angeschlossen ist. Im allgemeinen wird davon ausgegangen, daß ein elektrisches Versorgungssystem mit höherer Spannung auch einen größeren Stromstoßwert besitzt. Ein herkömmliches Thyristorventil kann dementsprechend nur in elektrischen Systemen mit kleinen maximalen Stromstoßwerten betrieben werden, mit anderen Worten bei vergleichsweise niedrigen Spannungen, bei denen kein Durchbruch der Thyristoren 1 erfolgt, auch wenn das oben beschriebene Phänomen auftritt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thyristorventil der angegebenen Art anzugeben, das unter Vermeidung des Nachteils von herkömmlichen Thyristorventilen so ausgelegt ist, daß eine Unterdrückung des Stromaufbaus bei den in Reihe geschalteten Thyristoren erfolgt, so daß die Thyristoren bei dem Anlegen eines Stromstoßes gegenüber einer Zündung geschützt werden können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Thyristorventils; Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Spannungs-Strom-Charakteristik eines Blitzschutzelementes oder Überspannungsableiters; Fig. 3 (a) bis 3 (c) Wellenform-Diagramme zur Erläuterung der Zusammenhänge, die beim Zünden eines Thyristors auftreten; und in Fig. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristorventils.
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert, in der die gleichen Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 4 sind mit dem Bezugszeichen 6 Reaktanzen oder Drosselspulen bezeichnet. Die jeweilige Drosselspule 6 ist in Reihe mit dem entsprechenden Thyristor 1 geschaltet, mit dem die Spannungsteileranordnung, bestehend aus Spannungsteiler-Kondensator 3 und Spannungsteiler-Widerstand 4 parallelgeschaltet ist, und die Drosselspulen 6 bilden eine Unterdrückeranordnung, um zu verhindern, daß die Thyristoren 1 durch eine übermäßige Einschalt-Stromaufbaugeschwindigkeit einen Durchbruch erleiden. Eine Reihenschaltungsanordnung, bestehend aus Drosselspule 6 und Thyristor 1, ist parallel zu dem entsprechenden Blitzschutzelement oder Überspannungsableiter 2 geschaltet. Die anderen Bauelemente sind die gleichen wie beim Stande der Technik-.
Das Thyristorventil der oben beschriebenen Anordnung arbeitet folgendermaßen. Nimmt man an, daß ein Stromstoß vom Anschluß 5 im Abschalt-Zustand oder AUS-Zustand des Thyristorventils hineingeflossen ist, so fließt der Stromstoß entsprechend der Charakteristik gemäß Fig. 2 durch das Blitzschutzelement bzw. den Uberspannungsableiter 2.
Wenn der Thyristor 1 zu diesem Zeitpunkt zündet, wird der bis dahin durch den Uberspannungsableiter 2 geflossene Strom zum Thyristor 1 kommutiert bzw. umgepolt. Der Anstieg des Stromes, der zu dieser Zeit in den Thyristor 1 fließt, wird von der Drosselspule 6 unterdrückt. Wenn daner die Induktivität der Drosselspule 6 vorher ausreichend groß gemacht worden ist, kann die Einschalt-Stromaufbaurate des Thyristors innerhalb der Auffangkapazität unterdrückt werden, und es kann verhindert werden, daß der Thyristor 1 beim Einschalten einen Durchbruch erleidet.
Das erfindungsgemäße Thyristorventil der oben beschriebenen Art hat dementsprechend die Wirkung, daß, wie hoch die Spannung eines elektrischen Versorgungssystems auch sein mag, das Thyristorventil betrieben werden kann, indem man lediglich die überspannungsableiter 2 so wählt, daß sie an den maximalen Stromstoßwert des elektrischen Systems angepaßt sind, an das sie angeschlossen sind.
Bei der beschriebenen Ausführungsform kann die Drosselspule 6 bis zum Maximalwert des Stromstoßes ungesättigt bleiben, und es ist nichts dagegen einzuwenden, wenn sie mit einem Leitungsstrom nach dem Einschalten des Thyristors 1 gesättigt wird. Als Drosselspule 6 ist es somit möglich, eine sättigbare Reaktanz oder Drosselspule zu verwenden, die von einem Strom gesättigt wird, dessen Stromstärkenwert größer ist als der Maximalwert des Stromstoßes. In diesem Falle kann nicht nur die gleiche Wirkung wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erreicht werden, sondern die Anordnung kann auch kompakter hergestellt werden.
Wie vorstehend erläutert, sind gemäß der Erfindung Drosselspulen angeschlossen, um die Aufbaugeschwindigkeit des Stromes zu unterdrücken, der von den Blitzschutzelementen oder Uberspannungsableitern kommutiert wird, wenn die Thyristoren, deren Blitzschutzelemente oder überspannungsableiter einzeln parallel zu ihnen geschaltet sind, beim Anlegen eines Stromstoßes zünden. Dies bringt den Effekt mit sich, daß ein Thyristorventil gegenüber einer übermäßigen Belastung durch die Einschalt-Stromaufbaugeschwindigkeit geschützt werden kann.

Claims

Thyristorventil Patentansprüche .tThyristorventil, bei dem Blitzschutzelemente oder überspannungsableiter parallel zu den jeweiligen Thyristoren geschaltet sind, die ihrerseits in Reihenschaltung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Thyristor (1) jeweils eine in Reihe geschaltete Reaktanz oder Drosselspule (6) aufweist, die den Anstieg des zu kommutierenden Stromes vom entsprechenden Blitzschutzelement (2) unterdrückt.
2. Thyristorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (6) eine sättigbare Drosselspule ist, die von einem Strom gesättigt wird, dessen Wert größer ist als ein angenommener maximaler Stromstoß.