DE69404239T2 - Thyristorventilschutzsystem - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf ein Schutzsystem für ein Thyristorventil, das für eine GS-Leistungsübertragung usw. verwendet wird und spezieller auf ein Schutzsystein für ein Thyristorventil, welches Thyristoren vor einer Spannungsbelastung während der Durchlaßverzögerungsperiode schützt.
- Generell regeneriert ein Thyristor seine Durchlaßstehspannung erst, nachdein eine gewisse Zeit nach dem Ende einer Energieleitung vergangen ist. Die "Abschaltzeit" (Tq) ist ein Richtwert bezüglich der Zeit, welche für diese Regenerierung erforderlich ist.
- Wenn ein Thyristorventil als Wechseirichter läuft, dann wird die Sperrspannungsperiode, die an den Thyristor nach dem Ende einer Energieleitung angelegt wird, der "Toleranzwinkel" (γ) genannt. Normalerweise wird der Steuerwinkel so gewählt, daß dieser Toleranzwinkel γ größer als die Abschaltzeit Tq ist.
- Wenn der Toleranzwinkel γ infolge der Erzeugung einer Wellenformverzerrung in dem WS-System kleiner als die Abschaltzeit Tq ist, dann kann der Thyristor eine Durchlaßspannung, die einer Sperrspannung folgt, nicht blockieren und wird selbstzündend.
- Diese Erscheinung wird "Kommutierungsfehler" genannt. Wenn Thyristoren in Reihe geschaltet sind, dann tritt Zufälligkeit bei den Abschaltzeiten Tq einzelner Thyristoren auf. Deshalb wird es, wenn der Toleranzwinkel γ klein ist, Thyristoren mit und ohne Kommutierungsfehler geben. Diese Erscheinung wird "partieller Kommutierungsfehler" genannt. Folglich wird die gesamte Schaltkreisspannung an die Thyristoren ohne Kommutierungsfehler angelegt. Deshalb wird dann, wenn die Anzahl der Thyristoren mit partiellem Kommutierungsfehler groß ist, eine Durchlaßspannung größer als die Stehspannung an die Thyristoren angelegt, welche die Spannung blockieren. Dies wird manchmal zu einer Beschädigung führen.
- Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurden bei dem bekannten Stand der Technik die Thyristoren dadurch geschützt, daß sie zwangsweise durch Lieferung eines Gatterimpulses an alle Thyristoren eingeschaltet wurden, wenn der Toleranzwinkel y kleiner als der maximale Wert der Abschaltzeiten Tq der in Reihe geschalteten Thyristoren wurde. Dies wird "erzwungener Zündungsschutz" genannt.
- Die Einzelheiten des vorstehend beschriebenen Schutzes nach dem bekannten Stand der Technik werden gut in dem US-Patent Nr. 4,377,835, erteilt am 22. März 1983 und in dem kanadischen Patent Nr. 1,054,218, erteilt am 8. Mai 1979, beschrieben.
- Ein solcher erzwungener Zündungsschutz des bekannten Standes der Technik hatte die folgenden Probleme. Das heißt, die Abschaltzeit Tq hängt von der Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt der angelegten ansteigenden Durchlaßspannung v und von dem Spitzenwert von Spannung v ab. Jedoch wurde der maxinale Wert der Abschaltzeiten Tq0, der bei dem erzwungener Zündungsschutz des bekannten Standes der Technik verwendet wurde, aus der Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt (mehrere v/µs) bei Normalbetrieb angenommen. Wenn eine überlastspannung mit einer größeren Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt als bei Normalbetrieb an das Thyristorventil von außen als Folge einer Stoßspannung angelegt wird, dann wurden die Ab schaltzeiten der einzelnen Thyristoren Tq, welche als Tql genommen werden, größer als die Abschaltzeit Tq0. Die Abschaltzeiten Tql haben Zufälligkeitscharakter für einzelne Thyristoren in genau derselben Art und Weise, wie die Abschaltzeit Tq0.
- Infolgedessen wird dann, wenn eine Stoßspannung in die Thyristorventile zwischen den Abschaltzeiten Tq0 und Tq1 eindringt, der vorstehend angeführte erzwungene Zündungsschutz nicht funktionieren. Jedoch wird ein partieller Kommutierungsfehler als Folge der Zufälligkeit von Abschaltzeiten Tq1 einzelner Thyristoren auftreten, und es besteht die Möglichkeit einer Beschädigung der Thyristoren.
- Desgleichen werden dann, wenn eine ansteigende Durchlaßspannung mit einer großen Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt an die Thyristoren angelegt wird und zu diesem Zeitpunkt ein Spitzenwert von Spannung v hoch ist, alle in Reihe geschalteten Thyristoren von selbst zünden. Folglich gibt es die Möglichkeit einer Beschädigung infolge eines Verlustes zur Abschaltzeit.
- Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, für ein Schutzsystem für ein Thyristorventil zu sorgen, welches die Thyristoren vor einer Beschädigung selbst dann schützt, wenn eine steile Stoßspannung in das Thyristorventil hinein eindringt.
- Diese und andere Aufgaben der Erfindung kann man dadurch erreichen, daß für ein Schutzsystem für ein Thyristorsystem gesorgt wird, welches aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren besteht. Das Schutzsystem besteht aus einer Durchlaßspannungs-Erkennungsschaltung, die mit zumindest einem Thyristor aus der Anzahl der Thyristoren verbunden ist, um zu erfassen, daß an dem Thyristor eine Durchlaßspannung anliegt, um ein Durchlaßspannungssignal zu erzeugen, aus einer ersten Sperrspannungs-Erkennungsschaltung um zu erfassen, daß an dem Thyristor eine Sperrspannung anliegt, die einen ersten Sperrspannungswert übersteigt, um ein erstes Sperrspannungsignal zu erzeugen und aus einer zweiten Sperrspannungs-Erkennungsschaltung, um zu erfassen, daß an dem Thyristor eine Sperrspannung anliegt, die einen zweiten Sperrspannungswert übersteigt, der größer ist als der erste Sperrspannungswert, um ein zweites Sperrspannungssignal zu erzeugen. Das Schutzsystem besteht weiterhin aus einer Schutzschaltung, um eine erste Zeitperiode, während der das erste Sperrspannungssignal ausgegeben wird, und eine zweite Zeitperiode zu erfassen, während der das erste Sperrspannungssignal ausgegeben wird und das zweite Sperrspannungssignal nicht ausgegeben wird, um die erste Zeitperiode und die zweite Zeitperiode zu addieren, um ein Additionssignal zu erzeugen, um das Additionssignal mit einem ersten vorbestimmten Wert zu vergleichen, um ein Entscheidungssignal zu erzeugen, wenn das Additionssignal kleiner als der zweite vorbestimmte Wert ist, und um einen auf dem Entscheidungssignal basierenden Gatterschutzimpuls zu erzeugen, wenn die Durchlaßspannung an den Thyristor angelegt wird. Der Gatterschutzimpuls wird an alle Thyristoren angelegt.
- Entsprechend einem weiteren Aspekt der dieser Erfindung wird für ein Schutzsystern für ein Thyristorventil gesorgt, welches aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren besteht. Das Schutzsystem besteht aus einer Durchlaßspannungs-Erkennungsschaltung, die mit zumindest einem Thyristor aus der Anzahl der Thyristoren verbunden ist, um zu erfassen, daß an dem Thyristor eine Durchlaßspannung anliegt, um ein Durchlaßspannungssignal zu erzeugen, einer ersten Sperrspannungs-Erkennungsschaltung, um zu erfassen, daß an dem Thvristor eine Sperrspannung anliegt, die einen ersten Sperrspannungswert übersteigt, um ein erstes Sperrspannungssignal zu erzeugen und aus einer zweiten Sperrspannungs-Erkennungsschaltung, um zu erfassen, daß an dem Thyristor eine Sperrspannung anliegt, die eine zweite Sperrspannung übersteigt, der größer als der erste Sperrspannungswert ist, um ein zweites Sperrspannungsignal zu erzeugen. Das Schutzsystem besitzt außerdem eine Schutzschaltung um basierend auf dem ersten Sperrspannungssignal und dem zweiten Sperrspannungssignal ein Signal zu berechnen, das von der Anstiegsgeschwindigkeit einer an dem Thyristor anliegenden, ansteigenden Durchlaßspannung abhängig ist, wenn die Sperrspannung an dem Thyristor anliegt, um das von der Anstiegsgeschwindigkeit abhängige Signal mit einem zweiten vorbestimmten Wert zu vergleichen, um ein Entscheidungssignal zu erzeugen, wenn durch das von der Anstiegsgeschwindigkeit abhängige Signal angezeigt wird, daß die Anstiegsgeschwindigkeit größer ist als ein vorbestimmter Wert, und um basierend auf dem Entscheidungssignal einen Gatterschutzimpuls zu erzeugen, wenn die Durchlaßspannung an dem Thyristor anliegt. Der Schutzgatterimpuls wird an alle Thyristoren angelegt.
- Es ist empirisch bewiesen worden, daß die Beziehung zwischen Ausschaltzeit Tq und einer Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt einer ansteigenden Durchlaßspannung durch die folgende Gleichung gegeben ist:
- Tq = k1 x 1n (dv/dt) + T0 (1)
- Hier sind k1 und T0 Konstanten.
- Deshalb hat diese Erfindung unter Berücksichtigung der Zufälligkeit bei der Kennlinie jedes Thyristors das Merkmal, daß dann, wenn Gleichung (2) nicht besteht, ein Schutz über ein erzwungenes Abschalten durch Lieferung von Gatterimpulsen an alle Thyristoren auf Basis des Erkennens einer Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt einer ansteigenden Durchlaßspannung von zwei verschiedenen Pegeln eines Thyristors ausgeführt wird.
- Gleichung (2) erhält man durch Einsetzen von Gleichung (1) in die Ungleichung (y ) Tq).
- γ > k1 x 1n (dv/dt) + To + Tm .... (2)
- Hier ist Tm ein Toleranzwert, welcher der Zufälligkeit bei der Kennlinie eines Thyristors Rechnung trägt.
- Durch Bereitstellung der vorstehenden Einrichtung kann eine Beschädigung an den Thyristoren als Folge einer Überspannung verhütet werden, weil erzwungene Einschaltimpulssignale an alle Thyristoren angelegt werden, wenn eine Überspannung in ein Thyristorventil eindringt und eine ansteigende Durchlaßspannung v mit einer steilen Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt an die Thyristoren nach dem Ende des Leitungszeitraums angelegt wird.
- Man erhält leicht eine vollständigere Einschätzung der Erfindung und vieler der damit zusammenhängenden Vorteile, wenn man dieselbe durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung versteht, wenn man diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet, bei welchen:
- Fig. 1 ein Scherna eines Thyristorventils und eines Teils eines Schutzsystems davon entsprechend einer Ausführungsform dieser Erfindung ist;
- Fig. 2 ein Schema ist, welches ein praktisches Beispiel einer in Fig. 1 gezeigten Spannungserkennungsschaltung zeigt;
- Fig. 3 ein Schema einer impulserzeugenden Schaltung, welche Schutzimpulse erzeugt, entsprechend einer Ausführungsform dieser Erfindung ist;
- Fig. 4 ein Wellenformdiagramm für jeden Teil während des Normalbetriebes ist, um die Funktionsweise dieser Ausführungform zu veranschaulichen; und
- Fig. 5 ein Wellenformdiagramm für jeden Teil während des Eindringens einer Stoßspannung ist, um die Funktionsweise dieser Ausführungsform zu veranschaulichen.
- Jetzt sollen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, bei welchen gleiche Bezugszahlen identische oder entsprechende Teile in allen verschiedenen Ansichten bezeichnen, die Ausführungsformen dieser Erfindung nachstehend beschrieben werden.
- Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Thyristorventils und eines Teils eines Schutzsystems davon entsprechend einer Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, welche ein praktisches Beispiel einer Spannungserkennungsschaltung in Fig. 1 zeigt. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer impulserzeugenden Schaltung, welche erzwungene Einschaltimpulse an das Thyristorventil in Fig. 1 anlegt.
- N Foto-Thyristoren (im Nachstehenden einfach "Thyristoren" genannt) 1-1 - 1-N sind in Reihe geschaltet, so daß sie eine spezielle Spannung aushalten. Dämpfungsschaltungen, die aus in Reihe geschalteten Dämpfungswiderständen 2-1 - 2-N und Dämpfungskondensatoren 3-1 - 3-N bestehen, sind entsprechend parallel zu Thyristor 1-1 - 1-N geschaltet. Gleichzeitig sind GS- Spannungsteilerwiderstände 4-1 - 4-N und Spannungserkennungsschaltung 5-1 - 5-N entsprechend parallel zu den Thyristoren 1-1 - 1-N geschaltet.
- Wie einfach als Spannungserkennungsschaltung 5 in Fig. 2 gezeigt, besteht jede Spannungserkennungsschaltung 5-1 - 5-N aus LED's 9, 10 und 11, den Zenerdioden 12 und 13, den Widerständen 14 und 15 und den Dioden 16 und 17. In Fig. 2 wird jeder Lichtleiter 6-1 - 6-N, jeder Lichtleiter 7-1 - 7-N und jeder Lichtleiter 8-1 - 8-N einfach entsprechend als Lichtleiter 6, Lichtleiter 7 und Lichtleiter 8 gezeigt.
- Wenn eine Durchlaßspannung an die Thyristoren 1-1 - 1-N in Fig. 1 angelegt wird, dann emittieren die LED's 9 in den Spannungserkennungsschaltungen 5-1 - 5-N Licht. Dieses Licht wird durch die Lichtleiter 6-1 - 6-N an eine fotoelektrische Wandlerschaltung 18 in Fig. 3 übertragen, welche an Massepotential liegt. Die fotoelektrische Wandlerschaltung 18 konvertiert dieses Licht in elektrische Signale, welche an die Logikschaltung 19 geliefert werden. Diese elektrischen Signale werden durch Logikschaltung 19 verstärkt, damit sie zu einem Durchlaßspannungssignal FV werden.
- Desgleichen emittieren dann, wenn eine Sperrspannung größer als ein spezifizierter Wert VRI (zum Beispiel 50 V) an die Thyristoren 1-1 - 1-N angelegt wird, die LED's 10 Licht, welches durch die Lichtleiter 7-1 - 7-N zu der fotoelektrischen Wandlerschaltung 18 übertragen werden, welche an Massepotential liegt. Diese werden in der fotoelektrischen Wandlerschaltung 18 in elektrische Signale konvertiert, welche durch eine Logikschaltung 21 verstärkt werden, damit sich ein Signal RV1 ergibt. Wenn weiterhin eine Sperrspannung größer als ein spezifizierter Wert RV2 (beispielsweise 200 V) an die Thyristoren 1-1 - 1-N angelegt wird, dann emittieren die LED's 11 Licht, welches durch Lichtleiter 8-1 - 8-N zu der fotoelektrischen Wandlerschaltung 18 übertragen werden, welche an Massedotential liegt. Diese werden in der fotoelektrischen Wandlereinheit 18 in elektrische Signale umgewandelt, welche durch eine Logikschaltung 20 verstärkt werden, damit sich ein Signal RV2 ergibt. Die Logikschaltungen 19, 20 und 21 können leicht durch jene, die mit der Technik vertraut sind, aus ODER-Schaltungen, UND-Schaltungen oder Majoritätsschaltungen hergestellt werden, weshalb eine detaillierte Beschreibung des Schaltungsaufbaus derselben weggelassen werden kann.
- Signal RV2 wird durch eine Inversionsschaltung 22 invertiert und bewirkt, daß eine Mono-Multi-Schaltung 24 in Funktion kommt, um einen Flip-Flop 26 zu setzen. Signal RV1 wird durch eine Inversionsschaltung 23 invertiert und bewirkt, daß eine Mono-Multi- Schaltung 25 in Funktion gesetzt wird, um den Flip-Flop zurück zustellen.
- Ein Q-Ausgang von Flip-Flop 26 treibt eine Integrationsschaltung 27. Signal RVL treibt ebenfalls eine Integrationsschaltung 28. Hier wird das Zurückstellen der Integrationsschaltungen 27 und 28 durch das Ausgangssignal aus der Mono-Multi-Schaltung 25 durchgeführt. Der Ausgang aus der Integrationsschaltung 27 wird an eine Additionsschaltung 32 durch Leiten durch eine logarithmische Schaltung 29 und eine Verstärkerschaltung 30, welche eine spezifizierte Verstärkung hat, angelegt.
- Andererseits wird der Ausgang aus Integrationsschaltung 28 an Additionsschaltung 32 durch Leiten durch eine Verstärkerschaltung 31 angelegt, welche eine spezifizierte Verstärkung hat. Das heißt, ein Ausgang c aus Additionsschaltung 32 ist die Summe des Ausgangs aus der Verstärkerschaltung 30 und dem Ausgang aus der Verstärkerschaltung 31.
- Eine Signalerzeugungsschaltung 33 ist eine Schaltung, welche ein GS-signal d äquivalent k1 x 1n(VR2 - VR1) + T0 + Tm) erzeugt. In einen Komparator 34 werden Signal c und Signal d eingegeben, und sein Ausgang e ist "1", wenn c > d.
- Eine Leitungszeitraumsignal-Erzeugungsschaltung 36 gibt ein Signal PHS aus, welches das Leitungszeitraumsignal des Thyristorventils ist und setzt einen Flip-Flop 35 durch das Signal PHS. Flip-Flop 35 wird durch Ausgang e aus Komparator 34 zurückgesetzt. Ein Q-Ausgang f von Flip-Flop 35 wird in eine UND- Schaltung 37 eingegeben. Das Signal FV, welches der Ausgang aus Logikschaltung 19 ist, wird in einen anderen Eingangsanschluß von UND-Schaltung 37 eingegeben. Wenn beide Signale FV und f "1" sind, dann wird eine Mono-Multi-Schaltung 38 in Funktion gesetzt, und es wird ein Verstärker 39 getrieben, um zu verursachen, daß die LED's 40-1 - 40-N durch ein Signal GP emittieren. Dieses Licht wird zu den Thyristoren 1-1 - 1-N über Lichtleiter 41-1 - 41-N übertragen, um alle Thyristoren 1-1 - 1-N auf EIN zu schalten.
- Das Nachstehende ist eine Beschreibung der Funktionsweise der Ausführungsform dieser Erfindung, welche wie vorstehend zusammengesetzt ist, unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5.
- Fig. 4 ist ein Wellenformdiagramm für jeden Teil des Thyristorventus während des Normalbetriebes. Wenn das Signal PHS, welches der Ausgang aus der Leitungszeitraumsignal-Erzeugungsschaltung 36 ist, zu "1" bei dem Durchlaßspannungszeitraum der Thyri storen 1-1 - 1-N wird, dann wird Flip-Flop 35 gesetzt. In diesem Zeitraum ist Signal FV von Logikschaltung 19 gleich "1". Folglich werden die beiden Eingänge von UND-Schaltung 37 zu "1", und Mono-Multi-Schaltung 38 und Verstärkerschaltung 39 werden getrieben. Folglich emittieren die LED's 40-1 - 40-N Licht und schalten die Thyristoren 1-1 - 1-N ein. Dann wird das Signal FV zu "0". Danach kommutiert, wenn Signal PHS zu "0" wird, der Strom, der in diesem Thyristorventil fließt, das Thyristorventil einer anderen Phase (nicht gezeigt) und die Thyristoren 1-1 - 1- N in diesem Thyristorventil werden auf AUS geschaltet. Während der Zeit γ nachdem die Thyristoren 1-1 - 1-N auf AUS geschaltet werden, wird eine Sperrspannung an die Thyristoren 1-1 - 1-N angelegt. Die an die Thyristoren 1-1 - 1-N angelegte Sperrspannung ist größer, als der Pegel von Spannung VR2 unter normalen Bedingungen. Deshalb wird, sobald die Thyristoren 1-1 - 1-N auf AUS geschaltet werden, die Signale RV1 und RV2 zu "1". Während das Signal RV1 gleich "1" ist, arbeitet die Integrationsschaltung 28 und mißt einen Zeitraum tl, in welchem die Sperrspannung an die Thyristoren 1-1 - 1-N angelegt wird. Streng genommen ist der Zeitraum t1 die Zelt, während welcher die Sperrspannung größer als die Spannung VR1 ist. Aber in der Praxis kann, wenn die Spannung VR1 ungefähr 50 V ist, die Zeit tl als identisch mit dein Toleranzwinkel γ betrachtet werden&sub0; Desgleichen funktioniert dann, wenn der absolute Wert der Sperrspannung kleiner als Spannung VR2 ist, die Mono-Multi-Schaltung 24, um Flip-Flop 26 zu setzen. Folglich funktioniert Schaltung 27, um die Zeit t2 zu messen, bis die Sperrspannung von Spannung VR2 zur Spannung VR1 wird. Wenn die Sperrspannung weiter abnimmt und kleiner als Spannung VR1 wird, dann werden Flip-Flop 26, Integrationsschaltung 27 und Integrationsschaltung 28 zurückgesetzt, um das Messen von Zeit t1 und Zeit t2 zu beenden. Die Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt des Thyristors zu diesem Zeitpunkt kann man aus der folgenden Gleichung erhalten:
- (dv/dt) = (VR2 - VR1) /t2 (3)
- Desgleichen kann, da ja die Zeit t1 als Toleranzwinkel γ angesehen werden kann, Gleichung (2) wie folgt umgeschrieben werden:
- γ = tl > k1 x 1n[(VR2 - VR1)/t2] + T0 + Tm
- t1 > k1 x [ln(VR2 - VR1) - ln(t2)] + T0 + Tm
- t1 + k1 x 1n(t2) > k1 x ln(VR2 - VR1) + T0 + Tm .... (4)
- In Gleichung (4) ändert sich iri Gegensatz zu der Tatsache, daß das rechte Glied [k1 x 1n(VR2 - VR1) + T0 + Tm] konstant ist, das linke Glied in Abhängigkeit von der Größe der Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt der an den Thyristor angelegten Spannung v. Wenn die Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt größer wird, dann wird Gleichung (4) nicht erfüllt.
- Diese Erfindung ist so gestaltet, daß ein Schutzimpuls ausgegeben wird, um zwangsweise alle Thyristoren unter den Bedingungen zu zünden, wenn Gleichung (4) nicht erfüllt worden ist. Das heißt, in Fig. 3 ist die Verstärkung der Verstärker 30 und 31 so eingestellt, daß der Ausgang aus dem Verstärker 30 gleich k1 x ln(t2) ist und daß der Ausgang aus Verstärker 31 gleich tl ist. Dann wird der Ausgang c aus Additionsschaltung 32 zu [t1 + R1 x ln(t2)]. Der Ausgang d aus der Signalerzeugungsschaltung 33 wird so eingestellt, daß er zu [k1 x 1n(VR2 - VR1) + T0 + Tm] wird.
- Während des normalen Betriebes wird, wie in Fig. 4 gezeigt, Ausgang c von Additionsschaltung 32 zur Zeit T3 größer als der Ausgang d aus Signalerzeugungsschaltung 33. Das heißt, Gleichung (4) wird erfüllt, und der Ausgang e aus Komparator 34 wird zu "1" und setzt den Flip-Flop 35 zurück, und der Ausgang aus Flip Flop 35 wird zu "0". Folglich erhalten die Leuchtdioden 40-1 - 40-N kein Fotogattersignal GP, und das Funktionieren des Thyristorventils wird so, wie es ist, bis zum normalen Ausschalten des nächsten Zyklus' fortgesetzt.
- Das jetzt Folgende ist eine Beschreibung des Falles, in welchem eine Stoßspannung in das Thyristorventil unmittelbar nach dem Ausschalten eindringt, wobei Fig. 5 verwendet wird. Die Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt während des Sperrspannungszeitraums wird als Folge des Eindringens der Stoßspannung steil. Deshalb werden die Zeiträume t1 und t2 kürzer. Folglich wird der Ausgang d aus Signalerzeugungsschaltung 33 größer als der Ausgang c von Additionsschaltung 32, daß heißt, Gleichung (4) wird nicht erfüllt, selbst nicht zur Zeit T2, zu welcher der absolute Wert der Sperrspannung kleiner als Spannung VR1 wird. Der Ausgang e von Komparator 34 bleibt "0", und der Flip-Flop 35 wird nicht zurückgesetzt. Wenn deshalb eine Durchlaßspannung an die Thyristoren 1-1 - 1-N angelegt wird&sub1; dann wird das Signal FV zu "1" und wird der Ausgang aus der UND-Schaltung 37 zu "1". folglich werden die Leuchtdioden 40-1 - 40-N durch Signal GP gezündet, und es werden alle Tyristoren 1-1 - 1-N gezündet.
- Entsprechend der Ausführungsform dieser Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wird, werden Gatterschutzimpulse an alle Thyristoren übertragen. Folglich kann eine Beschädigung an den Thyristoren als Folge einer angelegten Stoßspannung verhütet werden, ohne partielle Kommutierungsfehler zu erzeugen.
- Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ein Beispiel, bei welchem Spannungserkennungsschaltungen, welche die Durchlaßspannung und die Sperrspannung erkennen, für alle Thyristoren vorgesehen, welche in Reihe geschaltet sind. Jedoch können auch Spannungserkennungsschaltungen für einige der Thyristoren vorgesehen werden, die in Reihe geschaltet sind.
- Weiterhin ist ein Beispiel beschrieben worden, bei welchem man ein Signal c, welches gleich [t1 + k1 x ln(t2)] ist, durch Additionsschaltung 32 erhält. Jedoch kann man ein Signal, welches [t1 + t2] ist aus der Additionsschaltung durch Weglassen der logarithmischen Schaltung erhalten.
- Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erhält man die Zeit t2 durch Vorsehen einer Inversionsschaltung 22, einer Mono- Multi-Schaltung 24, eines Flip-Flops 26 und einer Integrationsschaltung 27. Doch ist diese Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann statt dieser Schaltungen eine weitere Integrationsschaltung vorgesehen werden, welche das Signal RV2 integriert und durch das Ausgangssignal von Mono- Multi-Schaltung 25 zurückgestellt werden kann. Es wird weiterhin eine Subtraktionsschaltung vorgesehen, welche den Ausgang aus dieser Integrationsschaltung von dem Ausgang aus der Integrationsschaltung 28 subtrahiert. Der dem Zeitraum t2 entsprechende Ausgang aus der Subtraktionsschaltung wird an die logarithmische Schaltung 29 angelegt.
- Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform vergleicht der Komparator 34 das dem Wert [t1 + k1 x ln(t2)] entsprechende Signal c mit den Signal d, welches dem Wert [k1 x ln(VR2 - VR1) + T0 + Tm] entspricht, um festzustellen ob Gleichung (4) erfüllt ist oder nicht. Diese Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Die Anstiegsgeschwindigkeit einer ansteigenden Durchlaßspannung v, die an den Thyristor angelegt wird, wird durch Gleichung (3) auf der Basis einer festgestellten Zeit t2 berechnet. Dann kann es möglich sein, daß die Frage, ob ein Schutzgatterimpuls ausgegeben wird oder nicht, durch direktes Vergleichen der Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt, die wie vorstehend berechnet worden ist, mit einen anderen vorbestimmten Wert bestimmt wird.
- Wenn diese Erfindung wie vorstehend beschrieben zur Verwendung kommt, wird selbst dann, wenn eine Stoßspannung in ein Thyristorventil nach dem Abschalten eindringt, die Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt der Stoßspannung erkannt und mit der Abschaltzeit des Thyristors verglichen. Folglich kann eine Beschädigung an den Thyristoren als Folge einer angelegten Stoßspannung durch Übertragung von Schutzimpulsen an alle Thyristoren verhütet werden, ohne, daß ein partieller Kommutierungsfehler erzeugt wird.
- Offensichtlich sind im Licht der vorstehenden Lehren zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen möglich. Es ist deshalb selbstverständlich, daß innerhalb des Geltungsbereiches der beigefügten Ansprüche die Erfindung auch in anderer Weise, als speziell hierin beschrieben, praktiziert werden kann.
Claims (7)
1. Schutzsystem für ein Thyristorventil aus einer Anzahl von
in Reihe geschalteten Thyristoren (1-1 - 1-N), mit:
einer Vorwärtsspannungserfassungseinrichtung (9), die
mit zumindest einem Thyristor aus der Anzahl der
Thyristoren verbunden ist, um zu erfassen, daß an dem Thyristor
eine Vorwärtsspannung anliegt, um ein
Vorwärtsspannungssignal (FV) zu erzeugen;
gekennzeichnet durch:
eine erste Rückwärtsspannungserfassungseinrichtung (10,
12), die mit dem Thyristor verbunden ist, um zu erfassen,
daß an dem Thyristor eine Rückwärtsspannung anliegt, die
einen ersten Rückwärtsspannungswert übersteigt, um ein
erstes Rückwärtsspannungssignal (RV&sub1;) zu erzeugen;
eine zweite Rückwärtsspannungserfassungseinrichtung
(11, 13), die mit dem Thyristor verbunden ist, um zu
erfassen, daß an dem Thyristor eine Rückwärtsspannung
anliegt, die einen zweiten Rückwärtsspannungswert
übersteigt, der größer ist als der erste
Rückwärtsspannungswert, um ein zweites Rückwärtsspannungssignal (RV&sub2;) zu
erzeugen; und
eine Schutzeinrichtung, die zum Empfangen des
Vorwärtsspannungssignal, des ersten Rückwärtsspannungssignals und
des zweiten Rückwärtsspannungssignals geschaltet ist, um
eine erste Zeitperiode, während der das erste
Rückwärtsspannungssignal ausgegeben wird, und eine zweite
Zeitperiode zu erfassen, während der das erste
Rückwärtsspannungssignal ausgegeben und das zweite Rückwärtsspannungssignal
nicht ausgegeben wird, um die erste Zeitperiode und die
zweite Zeitperiode zu addieren (32), um ein
Additionssignal (C) zu erzeugen, um das Additionssignal mit einem
ersten vorbestimmten Wert (d) zu vergleichen (34), um ein
Entscheidungssignal (e) zu erzeugen, wenn das
Additionssignal kleiner ist als der erste vorbestimmte Wert, und
um einen auf dem Entscheidungssignal basierenden
Gatterschutzimpuls
(GP) zu erzeugen, wenn durch das
Vorwärtsspannungssignal angezeigt wird, daß die Vorwärtsspannung
an dem Thyristor anliegt;
wobei der Gatterschutzimpuls der Anzahl der Thyristoren
zugeführt wird.
2. Schutzsystem nach Anspruch 1, bei dem die
Schutzeinrichtung aufweist:
eine erste Zeitperiodenerfassungseinrichtung (23, 25,
28), um die erste Zeitperiode zu erfassen, während der das
erste Rückwärtsspannungssignal ausgegeben wird;
eine zweite Zeitperiodenerfassungseinrichtung (22, 24,
26, 27), um die zweite Zeitperiode zu erfassen, während
der das erste Rückwärtsspannungssignal ausgegeben und das
zweite Rückwärtsspannungssignal nicht ausgegeben wird;
eine Additionseinrichtung (32), um die erste
Zeitperiode und die zweite Zeitperiode zu addieren, um das
Additionssignal zu erzeugen;
eine Vergleichseinrichtung (34), um das Additionssignal
mit dem ersten vorbestimmten Wert zu vergleichen, um das
Entscheidungssignal zu erzeugen, wenn das Additionssignal
kleiner ist als der erste vorbestimmte Wert; und
eine Gatterschutzimpulserzeugungseinrichtung (37-39),
um basierend auf dem Entscheidungssignal den
Gatterschutzimpuls zu erzeugen, wenn durch das Vorwärtsspannungssignal
angezeigt wird, daß die Vorwärtsspannung an dem Thyristor
anliegt.
3. Schutzsystem nach Anspruch 2, bei dem die
Schutzeinrichtung außerdem aufweist:
eine Logarithmiereinrichtung (29), die geschaltet ist,
um die zweite Zeitperiode zu empfangen, um von der zweiten
Zeitperiode einen natürlichen Logarithmus zu erzeugen; und
wobei der natürliche Logarithmus als die zweite
Zeitperiode der Additionseinrichtung zugeführt wird.
4. Schutzsystem nach Anspruch 3, bei dem in der
Schutzeinrichtung:
die erste Zeitperiodenerfassungseinrichtung eine erste
Integrierschaltung (28) aufweist, um das erste
Rückwärtsspannungssignal zu integrieren, um die erste Zeitperiode
zu erzeugen;
die zweite Zeitperiodenerfassungseinrichtung eine
zweite Integrierschaltung (27) aufweist, um das erste
Rückwärtsspannungssignal zu integrieren, wenn die zweite
Rückwärtsspannung nicht ausgegeben wird, um die zweite
Zeitperiode zu erzeugen;
die Logarithmiereinrichtung eine Logarithmierschaltung
aufweist, die geschaltet ist, um die zweite Zeitperiode zu
empfangen, um von der zweiten Zeitperiode den natürlichen
Logarithmus zu erzeugen;
die Additionseinrichtung eine Additionsschaltung
aufweist, um die erste Zeitperiode und den natürlichen
Logarithmus von der zweiten Zeitperiode zu addieren, um das
Additionssignal zu erzeugen; und
die Vergleichseinrichtung einen Vergleicher aufweist,
um das Additionssignal mit dem ersten vorbestimmten Wert
zu vergleichen, um das Entscheidungssignal zu erzeugen,
wobei der erste vorbestimmte Wert aus einer Differenz
zwischen dem ersten Rückwärtsspannungswert und dem zweiten
Rückwärtsspannungswert bestimmt wird.
5. Schutzsystem nach Anspruch 2, bei dem die zweite
Zeitperiodenerfassungseinrichtung aufweist:
eine dritte Zeitperiodenerfassungseinrichtung, um eine
dritte Zeitperiode zu erfassen, während der das zweite
Rückwärtsspannungssignal ausgegeben wird; und
eine Subtrahiereinrichtung, um die dritte Zeitperiode
von der ersten Zeitperiode zu subtrahieren, um die zweite
Zeitperiode zu erzeugen.
6. Schutzsystem für ein Thyristorventil aus einer Anzahl von
in Reihe geschalteten Thyristoren, mit:
einer Vorwärtsspannungserfassungseinrichtung, die mit
zumindest einem Thyristor aus der Anzahl der Thyristoren
verbunden ist, um zu erfassen, daß an dem Thyristor eine
Vorwärtsspannung anliegt, um ein Vorwärtsspannungssignal
zu erzeugen,
gekennzeichnet durch:
eine erste Rückwärtsspannungserfassungseinrichtung, die
mit dem Thyristor verbunden ist, um zu erfassen, daß an
dem Thyristor eine Rückwärtsspannung anliegt, die einen
ersten Rückwärtsspannungswert übersteigt, um ein erstes
Rückwärtsspannungssignal zu erzeugen;
eine zweite Rückwärtsspannungserfassungseinrichtung,
die mit dem Thyristor verbunden ist, um zu erfassen, daß
an dem Thyristor eine Rückwärtsspannung anliegt, die einen
zweiten Rückwärtsspannungswert übersteigt, der größer ist
als der erste Rückwärtsspannungswert, um ein zweites
Rückwärtsspannungssignal zu erzeugen; und
eine Schutzeinrichtung, die zum Empfangen des
Vorwärtsspannungssignals, des ersten Rückwärtsspannungssignals und
des zweiten Rückwärtsspannungssignals geschaltet ist, um
basierend auf dem ersten Rückwärtsspannungssignal und dem
zweiten Rückwärtsspannungssignal ein Signal zu berechnen,
das von der Anstiegsgeschwindigkeit einer an dem Thyristor
anliegenden, ansteigenden Vorwärtsspannung abhängig ist,
wenn die Rückwärtsspannung an dem Thyristor anliegt, um
das von der Anstiegsgeschwindigkeit abhängige Signal mit
einem zweiten vorbestimmten Wert zu vergleichen, um ein
Entscheidungssignal zu erzeugen, wenn durch das von der
Anstiegsgeschwindigkeit abhängige Signal angezeigt wird,
daß die Anstiegsgeschwindigkeit größer ist als ein
vorbestimmter Wert, und um basierend auf dem
Entscheidungssignal einen Gatterschutzimpuls zu erzeugen, wenn durch
das Vorwärtsspannungssignal angezeigt wird, daß die
Vorwärtsspannung an dem Thyristor anliegt;
wobei der Gatterschutzimpuls der Anzahl der Thyristoren
zugeführt wird.
7. Schutzsystem nach Anspruch 6, bei dem die
Schutzeinrichtung aufweist:
eine Einrichtung, um eine erste Zeitperiode zu
erfassen, während der das erste Rückwärtsspannungssignal
ausgegeben wird;
eine Einrichtung, um eine dritte Zeitperiode zu
erfassen, während der das zweite Rückwärtsspannungssignal
ausgegeben wird;
eine Einrichtung, um eine Zeitdifferenz zwischen der
ersten Zeitperiode und der zweiten Zeitperiode zu
berechnen, um die Zeitdifferenz als eine zweite Zeitperiode zu
erzeugen;
eine Einrichtung, um eine Spannungsdifferenz zwischen
dem ersten Rückwärtsspannungswert und dem zweiten
Rückwärtsspannungswert zu erzeugen;
eine Einrichtung, um die Zeitdifferenz durch die zweite
Zeitperiode zu dividieren, um einen Quotienten als die
Anstiegsgeschwindigkeit der ansteigenden Vorwärtsspannung
zu erzeugen;
eine Einrichtung, um die Anstiegsgeschwindigkeit mit
dem zweiten vorbestimmten Wert zu vergleichen, um das
Entscheidungssignal zu erzeugen, wenn die
Anstiegsgeschwindigkeit größer ist als der zweite vorbestimmte Wert; und
eine Einrichtung, um basierend auf dem Entscheidungs
signal den Gatterschutzimpuls zu erzeugen, wenn durch das
Vorwärtsspannungssignal angezeigt wird, daß die
Vorwärtsspannung an dem Thyristor anliegt.
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