EP0111794B1 - Einrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrofilters - Google Patents

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EP0111794B1
EP0111794B1 EP83112096A EP83112096A EP0111794B1 EP 0111794 B1 EP0111794 B1 EP 0111794B1 EP 83112096 A EP83112096 A EP 83112096A EP 83112096 A EP83112096 A EP 83112096A EP 0111794 B1 EP0111794 B1 EP 0111794B1
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thyristor
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pulse
time
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Franz Neulinger
Gerhard Dönig
Helmut Schummer
Walter Schmidt
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GEA Group AG
Siemens AG
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Metallgesellschaft AG
Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/903—Precipitators

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of the main claim.
  • electrostatic precipitators are operated today with high DC voltage, which is generated by rectification from an AC voltage network (see e.g. Siemens magazine 1971, number 9, pp. 567-572). It is known to superimpose further voltage pulses on this dc voltage, which can be regulated as a function of filter short circuits (cf., for example, DE-OS No. 2608436 or 3027172).
  • pulse voltage sources for supplying the pulse voltage are already known, in which an antiparallel connection of thyristor and diode is connected to a direct voltage source.
  • the thyristor is fired, the resonant circuit formed by the separator in connection with the pulse voltage source is triggered each time (see, for example, DE-OS No. 2608436).
  • the flashover usually occurs at the maximum or shortly after the maximum of the filter voltage, i. H. in the time period in which the diode carries the pulse current. Due to the short circuit, the vibration breaks off immediately. H. the diode locks. This means that the full voltage is immediately back on the anti-parallel connected thyristor. Is the time between quenching the thyristor through the zero crossing of the current and acceptance of the current through the diode very short, d. H. less than the free time of the thyristor, the thyristor can ignite due to the recurring voltage even without an ignition pulse. Since this ignition takes place relatively slowly, the thyristor is subjected to a very high thermal load during this time and may be destroyed.
  • the object of the present invention is to ensure in a device of the type mentioned at the outset that in the event of a breakdown or short circuit in the electrostatic filter, the thyristor or, if appropriate, a series and / or parallel connection. is not damaged by thyristors.
  • This object is achieved in accordance with the characterizing features of the main claim. In this way, the power loss occurring in the thyristor is limited.
  • An electrostatic filter 5 is fed in a manner known per se from a high-voltage rectifier device 6 which is connected to the network RS.
  • a control device 7 is provided which is not the subject of the invention and is described, for example, in more detail in the abovementioned literature reference "Siemens Journal".
  • a pulse voltage source which consists of the rectifier 1 fed from a three-phase network RST with optionally controllable semiconductor valves 11, a parallel supporting capacitor 12, a circuit arrangement 2 with anti-parallel connected thyristor 22 and diode 21 and a pulse transformer 3 with primary winding 31 and secondary winding 32.
  • the pulse voltage Up which can be removed from the secondary winding 32, is fed to the electrostatic filter 5 via a coupling capacitor 4 and is connected to the filter 5 together with the direct voltage U gl coming from the high-voltage rectifier device.
  • the thyristor 22 is assigned an ignition circuit 23, which is periodically spaced, for. B. at a periodic interval Tp of 2 ms, delivers ignition pulses to the thyristor 22.
  • the series resonant circuit consisting of the pulse voltage source, ie the components 12, 31, 32, coupling capacitor 4 and electrostatic filter 5, is triggered.
  • the primary current denoted by i in FIG. 3 flows through the primary winding 31 and induces the pulse voltage denoted Up in the secondary winding 32.
  • the superimposition of the pulse voltage Up and the high DC voltage U gl then results overall in the voltage profile shown in FIG. 2 on the electrostatic filter.
  • the individual pulses have a voltage duration of 200 microseconds.
  • the oscillation in the primary circuit runs in normal operation in such a way that after the thyristor 22 is fired, this thyristor initially carries the current denoted i T until the current is taken over by the diode 21 after the zero crossing.
  • the current i D which forms the second part of the oscillation of the primary current i, then flows through this diode. Is the diode current i o again through zero, the oscillation is terminated, initiated again by a firing pulse to the thyristor 22 to the oscillation circuit.
  • the thyristor 22 would fire again, even without an ignition pulse. However, this process would take a relatively long time, so that the thyristor is thermally overloaded.
  • the time period t x is therefore monitored, in which flows the diode current i D , ie the second half-wave of the primary current. If this time t x is less than the release time tq of the thyristor 22, it is immediately triggered again by an ignition pulse so that it can again take over the current. Since the DC voltage at the electrostatic filter was also reduced to zero as a result of the short circuit, this additional voltage pulse has no major effect.
  • a square-wave signal is generated in a flip-flop 82, the width t x of which corresponds to the distance between the zero crossings of the current i D.
  • This signal triggers a monostable multivibrator 83 which tilts back again within a time which is approximately the Freiwerdezei tt q of the thyristor 22 s t - speaks.
  • the output signal of this flip-flop together with the output signal of the flip-flop 82 are applied to a logic circuit 84, in which a comparison is made as to whether that is the current flow duration t.
  • a logic circuit 84 responds and inputs a memory 85 Set signal.
  • This memory gives via line 86 to the ignition circuit 23 an immediate command to ignite the thyristor 22 and then blocks the delivery of further ignition pulses by the ignition circuit 23 for a time dependent on the filter operating values. B. be made such that when the DC voltage at the filter has reached a certain level again through the control 7, the memory 85 is implemented and the ignition circuit 23 is thereby released.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Im Regel fall werden heute Elektrofilter mit hoher Gleichspannung betrieben, die durch Gleichrichtung aus einem Wechselspannungsnetz erzeugt wird (vgl. z. B. Siemens-Zeitschrift 1971, Heft 9, S. 567-572). Es ist bekannt, dieser in Abhängigkeit von Filterkurzschlüssen regelbaren Gleichspannung noch weitere Spannungsimpulse zu überlagern (vgl. z. B. DE-OS Nrn. 2608436 oder 3027172).
  • Es sind ferner bereits Pulsspannungsquellen zur Lieferung der Pulsspannung bekannt, bei der an eine Gleichspannungsquelle eine Antiparallelschaltung von Thyristor und Diode angeschlossen ist. Beim Zünden des Thyristors wird jedesmal der durch den Abscheider in Verbindung mit der Pulsspannungsquelle gebildete Schwingkreis angestossen (vgl. z. B. DE-OS Nr. 2608436).
  • Beim Elektrofilter tritt normalerweise der Überschlag im Maximum oder kurz nach dem Maximum der Filterspannung auf, d. h. in der Zeitperiode, in der die Diode den Impulsstrom führt. Durch den Kurzschluss reisst nun die Schwingung sofort ab, d. h. die Diodesperrt. Damit liegt sofort wieder die volle Spannung am antiparallelgeschalteten Thyristor. Ist die Zeitdauer zwischen Löschung des Thyristors durch den Nulldurchgang des Stromes und Übernahme des Stromes durch die Diode sehr gering, d. h. geringer als die Freiwerdezeit des Thyristors, so kann der Thyristor durch die wiederkehrende Spannung auch ohne Zündimpuls zünden. Da diese Zündung relativ langsam vonstatten geht, wird der Thyristor während dieser Zeit thermisch sehr hoch belastet und unter Umständen zerstört.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Artdafür zu sorgen, dass bei einem Überschlag oder Kurzschluss im Elektrofilter der Thyristor oder gegebenenfalls eine Reihen- und/oder Parallelschaltung. von Thyristoren nicht beschädigt wird. Diese Aufgabe wird gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Auf diese Weise wird die im Thyristor auftretende Verlustleistung begrenzt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Spannungsversorgung,
    • Fig. 2 den Verlauf der Spannung am Abscheider bei ungestörtem Filterbetrieb,
    • Fig. 3 in vergrössertem Massstab den primärseitigen Impulsstrom und die sekundärseitige Pulsspannung, und
    • Fig. 4 die Spannungs- und Stromverhältnisse nach Fig. 3 bei einem Überschlag im Filter.
  • Ein Elektrofilter 5 wird in an sich bekannter Weise aus einem Hochspannungsgleichrichtergerät 6 gespeist, das an das Netz RS angeschlossen ist. Zur Regelung der Ausgangsspannung des Elektrofilters 5 in Abhängigkeit von Überschlägen, Überstrom usw. ist eine Regeleinrichtung 7 vorgesehen, die nicht Gegenstand der Erfindung ist und beispielsweise näher in der vorgenannten Literaturstelle "Siemens-Zeitschrift" beschrieben ist.
  • Zusätzlich ist noch eine Pulsspannungsquelle vorgesehen, die aus dem aus einem Drehstromnetz RST gespeisten Gleichrichter 1 mit gegebenenfalls steuerbaren Halbleiterventilen 11, einem parallelgeschalteten Stützkondensator 12, einer Schaltungsanordnung2mitantiparallelgeschalte- tem Thyristor 22 und Diode 21 und einem Impulstransformator 3 mit Primärwicklung 31 und Sekundärwicklung 32 besteht. Die an der Sekundärwicklung 32 abnehmbare Pulsspannung Up wird über einen Koppelkondensator 4 dem Elektrofilter 5 zugeführt und liegt zusammen mit der vom Hochspannungsgleichrichtergerät kommenden Gleichspannung Ugl am Filter 5.
  • Dem Thyristor 22 ist eine Zündschaltung 23 zugeordnet, die in periodischen Abständen, z. B. in einem periodischen Abstand Tp von 2 ms, Zündimpulse an den Thyristor 22 liefert. Hierdurch wird der aus der Pulsspannungsquelle, d. h. den Bauteilen 12,31, 32, Koppelkondensator 4 und Elektrofilter 5 bestehende Reihenschwingkreis angestossen. Hier durchfliesstder mit i, in Fig. 3 bezeichnete Primärstrom die Primärwicklung 31 und induziert in der Sekundärwicklung 32 die mit Up bezeichnete Pulsspannung. Die Überlagerung der Pulsspannung Up und der Hochgleichspannung Ugl ergibt dann insgesamt den in Fig. 2 gezeigten Spannungsverlauf am Elektrofilter, wobei z. B. die einzelnen Pulse eine Spannungsdauer von 200 µs haben.
  • Die Schwingung im Primärkreis verläuft im Normalbetrieb in der Weise, dass nach dem Zünden des Thyristors 22 zunächst dieser Thyristor den mit iT bezeichneten Strom führt, bis nach dem Nulldurchgang der Strom von der Diode 21 übernommen wird. Durch diese Diode fliesst dann der Strom iD, der den zweiten Teil der Schwingung des Primärstromes i, bildet. Geht der Diodenstrom io wieder durch Null, so ist die Schwingung beendet, bis der Schwingungskreis wieder durch einen Zündimpuls an den Thyristor 22 angestossen wird.
  • In Fig. 4 sind die Verhältnisse bei einem Kurzschluss dargestellt. Wie ersichtlich, bricht zum Zeitpunkt tk infolge eines Überschlages die Spannung Up zusammen und wird zu Null. Durch den Überschlag sperrt auch die Diode, so dass der Diodenstrom iD ebenfalls nach Null geht und die Schwingung abreisst. Dies hat zur Folge, dass sofort wieder die volle Gleichspannung am Thyristor 22 liegt. Ist die Zeit, in der der Diodenstrom fliesst, grösser als die Freiwerdezeit des Thyristors 22, so zündet dieser nicht mehr. Anders ist es dagegen, wenn die Zeit tx bis zum Verschwinden des Diodenstromes iD kleiner ist als die erforderliche Freiwerdezeit tq des Thyristors 22. In einem solchen Fall würde der Thyristor 22 wieder zünden, und zwar auch ohne Zündimpuls. Dieser Vorgang würde jedoch relativ lang dauern, so dass der Thyristor thermisch überbelastetwird. Erfindungsgemäss wird daher die Zeitdauer tx überwacht, in der der Diodenstrom iD, d. h. die zweite Halbwelle des Primärstromes, fliesst. Ist diese Zeit tx kleiner als die Freiwerdezeit tq des Thyristors 22, so wird dieser sofort wieder durch einen Zündimpuls gezündet, so dass er wieder den Strom übernehmen kann. Da infolge des Kurzschlusses auch die Gleichspannung am Elektrofilter auf Null reduziert wurde, ist dieser zusätzliche Spannungsimpuls ohne grössere Auswirkung.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird zum Zwecke der Überwachung der Diodenstrom iD erfasst. Hieraus wird ein Rechtecksignal in einer Kippschaltung 82 erzeugt, dessen Breite tx dem Abstand der Nulldurchgänge des Stromes iD entspricht. Dieses Signal stösst eine monostabile Kippstufe 83 an, die innerhalb einer Zeit wieder zurückkippt, die in etwa der Freiwerdezeit tq des Thyristors 22 ent- spricht. Das Ausgangssignal dieser Kippstufe zusammen mit dem Ausgangssignal der Kippstufe 82 liegen an einer Logikschaltung 84, in der verglichen wird, ob das der Stromflussdauer t. entsprechende Signal grösser oder kleiner ist als die in der monostabilen Kippstufe 83 eingestellte Freiwerdedauer tq. Steht das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 83 noch an, während das Ausgangssignal der Stufe 82 bereits verschwunden ist, d. h. ist die Dauer tx zwischen den Nulldurchgängen des Diodenstromes geringer als die Freiwerdezeit tq, so spricht eine Logikschaltung 84 an und gibt auf einen Speicher 85 ein Setzsignal. Dieser Speicher gibt über Leitung 86 an die Zündschaltung 23 einen sofortigen Befehl zur Zündung des Thyristors 22 und blockiert dann für eine von den Filterbetriebswerten abhängige Zeit die Abgabe weiterer Zündimpulse durch die Zündschaltung 23. Die erneute Freigabe der Zündschaltung 23 kann dabei z. B. so getroffen werden, dass, wenn durch die Regelung 7 die Gleichspannung am Filter wieder ein bestimmtes Mass erreicht hat, das Gedächtnis 85 umgesetzt wird und die Zündschaltung 23 dadurch freigegeben wird.
  • Zusätzlich ist es auch noch möglich, die Zahl der pro Zeiteinheit anfallenden zusätzlichen Zündimpulse in einem Zähler 9 zu summieren und, wie durch Leitung 91 angedeutet, gegebenenfalls sodann die Pulsfrequenz zu ändern. Alternativ ist es auch möglich, die Amplitude der Pulse durch entsprechende Aussteuerung des Gleichrichtergerätes 1 und/oder die Höhe der Gleichspannung durch entsprechende Aussteuerung des Hochspannungsgleichrichtergerätes 6 zu verändern.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrofilters:
a) mit einem das Filter speisenden Hochspannungsgleichrichtergerät, das abhängig von Überschlägen regelbar ist,
b) mit einer Pulsspannungsquelle, bei der an eine Gleichspannungsquelle eine Antiparallelschaltung von Thyristor und Diode in Reihe mit der Primärwicklung eines Pulstransformators angeschlossen sind, dessen Sekundärwicklung seinerseits mit dem Filter verbunden ist,
c) und mit einer dem Thyristor zugeordneten Zündschaltung, die periodisch den Thyristor zündet, so dass jedesmal der durch das Filter in Verbindung mit der Pulsspannungsquelle gebildete Schwingkreis angestossen wird und der Strom in der Primärwicklung eine Periode schwingen kann, gekennzeichnet:
d) durch die sofortige Abgabe eines Zündimpulses an den Thyristor (22), wenn die Dauer (tx) des durch die Diode (21 ) fliessenden Primärstromes kleiner als eine von der Thyristorschonzeit (tk) abhängige Zeit ist, und
e) durch eine anschliessende Sperrung der Zündschaltung (23) für eine vom Filterzustand abhängige Zeit.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Diodenstrom (iD) proportionale Spannung in eine entsprechende Rechteckspannung umgeformt wird, dass die Rechteckspannung zusammen mit dem Ausgangssignal einer durch die Rechteckspannung angestossenen monostabilen Kippstufe (83) an einer Logikschaltung (84) liegt, die ein die Zündschaltung steuerndes Gedächtnis setzt (85), wenn die Dauer der Rechteckspannung kleiner als die Kippzeit der Kippstufe (83) ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gedächtnis (85) durch ein Signal einer das Hochspannungsgleichrichtergerät (6) abhängig von den Überschlägen steuernden Regeleinrichtung (7) rücksetzbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der zusätzlichen Zündimpulse in einer vorgegebenen Zeit erfasst und zur Aussteuerung der Periodendauer und/ oder der Amplitude der Pulsspannung und/oder der Amplitude der Gleichspannung dient.
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