NO133657B

NO133657B -

Info

Publication number: NO133657B
Application number: NO3433/72A
Authority: NO
Inventors: K G E Derman; N-E Bohman
Original assignee: Forsheda Ideutveckling Ab
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1976-03-01
Also published as: NL171427C; FI59470C; US3817507A; CA971987A; NL171427B; CH547971A; DE2247488A1; JPS5347865B2; NO133657C; DE7235625U; JPS4876354A; IT966095B; AU4721472A; DK150916C; GB1376762A; AU461751B2; FI59470B; NL7213323A; DE2247488B2; FR2155479A5

Description

Koblingsanordning med flere parallellkoblede tørrlikeretterelementer. Connection device with several dry rectifier elements connected in parallel.

Oppfinnelsen angår koblingsanordnin-ger med flere parallellkoblede tørrlikeret-tere og dermed seriekoblede formagnetiserte metningskvelespoler. Koblingsanord-ningen ifølge oppfinnelsen er karakterisertThe invention relates to switching devices with several parallel-connected dry rectifiers and thus series-connected pre-magnetized saturation choke coils. The coupling device according to the invention is characterized

ved at der i anlegg for store strømstyrker in that there in facilities for large currents

og med én-krystallinske halvleder-likerettere med høy strømtetthet, særlig silisium-celler, er seriekoblet med hvert enkelt likeretterelement en metningskvelespole hvis and with high current density single-crystalline semiconductor rectifiers, particularly silicon cells, connected in series with each individual rectifier element is a saturation choke whose

likestrømformagnetisering er stilt inn på DC bias is set to

en slik verdi at kvelespolen ved verdier av such a value that the choke coil at values of

driftstrømmen stigende fra null, til å begynne med forblir i mettet tilstand og først operating current rising from zero, initially remains in saturated condition and first

ved overskridelse av en på forhånd gitt by exceeding a previously given one

maksimalverdi av strømmen mister sin maximum value of the current loses its

metning. saturation.

Ved parallellkobling av tørrlikeretter-elementer fås av forskjellige grunner en By connecting dry rectifier elements in parallel, a

ujevn strømbelastning på de enkelte elementer. Denne forskjellige belastning kan uneven current load on the individual elements. This different load can

f. eks. fremkalles av forskjeller i strøm-spennings-karakteristikkene. Særlig ved de e.g. caused by differences in the current-voltage characteristics. Especially at them

halvleder-likeretterelementer, eksempelvis semiconductor rectifier elements, for example

silisium-celler, som er kommet til anvendelse i større utstrekning i den senere tid, silicon cells, which have come into use to a greater extent in recent times,

gjør der seg bemerket en forskjell i belastning også på grunn av strømfortreng-ning, da det her er mulig å benytte en there is a difference in load also due to current displacement, as it is possible here to use a

særlig sammentrengt konstruksjon på particularly constricted construction on

grunn av den lille romutstrekning og den due to the small extent of space and the

høye strømtetthet. Dessuten er disse likerettere ømfindtlige for overbelastninger. high current density. Moreover, these rectifiers are sensitive to overloads.

Det fører til at man ikke kan utnytte This means that it cannot be used

samtlige likeretter-elementer i parallellkoblingen opp til nominell strøm, da en del all rectifier elements in the parallel connection up to nominal current, then some

av dem isåfall kunne bli overbelastet, slik of them could possibly be overloaded, like this

at elementene ble ødelagt. that the elements were destroyed.

Fig. la viser f. eks. det forløp strøm-men i to elementer antar som funksjon av tiden under strømfortrengningens innfly-delse. Omkring flere strømførende ledere og likeretterelementer som er koblet parallelt og også ligger parallelt i rommet, danner der seg et felles magnetfelt hvis .styrke tiltar innenfra og utover svarende til an-tallet av de omsluttede strømførende ledere. De ytre elementer ligger derfor i et sterkere magnetfelt enn de indre, noe som fører til fenomenet strømfortrengning (Skineffekt). Det viste utsnitt svarer ved tre-faset anordning omtrent til. 120 elektriske grader. Ved begynnelsen av dette tidsrom overtar de likeretterelementer som ligger i det sterkere magnetfelt (index 1), strømmen raskere, og mot slutten avgir de ( strømmen raskere enn de andre «index 2). Foråt nu de elementer som påkjennes med strømspisser, skal skånes for ødeleggelse, blir vanligvis parallellkoblingens totale strøm nedsatt tilsvarende. Fig. lb viser som funksjon av tiden for-løpet av strømmen i to elementer med. forskjellige strøm-spinnings-karakteristikker, hvorved der likeledes oppstår forskjellig påkjenning. Fig. la shows, for example, current flowed, but in two elements assumed as a function of time under the influence of the current displacement. Around several current-carrying conductors and rectifier elements which are connected in parallel and also lie parallel in space, a common magnetic field forms there, the strength of which increases from the inside outwards corresponding to the number of the enclosed current-carrying conductors. The outer elements are therefore in a stronger magnetic field than the inner ones, which leads to the phenomenon of current displacement (Skin effect). In the case of a three-phase device, the section shown corresponds approximately to 120 electrical degrees. At the beginning of this time period, the rectifier elements located in the stronger magnetic field (index 1) take over the current faster, and towards the end they emit (the current faster than the others "index 2). Because now the elements that are stressed by current spikes are to be spared from destruction, the total current of the parallel connection is usually reduced accordingly. Fig. 1b shows as a function of time the course of the current in two elements with different current-spinning characteristics, whereby different stresses also arise.

De beskrevne ulemper blir ryddet av The described disadvantages are cleared

veien ved hjelp av oppfinnelsen. the way by means of the invention.

Formagnetiseringen av de kvelespoler som innkobles foran de enkelte elementer, blir fortrinnsvis innstilt på en slik verdi at de avmetter seg ved likeretterc.ellenes nominelle strømverdi. Man kan også.anordne en automatisk styreinnretning, ,ved h<y>is hjelp styrken av kvelespolenes formagne.-tiseringsstrøm forandres i avhengighet av styrken av likerettercellenes belastnings-strøm, f. eks. idet kvelespolenes formagne-tiseringsstrøm uttas fra likeretter-parallellkoblingens hovedledninger over strøm-transformatorer og hjelpe-likerettere. The pre-magnetization of the choke coils which are connected in front of the individual elements is preferably set to such a value that they saturate at the nominal current value of the rectifier cells. One can also arrange an automatic control device, with the help of which the strength of the choke coils' pre-magnetizing current is changed depending on the strength of the rectifier cells' load current, e.g. as the choke coils' pre-magnetizing current is taken from the main lines of the rectifier-parallel connection via current transformers and auxiliary rectifiers.

Fig. 2 viser karakteristikken for en slik kvelespole, som er koblet i serie med likeretter-elementet (induksjon B i avhengighet av feltstyrken H resp. strømmen J). Kvelespolen antas f. eks. å være formagnetisert til en verdi av formagnetiser-ingsstrømmen Jv, som skal svare til like-retterelementets nominelle strøm J„. Blir nu den nominelle strømverdi nådd ved strømovertagelsen, så avmetter kvelespolen seg og forhindrer derved en videre stigning av strømmen. Dette betyr altså f. eks. at strømmen J, i det i det sterkere magnetfelt liggende likeretterelement på fig. la blir begrenset til den punktert inntegnede nominelle strømstyrke Jn. Dette fører igjen til at de øvrige likeretterelementer overtar strømmen raskere, hvorved strømmen i de likeretter-elementer som ligger i det sva-kere magnetfelt, antar et lignende forløp som strømmen i elementene i de sterkere magnetfelt. Ved strømavgivelsen sinker kvelespolen ved elementet i det sterkere magnetfelt også den raskere forsvinnen av strømmen. Kurvene på fig. la for forløp av strømmen i avhengighet av tiden, blir altså forandret i retning av en innbyrdes tilnærmelse. Det samme gjelder også for det tilfelle som er anskueliggjort på fig. lb. Ved hjelp av kvelespolene som er koblet i serie med de enkelte elementer, blir der således fremtvunget en jevn fordeling av strømmen på hele parallellkoblingen. Føl-gelig kan også de enkelte elementer ut-nyttes opptil nominell strømstyrke. Fig. 2 shows the characteristic of such a choke coil, which is connected in series with the rectifier element (induction B depending on the field strength H or the current J). The choke coil is assumed, e.g. to be premagnetized to a value of the premagnetization current Jv, which must correspond to the rectifier element's nominal current J„. If the nominal current value is now reached when the current is taken over, the choke coil saturates and thereby prevents a further rise in the current. This means, for example, that the current J, in the rectifier element in the stronger magnetic field in fig. la will be limited to the nominal current strength Jn. This in turn causes the other rectifier elements to take over the current more quickly, whereby the current in the rectifier elements located in the weaker magnetic field assumes a similar course to the current in the elements in the stronger magnetic field. When the current is released, the choke coil at the element in the stronger magnetic field also slows down the faster disappearance of the current. The curves in fig. let for the course of the current in dependence on time, is therefore changed in the direction of a mutual approximation. The same also applies to the case illustrated in fig. lb. By means of the choke coils which are connected in series with the individual elements, an even distribution of the current is thus enforced on the entire parallel connection. Consequently, the individual elements can also be used up to nominal current strength.

På fig. 1 er vist et utførelseseksempel på en slik koblingsanordning. Hele likeret-teranordningen mates over en trefase-transformator 2. Likerettersettet består f. eks. av 30 likeretter-elementer 3, hvorav fem og fem i parallellkobling danner gre-ner 4 av trefase-brokoblingen. Anordningen i rommet vil i de fleste tilfeller svare til koblingsbilledet eller ha et lignende ut-seende, så de ovennevnte ulemper opptrer, nemlig forskjellig belastning av de enkelte likeretterelementer på grunn av strømfor-trengningen. En avhjelp ved rent konstruktive forholdsregler fører ofte til andre ulemper, f. eks. til at anlegget blir uheldig stort. In fig. 1 shows an embodiment of such a coupling device. The entire rectifier-terrain arrangement is fed via a three-phase transformer 2. The rectifier set consists of e.g. of 30 rectifier elements 3, of which five and five in parallel connection form branches 4 of the three-phase bridge connection. The device in the room will in most cases correspond to the connection diagram or have a similar appearance, so the above-mentioned disadvantages occur, namely different loading of the individual rectifier elements due to the current displacement. A remedy by purely constructive measures often leads to other disadvantages, e.g. to the plant becoming unhappily large.

Den løsning av problemet som oppfinnelsen går ut på, innebærer derfor ingen endring av den konstruktive oppbygning av anordningen, men der blir i serie med hvert enkelt likeretter-element 3 koblet en formagnetisert kvelespole 5. Denne forhindrer på den ovenfor beskrevne måte en stigning av strømmen utover en verdi som er bestemt ved formagnetiseringen, og fø-rer dermed til en jevn fordeling av strøm-men på de enkelte elementer i parallellkoblingen. The solution to the problem that the invention is based on therefore does not involve any change to the constructive structure of the device, but a pre-magnetized choke coil 5 is connected in series with each individual rectifier element 3. This prevents an increase in the current in the manner described above beyond a value determined by the premagnetization, and thus leads to an even distribution of current on the individual elements in the parallel connection.

De formagnetiserte kvelespoler kan ved delbelastning av likeretteranlegget væ-re formagnetisert til en lavere verdi enn den nominelle strømstyrke for det tilhø-rende likeretterelement. Således frem-kommer der også i dette tilfelle en jevn strømfordeling og i tillegg en nedsettelse av tapseffekten i hovedstrømkretsene og i formagnetiseringskretsen. The pre-magnetized choke coils can be pre-magnetized to a lower value than the nominal current for the associated rectifier element when the rectifier system is partially loaded. Thus, in this case too, there is an even current distribution and, in addition, a reduction in the loss effect in the main current circuits and in the pre-magnetization circuit.

I utførelseseksemplet på fig. 1 er det derfor antatt at kvelespolenes formagneti-seringsstrøm skal svare til likeretterele-mentenes belastningsstrøm. Følgelig blir den uttatt fra likeretteranleggets tilførsels-ledninger 7 over strømtransformatorer 6 og tilført kvelespolene over likerettere 8. I det viste eksempel er likeretterne 8 koblet i trefaset brokobling. Formagnetiseringskretsen inneholder kvelespolene 9, som glatter formagnetiseringsstrømmen. In the design example in fig. 1, it is therefore assumed that the choke coils' pre-magnetising current should correspond to the rectifier elements' load current. Consequently, it is taken from the rectifier plant's supply lines 7 via current transformers 6 and supplied to the choke coils via rectifiers 8. In the example shown, the rectifiers 8 are connected in a three-phase bridge connection. The biasing circuit contains the choke coils 9, which smooth the biasing current.

I mange tilfeller kan det også være hensiktsmessig å ta formagnetiserings-strømmen til kvelespolene fra en egen like-strømkilde. In many cases, it may also be appropriate to take the biasing current for the choke coils from a separate direct current source.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan utføres meget økonomisk, da kvelespolene bare for meget kort tid (ca. 1 ms) får å oppta den ved feltendringen betingede spenning og denne i seg selv er meget liten. Ved en parallellkobling av 16 likerettere 3 pr. gren 4 av brokoblingen, f. eks. for et elektrolyseanlegg, kan man ved en nominell strøm av 350 Aeff regne med en ved feltendringen betinget spenning på 0,1-— 0,15 volt pr. element. Hvis man utfører kvelespolene som enleder-kvelespoler og anbringer dem på strømskinnene, er det f. eks. ved anvendelse av normalt trans-formatorblikk nok med et tverrsnitt på 0,4 —0,6 cm- og en likestrøm-formagnetisering på 600 amperevindinger, f. eks. 40 vin-dinger med 15 A. For det samlede likeret-teranlegg fås dermed en likestrømeffekt for kvelespolenes formagnetisering på 750 —1 000 watt. Dette blir helt betydningsløst ved en total effekt av anlegget på omkring 3 MW. Også virkningen på likeretteranleggets spenningsfall og cos cp er praktisk talt lik null. Man kan altså nesten uten tap oppnå en jevn strømfordeling uten å være bundet i konstruktiv henseende. The device according to the invention can be made very economically, as the choke coils only get to absorb the voltage caused by the field change for a very short time (approx. 1 ms) and this in itself is very small. In the case of a parallel connection of 16 rectifiers 3 per branch 4 of the bridge connection, e.g. for an electrolysis plant, with a nominal current of 350 Aeff, you can count on a voltage of 0.1-— 0.15 volts per element. If one designs the choke coils as single-conductor choke coils and places them on the busbars, it is e.g. when using normal transformer sheet metal with a cross section of 0.4 -0.6 cm and a direct current premagnetization of 600 ampere turns, e.g. 40 windings with 15 A. For the overall rectifier system, a direct current effect for the choke coils' premagnetization of 750-1,000 watts is thus obtained. This becomes completely insignificant with a total effect of the plant of around 3 MW. Also the effect on the rectifier system's voltage drop and cos cp is practically equal to zero. You can therefore achieve an even current distribution almost without loss without being bound in terms of design.

For det tilfelle at forskjeller i strøm-spennings-karakteristikkene skal utlignes, må de enkelte kvelespoler være dimensjo-nert for hele den tid da likerettercellen In the event that differences in the current-voltage characteristics are to be compensated, the individual choke coils must be dimensioned for the entire time that the rectifier cell

fører strømmen. I det ovenfor anførte eksempel ville der for en strømføringstid av carries the current. In the example given above, there would be a current flow time of

ca. 6 ms (svarende til 120 elektriske grader) about. 6 ms (equivalent to 120 electrical degrees)

behøves kvelespoler med et jerntverrsnitt choke coils with an iron cross-section are required

på ca. 3 cm2. of approx. 3 cm2.

Skjønt det ved de elementer av en parallellkobling hvor den seriekoblede utjev-ningskvelespole kan falle bort på grunn av Although in those elements of a parallel connection where the series-connected equalizing choke can drop out due to

elementenes anordning i rommet eller fordi the arrangement of the elements in space or because

man som følge av hensiktsmessig utvalg, man as a result of appropriate selection,

avpasset efter karakteristikkens forløp, adjusted according to the course of the characteristic,

ikke behøver å frykte for noen overbelast-ning, vil det ofte allikevel. være å fore-trekke å utruste samtlige elementer med don't have to fear any overload, it often will anyway. be preferable to equip all elements with

utjevningskvelespoler på ensartet måte, equalizing chokes uniformly,

fordi det derved blir mulig å bytte ut elementene på vilkårlig måte med hverandre because it thereby becomes possible to replace the elements in an arbitrary way with each other

og med erstatningselementer. and with replacement elements.

Claims

1. Connection device with several dry rectifiers connected in parallel and with thus

series-connected pre-magnetized saturation choke coils, characterized by the fact that in systems for large currents and with single-crystalline semiconductor rectifiers with high current density, especially silicon cells, connected in series with each individual rectifier element is a saturation choke whose direct current premagnetization is set to such a value that at values of the operating current rising from zero, the choke initially remains in the saturated range and only at exceeding a fixed maximum value of the current is desaturated.

2. Switching device as stated in claim 1, characterized in that the choke coil's premagnetization is set to such a value that it de-saturates at the rectifier cell's nominal current strength.

3. Connection device as stated in claim 1, characterized in that the choke coils' pre-magnetization current is taken from the main lines of the rectifier-parallel connection via current transformers and auxiliary rectifiers.

4. Device as stated in claim 1, characterized in that the pre-magnetized choke coils are designed as single-conductor choke coils and designed to be plugged into the current rails. in