SE443899B - Hogspenningsomvandlare, innefattande ett flertal seriekopplade tyristorer - Google Patents

Description

15 20 ZS 30 D! U! 40 ouuö/lo-6 V ¿ kretsarna från att bli överhettade.

Ovannämnda syften uppnås genom att högspänningsomvandlaren enligt uppfinningen erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen.

Härigenom förhindras att en överspänningsskyddskrets trä- der i funktion, när en spänningsdelarkrets uppvärms till en på förhand bestämd temperatur till följd av kontinuerlig funktion eller drift av överspänningsskyddskretsen, vilket resulterar i päläggning av en överspänning på en tyristor till skadande av denna, så att den skadade tyristorn bríngas leda. Emellertid innehåller varje arm i omvandlaren flera seriekopplade tyris- torer, vilkas antal är tillräckligt stort för att motstå en på varje arm pälagd spänning. Följaktligen kommer skador på en del av tyristorerna ej att resultera i avstängning av systemet Ovannämnda funktion är effektiv i fall av fel i sekundärkretsen till en pulstransformator men är snarare till skada än nytta i fall av fel i primärkretsen. Detta innebär att i ett fall, där ett fel uppträder i primärkretsen, exempelvis när en tänd- krets mankerar att alstra en tändsignal vid den erforderliga tidpunkten, kommer samtliga överspänningsskyddskretsar, som är försedda för motsvarande tyristorer, att sättas i funktion.

I detta fall kommer varje spänningsdelarkrefs att uppvärmas, och samtliga temperaturreläer är inställda att hindra samtliga skyddskretsar från att fungera. Således skulle samtliga tyristorer skadas och bringas i ledande tillstànd. Såsom ovan nämnts resulterar skador på en del av tyristorerna ej i av- stängning av systemet, men skador på samtliga tyristorer leder oundvikligen till systemavstängníng. Q Följaktligen är ett andra särdrag i uppfinningen att en instruktion för stoppando av omvandlaren alstras i händelse av fel i primärkretsen. För detta ändamål är spänningsdetek- torer parallellkopplade mci respektive tyristorer. Detekte- ringsnivân hos spänningsdetektorn är inställd lägre än funk- tionsspänningen VP för överspänningsskyddskretsen och högre än den tilldelade spänningen V0 för tyristorn.

Såsom ovan beskrivits är enligt uppfinningen den i omvand- laren alstrade överspänningen klassificerad i två grupper, dvs den överspänning, som förorsakas av fel i primärkretsen till en pulstransformator i en styrkrets, och den överspänning, som förorsakas av fel i pulstransformatorns sekundärkets, och 10 15 25 30 35 40 n 5 8008716-6 respektive skyddsanordningar är anordnade för ovannämnda båda slag av överspänningar, varigenom onvandlaren fullständigt skyddas mot överspänningar.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar. Där visar fig 1 ett kopplingsschema, där tyristorer och överspänningsskyddskretsar för dessa ingår i en arm av en utföringsform av en högspänníngsomvandlare enligt uppfinningen, fig 2 ett kopplingsschema över en huvuddel av en annan utföringsform av en högspänningsomvandlare enligt upp- finningen, samt fig 3 en kurva över sambandet mellan tyristor- tillståndet och resistansen hos ljusmottagande element.

I allmänhet innefattar en tyristorventil ett flertal serie- kopplade brickmoduler med vardera en uppbyggnad enligt fig 1.

Enligt denna figur är sex tyristorer 2 kopplade i serie, och de seriekopplade tyristorerna är på sin anodsida kopplade i serie med en anodinduktor 1, som är ansluten till en matar- källa. En av en kondensator 3 och ett motstånd 4 bildad växel- spänningsdelarkrets och en likspänningsåelarkrets S är paral- lellkopplade med var sin av tyristorerna; dvs ändklämmorna på vardera av dessa kretsar är direkt anslutna till tyristorns anod och katod. Dessa spänningsdelarkfetsar är anordnade att tilldela samma spänning till varje tyristor, och växelspännings- delarkretsen kompenserar för variationer i skiktkapacitansen hos tyristorerna, dvs variationer i tyristorernas kapacitiva impedanskarakteristika.

Alla tyristorerna tänds samtidigt med användande av en puls- transformator 6. Härvid likriktas respektive utsignaler från transformatorns 6 sex sekundärlindningar genom sex dioder 7 och matas därefter till tyristorernas 2 styrelektroder som 'tändsignaler. Pulstransformatorns 6 primärlindning är anslut- en till en förstärkare 8, som är kopplad till ett fotoelektriskt omvandlingselement 9. Således matas primärlindningen med en förstärkt utsignal från det fotoelektriska omvandlingselemen- tet 9. Elementet 9 mottar en ljuständsignal från en grind- styranordning (ej visad). En dämpningskrets, som bildas av ett motstånd 10 i serie med en kondensator 11, är inkopplad mellan en anodklämma A och förstärkaren 8. Vidare är varje tyristor försedd med en framöverspänningsskyddskrets 12, som är inkopp- lad mellan tyristorns anod och styrelektrod, i syfte att skydda tyristorn, när en överspänning pâläggs på tyristorn i 5 g W! ä a W a , uUUU/IU-'Ü 4 dennas framriktning. l det fall tyristorns bakátspärrperiod är otillräcklig på grund av ej önskade driftstillstånd hos omvandlaren, exempel- vis när framàtspärrkapaciteten blott återställs i en av S tyristorerna men icke i de övriga, pàläggs den till framåt- spärrtillstàndet återställda tyristorn hela den framátspän- ning, som matas till omvandlaren. I detta fall detekterar “ framâtöverspänningsskyddskretsen 12 att den mellan anoden och katoden hos ovannämnda ena tyristor pålagda spänningen över- 10 stiger ett på förhand bestämt värde och tänder tyristorn till förhindrande av att framåtöverspänningen skall skada tyris- torn.

Ovannämnda förlopp sker sporadiskt och uppträder icke kontinuerligt under varje cykel. Följaktligen är vanligen 15 tillåtliga effektförluster i växelströmsdelarmotstàndet fast- ställda ur ekonomisk synpunkt på basis av effektförluster, som alstras under normaldrift.

I det fall ett fel uppkommer i pulstransformatorns 6 sekundärkrets, exempelvis när en av dioderna 7 blir funktions- 20 oduglig, och därför den normala tändpulsen ej matas till en motsvarande tyristor, tänds tyristorn_av framàtöverspännings- skyddskretsen för var gång de övriga tyristorerna tänds på normalt sätt. I detta fall blir det till ovannämnda tyristor kopplade växe1spänningsdelarmotståndet 4 överhettat på grund 25 av alstringen av förluster, som överstiger de tillåtliga effektförlusterna, varför risk uppstår för spridning av felet.

I syfte att lösa ovannämnda problem sker, när växelspännings- delarmotståndets 4 temperatur ökas till ett på förhand bestämt V värde, bedömningen att framåtöverspänningsskyddskretsen 13 ? 30 'drivs kontinuerligt, varvid temperaturreläet 13 kortsluter tyristorns styreleketrod. Således sätts tyristorn ur funktion genom pàläggningen av framåtöverspänningen, så att spridningen av felet till följd av överhettningen av motståndet 4, som förorsakas av den kontinuerliga funktionen hos framåtöverspän- 35 ningsskyddskretsen 12, förhindras.

Ovannämnda metod är effektiv i sådana fall, där ett mycket v litet antal skyddskretsar 12 funktionerar kontinuerligt på É grund av fel i pulstransformatorns 6 sekundärkrets. Om där- if emot ett fel uppkommer i pulstransformatorns primärkrets, 40 exempelvis i pulsförstärkaren 8, kräver samtliga tyristorer i i , 5 ; 10 15 h) (J) 30 40 ° .8008716-6 brickmodulen kontinuerlig funktion hos framåtöverspännings- skyddskretsarna 12 (kretsarnas 12 utgångar är spärrade genom temperaturrelåerna 15), och de tyristorer, som icke matas med någon tändpuls, sätts ur funktion genom framåtöverspänningarna, när temperaturreläerna 13 träder i funktion.

För övervinnande av sådana svårigheter är enligt uppfinning-- en varje tyristor i brickmodulen dessutom försedd med en krets för alstring av en ljussignal, när spänningen mellan tyristorns anod och katod överstiger ett på förhand bestämt värde. När de mot samtliga tyristorer i brickmodulen svarande ljussignalerna detekteras under den på förhand bestämda perioden, bedöms att samtliga av framåtöverspänningsdetekteringskretsarna i brick- modulen drivs kontinuerligt, varvid sådana skyddsåtgärder som stoppande av omvandlaren vidtas.

Den ovannämnda ljussignalsalstrande kretsen och driften av denna är baserade på det faktum, att funktionsnivån för fram- àtöverspänningsskyddskretsen är två eller tre gånger högre än den spänning, som uppträder över tyristorn vid normal drift.

Nu skall den ljussignalsalstrande kretsen förklaras i an- slutning till fig 1. Varje tyristor 2 är parallellkopplad med en motsvarande seriekrets av ett olinjärt motstånd 14 och en diod 15. Vidare bildar dioden och en lysdiod 16 en anti- parallellkoppling med varandra. Det olinjära motståndet 14 är exempelvis framställt av Zn02 och har en sådan karakteristika, att en elektrisk ström plötsligt flyter genom motståndet 14, när en spänning över detta överstiger ett på förhand bestämt N värde. Följaktligen är den spänning, för vilken ström börjar flyta genom det olinjära motståndet 14, inställd på ett något _lägre värde än funktionsnivån för framåtöverspänningsskydds- ' kretsen 12 och på ett mycket högre värde än den spänning, som vid normal drift uppträder över tyristorn. När således framåt- överspänningsskyddskretsen 12 aktiveras, aktiveras lysdioden 16 av den genom det olinjära motståndet 14 flytande strömmen och avger ljussignalen. Ljusmottagande element, exempelvis foroledande element 17, är anordnade på sådant sätt, att de fotoledande elementen 17 svarar mot respektive lysdioder 16 men är elektriskt isolerade från lysdiodssidan i syfte att motta ljussignalerna från lysdioderna 16. Varje fotoledande element 17 är anslutet till en matarkälla Vcc via ett mot- stånd 18. Följaktligen kommer klånspänningen på varje foto- ~ - :suuuiw-ó “' e š ;' ledande element 17 att varieras i överensstämmelse med mängd- ? en mottaget ljus. Klämspänningarna på samtliga fotoledande ' § element 17 matas till en högvärdesdetektor 19. I det fall at- I minstone en av framåtöverspänningsskyddskretsarna 12 ej akti- 5 veras, blir klämspänningen hos det motsvarande fotoledande elementet 17 högt, varför en av insignalerna till högvärdes- detektorn 19 får nivån "1".

Däremot kommer i det fall, när samtliga av framátöverspän- ningsskyddskretsarna 12 aktiveras, klämspänningen hos varje 1 10 fotoledande element 17 att sänkas, varför samtliga insignaler År till högvärdesdetektorn 19 får nivån "O". När högvärdesdetek- U torn 19 detekterar att signalerna med nivån "O" inmatas under en på förhand bestämd period, bedöms att samtliga tyristorer i en brickmodul tänds upprepade gånger av framåtöverspännings- 15 skyddskretsarna 12, varvid sådana skyddsåtgärder som stoppande av omvandlaren genom omläggning av en ingàngsströmställare, vidtas.

Vid den i fig 1 visade utföringsformen kan vart och ett av de olinjära motstånden 14 ersättas med ett motstånd som 20 icke har olinjär karakteristika, ehuru det är svårt att då korrekt inställa motstàndets funktionsnívâ.

Fig 2 visar ett kopplingsschema över en huvuddel av en annan utföringsform av en omvandlare enligt uppfinningen: Vid den i fig 2 visade utföringsformen är en antiparallell- 25 koppling av en diod 15 och en lysdiod 16 kopplad i serie med en likspänningsdelarkrets S, och fotoledande element 17, svarande mot ovannämnda lysdioder 16, har samma arrangemang och funktion som de fctoledande elementen i den i fig 1 visa- de utföringsformen. Vid den föreliggande utföringsformen är 30 'emellertid klämspänningen hos varje fotoledande element 16 förstärkt genom en förstärkare 20 och därefter överförd till en komparator 21. 1 å Enligt fig 2 flyter en elektrisk ström, som svarar mot en på en av tyristorerna 2 pålagd spänning, genom ett motsvaran- 3S de 1íkspänningsdelarmotstànd 5 och lysdiod 16. Följaktligen kommer, när tyristorn 2 försätts ur funktion, ej någon ström att flyta genom lysdioden 16. Detta innbär att dioden Hiej av- ger nàgon ljussignal, och det motsvarande fotoledande ele- Q mentet 17 har hög resistans, eftersom motståndet 17 antar T 40 mörkt tillstànd, såsom markeras av ett område A i fig 3. 10 15 20 ZS 35 40 7 8008716-6 När tyristorn 2 arbetar normalt, flyter en mot tyristorns 2 klämspänning svarande elektrisk ström genom lysdioden 16.

Följaktligen får det fotoledande elementet 17 en resistans, som svarar mot ett område B i fig 3. Vidare kommer i det fall, när framàtöverspänningsskyddskretsen aktiveras, en elektrisk ström, som är två eller tre gånger större än den genom lys- dioden 16 flytande strömmen, när tyristorn 2 arbetar normalt, att flyta genom lysdioden 16. följaktligen får det fotoledande elementet 17 en mycket låg resistans, svarande mot ett område C i fig 3.

Komparatorn 21 jämför en insignal med en förinställd refe- rensspänning, och utsignalen från komparatorn 21 reverteras när insignalen blir större än referensspänningen. Referens- spänningen inläggs mellan en inspänning, som svarar mot området A, och en mot området B svarande inspänning. När tyristorn 2 försätts ur funktion, ändras det fotoledande elementets 17 resistans från ett mot området B svarande värde till ett mot området A svarande värde, varvid utsignalen från komparatorn 21 ändras från nivån "1" till nivån "O". Således.kan utsigna- lerna Q - m från komparatorn 21 användas som tyristorfeldetek- teringssignaler.

A andra sidan kommer, när framåtöverspänningsskyddskretsen 12 aktiveras, resistansen hos det fotoledande elementet 17 att bringas inom ett lågresistansområde (svarande mot området C i fíg 3), och en insignal med låg nivå matas till högvärdes- detektorn 19. Följaktligen kommer, när framåtöverspännings- skyddskretsarna 12 för samtliga tyristorer aktiveras, utsig- nalen från högvärdesdetektorn 19 att ändras från nivån "1" “ .till nivån "O". När utsignalen från detektorn 19 intar nivån "O" under en på förhand bestämd tidsperiod, vidtas sådana åt- gärder som stoppande av omvandlaren för att skydda denna.

Det torde vara överflödigt att påpeka att vid den i fig 2 visade utföringsformen erfordras en låssignal för undvikande av onödiga funktioner hos de tyristorfeldetekterande signaler- na vid en tidpunkt, när ej någon spänning påläggs tyristorn.

Den i fig 2 visade utföringsformen har den fördelen, att optiska fibrer för detektering av bruten funktion hos tyris- torerna även används för detektering av de kontinuerliga funktionerna hos framåtöverspänningsskyddskretsarna.

En enligt uppfinningen utförd högspänningsomvandlare år så- OVUOIÄO°O Ö Iedes så konstruerad, att den är i stånd att detektera de kontinuerliga funktionerna hos framåtöverspänníngsskydds- kretsarna före det att temperaturreläerna 13 aktiveras. »-

Claims (3)

g i» ,.. .æ z;- . 9 öbuö/iü'0 Patentkrav

1. Högspänningsomvandlare, innefattande ett flertal serie- kopplade tyristorer (2), k 5 n n e t e c k n a d av en puls- transformator (6) med en primärlindning och ett flertal sekundär- lindningar, varvid primärlindningen är ansluten till en tänd- krets för alstring av en tändsignal för tyristorerna, och varje sekundärlindning är ansluten till en styrelektrod pà en mot- svarande av tyristorerna; ett flertal spänningsdelarkretsar (3,4,S), varvid varje spänningsdelarkrets har ett impedansele- ment och är parallellkopplad med en motsvarande av tyristorerna; ett flertal överspänningsskyddskretsar (12), varvid varje över- spänníngsskyddskrets är inkopplad mellan en anod och en styr- elektrod på en motsvarande av tyristorerna; ett flertal tempe- raturreläer (13) i var och en av spänningsdelarkretsarna, var- varje temperaturrelä hindrar en motsvarande överspänningsskydds- krets från att aktiveras, när temperaturen hos det motsvarande impedanselementet i var och en av spänningsdelarkretsarna över- stiger ett pá förhand bestämt värde; och en anordning (14,16, 17,18,19) för alstring av en signal för avstängning av högspän- ningsomvandlaren, när samtliga överspänningsskyddskretsar aktiveras kontinuerligt under längre tid än en på förhand be- stämd tidsperiod.

2. Högspänningsomvandlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a d av att anordningen för alstring av signalen för avstäng- ning av högspänningsomvandlaren innefattar: en av ett olinjärt motstånd (14) och en lysdiod (16) bildad seriekrets i parallell- koppling med spänningsdelarkretsen; ett fotoledande element (17) för mottagning av en ljussignal från lysdioden; och en hög- värdesdetektor (19) för alstring av signalen för avstängning av högspänningsomvandlaren, när samtliga utsignaler från ett fler- tal av de fotoledande elementen antar en nivå, som underskrider en på förhand bestämd nivå under en på förhand bestämd tid.

3. Högspänningsomvandlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a d av att anordningen för alstring av en signal för avstäng- ning av högspänningsomvandlaren innefattar: en lysdiod (16), som är seriekopplad med ett likspänningsdelarmotstånd, som ingår i spänningsdelarkretsen; ett fotoledande element (17) för lot- tagning av en ljussignal från lysdioden; en komparator (21) för jämförelse av en klämspänning hos det fotoledande elementet led en förinställd referensspänning; sant en högvärdesdetktor (19) _ 7 10 för alstring av signalen för avstängning av högspänníngsonvand- laren, när en utsignal från konparatorn antar en nivå, son understiger en på förhand bestånd nivå under en på förhand be- stämd tid.