SE460818B

SE460818B - Semiconductor coupling for HV use

Info

Publication number: SE460818B
Application number: SE8801140A
Authority: SE
Inventors: L Aengquist
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1989-11-20
Also published as: SE8801140D0; SE8801140L

Abstract

The converter (SR) includes a three phase bridge with sixa valve branches (V1-V6). The bridge has AC outlets (R,S,T) for connection to a three-phase AC power mains via inductors (LR,LS,LT) and DC outlets (P,N) which are connected to a capacitor (C1). Each of the bridge valve branches comprises several series-coupled thyristors which can be switched off. These thyristors are anti-parallel coupled with diodes (D11,D12...Dn). Each thyristor has a control (T1F) for switching it on, and one (T1E) for switching it off. A control (SD) emitting pulses for the switch-on and off processes has sixa (FP) outlets transmitting switch-on impulses for the valve branches. It also has six outlets (EP) for transmitting switch-off impulses to the thyristors in the bridge valve branches. A damping inductor (L1) is incorporated between the thyristor bridge and one DC output (P) of the converter. A clamping capacitor (C2) is connected between the two DC voltage rails: of the converter. (Provisional basic advised week 89/48)

Description

___., .2 êdåtkaníkgagas med en enda tyristor per ventilgren. Försök att seriekoppla släckbara tyristorer på det sätt som är välkänt vid konventionella tyris- torer har visat att mycket höga spänningspákänningar uppträder vid släck- ningen av en sådan ventilgren. Släckbara tyristorer uppvisar oundvikliga variationer beträffande släcktiden, dvs den tid som förflyter från det att en släckpuls har börjat tillföras tyristorn till dess att tyristorn tar upp spänning. En typiskt släckbar tyristor har en släcktid ("storage-tid") på ca 25 ps med en spridning på ca 10 ps. Detta innebär att under släckningen av en ventilgren, som innehåller ett flertal släckbara tyristorer, stora ojämnheter i spänningsdelningen mellan tyristorerna kommer att uppträda. vilket i sin tur innebär att någon av tyristorerna (eller vissa tyristorer) kommer att utsättas för mycket höga spännings- pàkänningar under släckförloppet. Det har visat sig praktiskt svart eller omöjligt att i tillräcklig grad nedbringa ojämnheterna i spänningsfördel- ningen med hjälp av parallellt med tyristorerna anslutna spänningsdelar- kapacitanser, RC-kretsar eller andra spänningsdelarelement. Spänninge- delarkomponenterna skulle nämligen få orimligt stora dimensioner och/eller orimligt höga effektförluster. ___., .2 êdåtkaníkgagas with a single thyristor per valve branch. Try to connect in series extinguishable thyristors in the manner well known in conventional thyristors have shown that very high voltage stresses occur during extinguishing of such a valve branch. Extinguishable thyristors are unavoidable variations in the extinguishing time, i.e. the time that elapses from that a quench pulse has begun to be applied to the thyristor until the thyristor takes up voltage. A typical extinguished thyristor has a storage time ("storage time") of about 25 ps with a spread of about 10 ps. This means that under the extinguishing of a valve branch, which contains a plurality of extinguishable thyristors, large irregularities in the voltage distribution between the thyristors will occur. which in turn means that one of the thyristors (or some thyristors) will be exposed to very high voltage stresses during the extinguishing process. It has turned out practically black or impossible to sufficiently reduce the irregularities in the voltage distribution by means of voltage dividers connected in parallel with the thyristors. capacitances, RC circuits or other voltage divider elements. Tension the sub-components would in fact have unreasonably large dimensions and / or unreasonably high power losses.

Det vore i princip tänkbart att utforma tyristorernas styrdon så att släckpulser avges till de olika tyristorerna i en ventilgren vid något olika tidpunkter, valda på sådant sätt att spridningen i släcktid kompenseras§ En tyristors släcktid är emellertid inte konstant utan varierar under drift i beroende av bl a tyristorns drifttemperatur. För att undvika detta problem vore det tänkbart att anordna mät- och signalbehandlingsorgan för uppmätning av varje individuell tyristors släcktid. antingen vid varje start av halvledarkopplingen eller också kontinuerligt under kopplingens drift. Försök att på detta sätt mäta och kompensera för variationerna i tyristorernas släcktider skulle ställav utomordentligt höga krav pà mätning och signalbehandling. En sådan utrustning skulle vidare på grund av de snabba förloppen bli utsatt för mycket allvarliga störningsproblem. Den skulle därför - om den över huvud taget är praktiskt genomförbar - bli mycket komplicerad och dyrbar.It would in principle be conceivable to design the thyristor's controls so that extinguishing pulses are delivered to the various thyristors in a valve branch at some point different times, selected in such a way that the spread in extinguishing time compensated§ However, a thyristor's turn-off time is not constant without varies during operation depending on, among other things, the operating temperature of the thyristor. For To avoid this problem, it would be conceivable to arrange measurement and signal processing means for measuring each individual thyristor extinguishing time. either at each start of the semiconductor connection or also continuously during clutch operation. Try to measure and compensate for the variations in the thyristors' off-peak times extremely high demands on measurement and signal processing. Such a equipment would further be exposed due to the rapid processes very serious disturbance problems. It would therefore - if at all is practically feasible - become very complicated and expensive.

Av dessa skäl har man hittills vid användningen av släckbaraïtyristorer \ i varit begränsad till så låga driftspänningar som kan klaras av en enda tyristor i varje ventilgren i halvledarkopplingen. 0 acc o oo Rßnöaoaatsa FÖR UPPFINNINGEN _ Uppfinningen avser att åstadkomma en halvledarkoppling av inledningsvis angivet slag. vilken kan användas vid godtyckligt höga driftspänningar.For these reasons, the use of extinguishable resistors has hitherto been used \ i has been limited to such low operating voltages that can be managed by a single one thyristors in each valve branch in the semiconductor connection. 0 acc O oo Rßnöaoaatsa FOR THE INVENTION _ The invention intends to provide a semiconductor connection initially specified stroke. which can be used at arbitrarily high operating voltages.

Detta åstadkommes genom att uppfinningen möjliggör en seriekoppling av ett godtyckligt antal släckbara tyristorer i en ventilgren. Detta möjliggörs i sin tur genom att enligt uppfinningen en jämn spänningsfördelning mellan ett godtyckligt antal seriekopplade släckbara tyristorer erhålles på ett synnerligen enkelt och tillförlitligt sätt.This is achieved by the invention enabling a series connection of one any number of extinguishable thyristors in a valve branch. This is made possible in in turn by according to the invention an even voltage distribution between an arbitrary number of series-connected extinguishable thyristors are obtained on one extremely simple and reliable way.

Vad som kännetecknar en halvledarkoppling enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.What characterizes a semiconductor connection according to the invention is clear from attached claims.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-5.DESCRIPTION OF FIGURES The invention will be described in more detail in the following in connection with attached figures 1-5.

Figur 1 visar uppfinningen tillämpad vid en spänningsstyv omriktare för faskompensering i ett växelströmsnät.Figure 1 shows the invention applied to a voltage rigid converter for phase compensation in an AC network.

Figur 2 visar utformningen av en ventilgren vid omriktaren enligt fig 1.Figure 2 shows the design of a valve branch at the inverter according to Figure 1.

Figur 3 visar släckpulserna till några av tyristorerna i den i fig 2 visade ventilgrenen.Figure 3 shows the extinguishing pulses of some of the thyristors in the one in Figure 2 showed the valve branch.

Figur Q visar ett alternativt sätt för bestämning av temperaturen hos det spänningsberoende motståndet som är parallellkopplat med en tyristor.Figure Q shows an alternative way of determining the temperature of it voltage-dependent resistor connected in parallel with a thyristor.

Figur 5 visar tre alternativa sätt att påverka en tyristors släcktid genom styrning av släckpulsens tidsderivata.Figure 5 shows three alternative ways of influencing a thyristor's extinguishing time through control of the time derivative of the extinguishing pulse.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en sjålvkommuterad omriktare av spänningsstyv typ för styr- bar faskompensering av ett trefasigt kraftnät. Omriktaren SR består av en trefasbrygga med sex ventilgrenar V1-V6. Bryggan har växelströmsuttagen R, S, T för anslutning till ett trefasigt växelströmskraftnät via induktor- erna LR, LS, LT samt likströmsuttagen P, N, vilka är anslutna till en kondensator Cl. Var och en av bryggans sex ventilgrenar består av ett v n . u nu 460 818 . “- flertal seriekopplade släckbara tyristorer. Sålunda består_ventilgrenen V1 av de seriekopplade tyristorerna Tl, T2 ... Tn. Tyristorerna är anti- parallellkopplade med dioderna D11¿ D12 ... Dn. Tyristorn T1 är försedd med ett styre TIF för tändning av tyristorn och ett styre T1E för släck- ning av tyristorn och motsvarande är fallet med de övriga i omriktaren ingående tyristorer. Omriktaren har ett styrdon SD som pàloch för sig känt sätt avger pulser för tändning för tyristorerna och för släckning av dem.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Figure 1 shows a self-commutated voltage-rigid type converter for control phase compensation of a three-phase power grid. The converter SR consists of one three-phase bridge with six valve branches V1-V6. The bridge has AC sockets R, S, T for connection to a three-phase AC power supply via inductor LR, LS, LT and the DC sockets P, N, which are connected to one capacitor Cl. Each of the bridge's six valve branches consists of one v n. u nu 460 818. “- several series-connected extinguished thyristors. Thus, the valve branch V1 consists of the series-connected thyristors T1, T2 ... Tn. The thyristors are anti- connected in parallel with the diodes D11¿ D12 ... Dn. The thyristor T1 is equipped with a TIF control for turning on the thyristor and a control T1E for switching off of the thyristor and the same is the case with the others in the drive input thyristors. The drive has an SD controller which pàloch is known for methods emit pulses for ignition of the thyristors and for switching them off.

Styrdonet har sex med FP betecknade utgångar, en för var och en av omriktarens sex ventilgrenar. Via dessa utgångar avges från styrdonet tändpulser för tändning av ventilgrenarna. En viss utgång. t ex FP1, är ansluten till och lämnar tändpulser till samtliga tyristorer i en viss ventilgren (V1). Styrdonet SD har vidare sex slackutgàngar betecknade med EP. Via dessa utgångar lämnas släckpulser för släckning av tyristorerna i bryggans sex ventilgrenar. Var och en av utgàngarna. t ex EPI, är ansluten till och lämnar släcksignaler till tyristorerna i en viss ventilgren (V1).The controller has six FP-designated outputs, one for each of the six valve branches of the inverter. Via these outputs are emitted from the control device ignition pulses for ignition of the valve branches. A certain output. eg FP1, is connected to and leaves ignition pulses to all thyristors in a particular valve branch (V1). The control unit SD also has six slack outputs marked with EP. Via these outputs, quench pulses are provided for quenching the thyristors in the bridge's six valve branches. Each of the exits. eg EPI, is connected to and leaves quench signals to the thyristors in a certain valve branch (V1).

Mellan själva tyristorbryggan och omriktarens ena likspänningsutgång P är en dämpinduktor L1 ansluten. För begränsning av ventilspänningen vid släckning är en s k clamping-kondensator C2 ansluten mellan omriktarens båda likspännings- skenor. Kondensatorn är ansluten till induktorns mot bryggan vända sida via ett antal seriekopplade dioder D1, D2 ... Dn och till induktorns L1 mot likspänningsutgàngen P vända sida via ett motstånd R1, genom vilket kondensatorn C2 kan urladdas.Between the thyristor bridge itself and the inverter one DC voltage output P is a damping inductor L1 connected. To limit the valve voltage at quenching is a so-called clamping capacitor C2 connected between the inverter both DC rails. The capacitor is connected to the socket of the inductor the bridge facing side via a number of series-connected diodes D1, D2 ... Dn and to the side of the inductor L1 towards the direct voltage output P facing side via a resistor R1, through which the capacitor C2 can be discharged.

Omriktaren kan i huvudsak utbyta reaktiv effekt med nätet. Den reaktiva strömmens storlek och tecken avgörs av amplitudskillnaden mellan nätet och omriktarens klämspänning (R, S. T) och av storleken på induktorn mellan nät och omriktare (Fig 1). Styrningen av detta reaktiva effektflöde kan på i och för sig känt sätt företagas genom styrning av spänningen över likspänningsskenorna (P, N) och/eller genom pulsbreddsstyrning (PWM).The inverter can mainly exchange reactive power with the mains. The reactive the magnitude and sign of the current are determined by the amplitude difference between the network and the terminal voltage of the inverter (R, S. T) and the size of the inductor between mains and inverters (Fig. 1). The control of this reactive power flow can be on per se known manner is undertaken by controlling the voltage across the DC voltage rails (P, N) and / or by pulse width control (PWM).

Figur 2 visar mera i detalj utformningen av ventilgrenen V1 vid den i fig 1 visade omriktaren SR. I figuren visas tre av ventilgrenens tyristorer, nämligen T1. T2 och Th. Parellellt med tyristorn T1 är en diod D11 ansluten för möjliggörande av ett strömflöde genom ventilgrenen i en riktning motsatt tyristorns ledriktning. Parallellt med tyristorn Tl och dioden D11 är en dämpkrets anordnad på i och för sig känt sätt. Damp- kretsen utgöres av en kondensator C11 seriekopplad med parallellkoppling bestående av en diod D21, med samma ledriktning som tyristorn Tl, och en u o ø Q nu 5- 460 818 resistans Rll. Vidare är parallellt med tyristorn anslutet ett olinjärt motstånd R21. Detta utgörs företrädesvis av ett spänningsberoende_mot-A stånd, vilket uppvisar hög resistans vid spänningar understigande ett förutbestämt värde och låg differentiell resistans vid spänningar över- stigande nämnda värde. Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen utgörs detta motstånd av en zinkoxidvaristor. En sådan varistor har mycket hög resistans under en förutbestämd knäspänning, en mycket lag differen- tiell resistans över knäspänningen och uppvisar ett skarpt knä. dvs en abrupt övergång mellan dessa båda tillstànd. Varistorn är företrädesvis så dimensionerad att dess knäspänning med lämplig marginal överstiger den maximala tyristorspänning som uppträder vid normal drift och under förut- sättning av en fullständigt likformig fördelning mellan ventilgrenens tyristorer av den över ventilgrenen uppträdande spänningen.Figure 2 shows in more detail the design of the valve branch V1 at the position shown in fig 1 showed the inverter SR. The figure shows three of the valve branches' thyristors, namely T1. T2 and Th. Parallel to the thyristor T1 is a diode D11 connected to enable a current flow through the valve branch in a direction opposite to the direction of the thyristor. In parallel with the thyristor T1 and diode D11 is a damping circuit arranged in a manner known per se. Steam the circuit consists of a capacitor C11 connected in series with a parallel connection consisting of a diode D21, with the same direction as the thyristor T1, and a u o ø Q now 5- 460 818 resistance Rll. Furthermore, a nonlinear is connected in parallel with the thyristor resistor R21. This is preferably a voltage-dependent_to-A stand, which exhibits high resistance at voltages below one predetermined value and low differential resistance at voltages exceeded rising said value. According to a preferred embodiment of the invention this resistor is a zinc oxide varistor. Such a varistor has a lot high resistance under a predetermined knee tension, a very low differential tiell resistance over the knee tension and exhibits a sharp knee. ie en abrupt transition between these two states. The varistor is preferably so dimensioned that its knee tension by a suitable margin exceeds it maximum thyristor voltage that occurs during normal operation and during setting a completely uniform distribution between the valve branch thyristors of the voltage occurring across the valve branch.

Varistorn R21 är försedd med en temperaturgivare TT1 för avkänning av varistorns temperatur. Den kan utgöras t ex av en termistor eller av ett termoelement. Den är företrädesvis så anordnad att den så nära som möjligt _i avkänner temperaturen hos varistorns aktiva material. Givaren TT1 avger en à utsignal 61 som utgör ett mått på varistorns temperatur.The varistor R21 is equipped with a temperature sensor TT1 for sensing varistor temperature. It can consist, for example, of a thermistor or of one thermocouple. It is preferably arranged so that it is as close as possible to senses the temperature of the active material of the varistor. The sensor TT1 emits an à output signal 61 which is a measure of the temperature of the varistor.

Släcksignalen EP1 från omriktarens styrdon SD tillförs tyristorn T1 via en fördröjningskrets TF1 och ett drivdon SPDI. Kretsens TFl fördröjningstid ii 11 är styrbar och varieras i beroende av den fördröjningskretsen tillförda If mätsignalen 01 från givaren TT1. Fördröjningen 11 kan exempelvis vara' proportionell mot varistortemperaturen 01. dvs fl = k-01.The extinguishing signal EP1 from the converter's controller SD is applied to the thyristor T1 via a delay circuit TF1 and a drive SPDI. Circuit TF1 delay time ii 11 is controllable and is varied depending on the delay circuit supplied If the measurement signal 01 from the sensor TT1. The delay 11 may, for example, be ' proportional to the varistor temperature 01. ie fl = k-01.

Den sålunda fördröjda släcksignalen EPI tillförs drivdonet SPD1 och initierar där en släckströmpuls EP11 för släckning av tyristorn Tl. På detta sätt kommer en ökning av varistortemperaturen att medföra en senareläggning av släckströmpulserna till tyristorn Tl.The thus delayed extinguishing signal EPI is applied to the driver SPD1 and initiates there an extinguishing current pulse EP11 for extinguishing the thyristor T1. On this way, an increase in the varistor temperature will cause one delaying the extinguishing current pulses to the thyristor T1.

På motsvarande sätt är var och en av ventilgrenens övriga tyristorer försedd med en aptiparallelldiod, en dämpkrets. en varistor med tempera- turgivare, en fördröjningskrets och ett drivdon.Correspondingly, each of the valve branch's other thyristors equipped with an aptiparallell diode, a damping circuit. a varistor with tempera- sensor, a delay circuit and a drive.

Omriktarens övriga ventilgrenar är utformade på samma sätt som den ovan beskrivna ventilgrenen V1. 4460818 ~ 6" f Vid en ventilgren med ett flertal seriekopplade släckbara tyristorer och med samtidig släckpuls till alla tyristorerna kommer den tyristor som har den kortaste slöcktiden att ta upp spänning först. Strömmen genom ventil- grenen kommer då att genomflyta denna tyristors dämpkrets. och dampkret- sens kondensator laddas upp. vilket i sin tur medför att spänningen över -tyristorn tenderar att överstiga det värde som skulle galla vid en lik- formig spanningsfördelning mellan tyristorerna. Spänningen över denna först släckta tyristor kommer då att överstiga knöspanningen hos den med tyristorn parallellkopplade varistorn. varvid en kraftig ström genomflyter Q varistorn. Pa grund av de höga effektförlusterna i varistorn vid upprepade slöckningar kommer temperaturen hos varistorns aktiva material att stiga.The other valve branches of the inverter are designed in the same way as the one above described valve branch V1. 4460818 ~ 6 "f At a valve branch with a plurality of series-extinguishable extinguishable thyristors and with simultaneous quenching pulse to all the thyristors comes the thyristor that has the shortest extinguishing time to pick up voltage first. The current through the valve the branch will then flow through this damping circuit of the thyristor. and steam circuits sens capacitor is charged. which in turn causes the voltage to exceed the thyristor tends to exceed the value that would apply to an equal shaped voltage distribution between the thyristors. The excitement over this one first extinguished thyristors will then exceed the knee tension of the one with thyristor connected in parallel varistor. whereby a strong current flows through Q varistorn. Due to the high power losses in the varistor during repeated extinguishing, the temperature of the active material of the varistor will rise.

Mätsignalen från varistorns temperaturgivare kommer då att öka i motsvar- ande grad och att successivt ge en ökning av fördröjningen hos den släck- puls som tillförs tyristorn. Detta ger en senareläggning av tyristorns ' Q släckning, vilket medför en sänkning av den under slöckförloppet uppträd- ' Q ande tyristorspänningen. Det nu beskrivna systemet utgör en återkopplad v" _s- krets som, så snart tyristorspänningen tenderar att överstiga knäspönn-V Q ingen hos den med tyristorn seriekopplade varistorn. reducerar spönnings-A pàkänningen på tyristorn via en senareläggning av tyristorslackningen.The measuring signal from the temperature sensor of the varistor will then increase in corresponding degree and to gradually increase the delay of the extinguishing pulse applied to the thyristor. This delays the thyristor 'Q' extinguishing, which results in a lowering of the behavior occurring during the extinguishing process the thyristor voltage. The system now described is a feedback v "_s- circuit which, as soon as the thyristor voltage tends to exceed the knee span-V Q none of the varistors connected in series with the thyristor. reduces voltage-A the stress on the thyristor via a postponement of the thyristor lacquering.

Förstärkningen hos denna återkopplade reglerkrets kan enkelt göras så hög att varistorerna effektivt skyddas mot övertemperatur.The gain of this feedback control circuit can easily be made so high that the varistors are effectively protected against overtemperature.

Figur 3 visar ett exempel på slackströmpulserna till de tre i fig 2 visade tyristorerna. Slacksignalen EPI antas inträffa vid tidpunkten tO. Tyris- torn T1 får sin slöckströmpuls EP11 vid tidpunkten tl. tyristorn T2 sin släckströmpuls EP12 vid tidpunkten t2 och tyristorn Tn sin släckströmpuls Å EP1n vid tidpunkten tn. Fördröjningen hos var och en av släckströmpulserna relativt släcksignalenfEP1 är proportionell mot temperaturen hos respek- tive tyristors varistor. Figuren visar det antagna fallet att tyristorn T2 har den kortaste släcktiden. tyristorn Tl den längsta släcktiden och tyristorn Tn en släcktid som ligger mellan nyssnämnda släcktider. De ovan beskrivna slutna reglersystemen för de olika tyristorerna kommer därför automatiskt att ge den längsta fördröjningen åt släckströmpulsen EP12 till tyristorn T2, en mindre fördröjning at slackströmpulsen EP1n till tyris- torn Tn och den kortaste fördröjningen åt släckströmpulsen EP1l till »f tyristorn T1. ~v .gsïﬁ . .fli- Vid den nu beskrivna omriktaren enligt uppfinningen kommer redan den med varje tyristor parallellkopplade varistorn att effektivt skydda tyristorn 46089 . o mot överspänning under alla förhållanden. Utan andra åtgärder än parallellkopplandet av tyristorerna med varistorer skulle emellertid varistorerna tillhörande den eller de tyristorer som har den kortaste släcktiden bli utsatta för en mycket stor effektbelastning. Utan en mycket kraftig och av praktiska och ekonomiska skäl orimligt stor överdimensione- ring av varistorerna skulle därför någon eller några varistorer snabbt förstöras. Genom att enligt uppfinningen varje varistors temperatursteg- ring avkänns och motverkas genom den ovan beskrivna fördröjningen av släckpulserna kommer emellertid inverkan av spridningen hos tyristorernas släcktider att effektivt motverkas. och någon överdimensionering av varistorerna är inte erforderlig. Genom denna âterföring av temperaturen, som är den dimensionerande parametern för en varistor, kommer varistorerna att utnyttjas optimalt. Varistorerna kommer av det ovan beskrivna systemet att automatiskt styras mot sinsemellan lika arbetstemperaturer. Avvikels- erna mellan varistorernas arbetstemperaturer kan minskas i önskad grad I genom avpassning av förstärkningen hos de ovan nämnda slutna reglerkrets- arna, dvs genom avpassning av konstanten k i uttrycken ri = k-Bi.Figure 3 shows an example of the slack current pulses of the three shown in Figure 2 the thyristors. The slack signal EPI is assumed to occur at time t0. Tyris- tower T1 receives its extinguishing current pulse EP11 at time t1. thyristor T2 sin extinguishing current pulse EP12 at time t2 and the thyristor Tn its extinguishing current pulse Å EP1n at time tn. The delay of each of the extinguishing current pulses relative to the extinguishing signal fEP1 is proportional to the temperature of the tive thyristor varistor. The figure shows the assumed case of the thyristor T2 has the shortest extinguishing time. thyristor Tl the longest extinguishing time and thyristor Tn an extinguishing time which is between the aforementioned extinguishing times. The above described closed control systems for the various thyristors will therefore automatically to give the longest delay to the extinguishing current pulse EP12 to thyristor T2, a slight delay of the slack current pulse EP1n to the thyristor tower Tn and the shortest delay for the extinguishing current pulse EP11 to »F thyristor T1. ~ v .gsï ﬁ. .fli- In the now described converter according to the invention, it already comes with each thyristor connected the varistor in parallel to effectively protect the thyristor 46089 . O against overvoltage in all conditions. Without other measures than however, the parallel connection of the thyristors with varistors would the varistors belonging to the thyristor or thyristors having the shortest the extinguishing time be exposed to a very large power load. Without a lot strong and, for practical and economic reasons, unreasonably large ring of the varistors would therefore one or a few varistors quickly destroyed. By according to the invention the temperature step of each varistor ring is sensed and counteracted by the delay of However, the quenching pulses will be affected by the scattering of the thyristors extinguishing times to be effectively counteracted. and any oversizing of the varistors are not required. Through this return of the temperature, which is the sizing parameter of a varistor, the varistors will to be used optimally. The varistors come from the system described above to be automatically controlled against equal working temperatures. Deviation the operating temperatures between the varistors can be reduced to the desired degree I by adjusting the gain of the above-mentioned closed control circuits. , ie by adjusting the constant k in the expressions ri = k-Bi.

De àterkopplade systemen ställer laga krav pa linearitet och noggrannhet hos de använda temperaturgivarna vilka därför kan utföras enkelt och billigt. I enklaste fallet kan en termostat användas som temperaturgivare.The feedback systems place legal demands on linearity and accuracy of the temperature sensors used which can therefore be performed easily and cheap. In the simplest case, a thermostat can be used as a temperature sensor.

Termostaten anordnas då att slå till när tillhörande varistors arbets- temperatur överskrider ett förut bestämt värde och att därvid öka fördröj- ningen hos släckströmpulsen till tyristorn med ett förutbestämt belopp.The thermostat is then arranged to switch on when the associated varistor temperature exceeds a predetermined value and thereby increase the delay of the extinguishing current pulse to the thyristor by a predetermined amount.

Det beskrivna systemet arbetar fullständigt självständigt och kräver inte att några mätningar av tyristorernas släcktider görs före eller vid idrifttagning av utrustningen. Av samma skäl kompenserar utrustningen automatiskt för sådana variationer i tyristorernas släcktider som kan uppträda under drift av utrustningen, t ek beroende på variationer i utrustningens arbetstemperatur. Utrustningen kan därför startas direkt och arbeta med full effekt direkt vid tillslaget.The described system works completely independently and does not require that some measurements of the thyristors' switching times are made before or at commissioning of the equipment. For the same reason, the equipment compensates automatically for such variations in thyristor turn-off times that can occur during operation of the equipment, t ek due to variations in operating temperature of the equipment. The equipment can therefore be started immediately and work at full power directly at the turn-on.

Ovan har beskrivits hur i en föredragen utföringsform av uppfinningen de med tyristorerna parallellkopplade-olinjära eller spänningsberoende motstånden utgörs av zinkoxidvaristorer. Det är dock tänkbart att alter- nativt använda andra typer av spänningsbegränsande motstånd. t ex kisel- karbidvaristorer eller lämpliga halvledarkomponenter. Likaså kan andra ~ 460818, _ ß. typer av temperaturgivare än de ovan nämnda användas. De i fig 2 visade drivdonen och fördröjningskretsarna (t ex SPD1 och TF1) kan givetvis ingå som en integrerad del av utrustningens styrdon (SD i fig 1). fördröjnings- kretsarna (t ex TF1) kan utföras på ett stort antal i och för sig kända sätt, exempelvis med användning av en räknare som räknar ett förutbestämt antal pulser från en pulsoscillator vars pulsfrekvens styrs av tillhörande varistors arbetstemperatur. En kombination av temperaturgivare och för- dröjningskrets kan erhållas genom användning av en temperaturberoende induktans (ferrit). Denna anordnas då i termisk kontakt med varistorn sa att dess temperatur kommer att variera med varistortemperaturen. Induktan- sen inkopplas därvid i en sådan krets för fördröjning av släcksignalen att fördröjningen blir beroende av induktansens storlek och därmed av varis- tortemperaturen. I de fall en temperaturgivare för varistorn monteras _ utanpå varistorns hölje eller på dess kylare kan om så önskas strömmen genom varistorn uppmätas och användas för kompensering av temperaturfallet mellan varistorns aktiva material och temperaturgivaren.It has been described above how in a preferred embodiment of the invention they with the thyristors connected in parallel-non-linear or voltage-dependent the resistors are zinc oxide varistors. However, it is conceivable that natively use other types of voltage limiting resistors. for example silicon carbide varistors or suitable semiconductor devices. So can others ~ 460818, _ ß. types of temperature sensors other than those mentioned above are used. Those shown in Fig. 2 the drives and delay circuits (eg SPD1 and TF1) can of course be included as an integral part of the equipment controller (SD in Fig. 1). delay the circuits (eg TF1) can be performed on a large number known per se way, for example using a counter that counts a predetermined one number of pulses from a pulse oscillator whose pulse frequency is controlled by the associated varistor working temperature. A combination of temperature sensors and delay circuit can be obtained by using a temperature dependent inductance (ferrite). This is then arranged in thermal contact with the varistor sa that its temperature will vary with the varistor temperature. Inductance then connected to such a circuit for delaying the extinguishing signal that the delay becomes dependent on the magnitude of the inductance and thus on the tor temperature. In cases where a temperature sensor for the varistor is installed _ on the outside of the varistor housing or on its cooler, the current can, if desired through the varistor is measured and used to compensate for the temperature drop between the active material of the varistor and the temperature sensor.

Ovan har beskrivits hur varistorns temperatur bestämmas genom användning _av en temperaturkännande givare. En bestämning av varistorns arbetstem- peratur kan emellertid göras på andra sätt. Figur Ä visar ett exempel på detta. Figuren visar hur strömmen i genom en variator kan mätas med hjälp av ett med varistorn seriekopplat mätmotstànd R3 med låg resistans.It has been described above how the temperature of the varistor is determined by use _of a temperature sensing sensor. A determination of the working temperature of the varistor temperature can be done in other ways. Figure Ä shows an example of this. The figure shows how the current through a variator can be measured with the help of a low-resistance measuring resistor R3 connected in series with the varistor.

Spänningen ui över mätmotståndet är proportionell mot varistorströmmen och ~ integreras i en RC-krets RU-C3. Eftersom. när ström genomflyter en varis- tor, dess spänning är approximativt konstant, blir varistorströmmen pro- 'portionell mot den i varistorn utvecklade effekten. Integralen över tiden av den utvecklade effekten utgör ett matt på den varistorn tillförda ener- gin och därmed på varistorns temperaturstegring. Spänningen över kondensa- torn C3 kommer därför att utgöra ett approximativt mått på varistorns tem- peratur G1. Den i figur 4 visade anordningen är endast schematisk och kan givetvis ersättas av en mer eller mindre förfinad termisk modell av varis- torn, med vars hjälp varistortemperaturen kan bestämmas med önskad grad av noggrannhet utgående från en kontinuerlig mätning av varistorströmmen.The voltage ui across the measuring resistor is proportional to the varistor current and ~ integrated in an RC circuit RU-C3. Since. when current flows through a variable its voltage is approximately constant, the varistor current becomes 'proportional to the effect developed in the varistor. The integral over time of the power developed constitutes a mat on the energy supplied to the varistor gin and thus on the temperature rise of the varistor. The voltage across the condenser tower C3 will therefore constitute an approximate measure of the temperature of the varistor. peratur G1. The device shown in Figure 4 is only schematic and can will of course be replaced by a more or less refined thermal model of tower, by means of which the varistor temperature can be determined with the desired degree of accuracy based on a continuous measurement of the varistor current.

Eventuellt kan en kombination av en termisk modell enligt fig U och en temperaturgivare användas.Optionally, a combination of a thermal model according to Fig. U and a temperature sensors are used.

Ovan har beskrivits hur tyristorernas släcktidpunkter påverkas genom styrning av de tidpunkter vid vilka släckströmpulser tillförs tyristorer- 9 460 818 na, En alternativ möjlighet är att låta.temperaturen hos den med en tyris- tor parallellkopplade varistorn påverka tillväxthastigheten/tidsderivatan av den släckström som tillförs tyristorns släckstyre. Denna derivata påverkar nämligen tyristorns släcktid. En högre derivata (brantare flank hos släckströmpulsen) ger nämligen en kortare släcktid än en lägre deri- vata. Vid denna alternativa utföringsform tillförs alltså alla tyristor- erna i en ventilgren släckströmpulser samtidigt. men derivatan hos varje tyristors släckströmpuls styrs individuellt i beroende av arbetstempera- turen hos den med tyristorn parallellkopplade varistorn. Figur 5 visar schematiskt några alternativa sätt för àstadkommande av denna effekt.It has been described above how the thyristors' switch-off times are affected by control of the times at which extinguishing current pulses are applied to thyristor 9,460,818 An alternative option is to allow the temperature of the tor parallel connected varistor affect the growth rate / time derivative of the extinguishing current supplied to the extinguishing control of the thyristor. This derivative namely affects the turn-off time of the thyristor. A higher derivative (steeper flank of the extinguishing current pulse) namely gives a shorter extinguishing time than a lower vata. In this alternative embodiment, all thyristor in a valve branch extinguish current pulses simultaneously. but the derivative of each thyristor extinguishing current pulse is controlled individually depending on the operating temperature. the turn of the varistor connected in parallel with the thyristor. Figure 5 shows schematically some alternative ways of achieving this effect.

Figur 5a visar hur en tyristor T1 tillförs en släckströmpuls med hjälp av ett kopplingsorgan SW, en spänningskälla U1 och en induktor L2. Släck- signalen EPI från utrustningens styrdon initierar släckströmpulsen genom slutning av kopplingsorganet SW. Släckströmmens tillväxthastighet (dess derivata) bestäms av storleken av spänningskällans U1 spänning och av vinduktansen hos induktorn L2. En styrning av släckströmmens tillväxt- hastighet kan åstadkommas genom att varistorns arbetstemperatur pà lämp- ligt sätt bringas att styra storleken av spänningen hos spänningskällan.Figure 5a shows how a thyristor T1 is applied to an extinguishing current pulse by means of a coupling means SW, a voltage source U1 and an inductor L2. Extinguishing the signal EPI from the equipment controller initiates the extinguishing current pulse through closure of the coupling member SW. The growth rate of the extinguishing current (its derivative) is determined by the magnitude of the voltage of the voltage source U1 and by the inductance of the inductor L2. A control of the growth current of the extinguishing current speed can be achieved by the operating temperature of the varistor at the appropriate is brought to control the magnitude of the voltage of the voltage source.

Detta kan enkelt åstadkommas. exempelvis genom att spänningskällan U1 får utgöras av en förstärkare, vars ingång tillförs en mot varistorns arbets- temperatur svarande signal 01. Anordningen utformas därvid så att en ökning av temperaturen ger en minskning av spänningen, dvs en reduktion av släckströmmens tillväxthastighet och en senareläggning av släcktidpunkten.This can be easily accomplished. for example, by receiving the voltage source U1 consists of an amplifier, the input of which is supplied to a temperature corresponding signal 01. The device is then designed so that a increase in temperature gives a decrease in voltage, ie a reduction in the growth rate of the extinguishing current and a postponement of the extinguishing time.

Figur 5b visar ett alternativt sätt att styra släckströmmens tidsderivata i beroende av varistorns arbetstemperatur. Spänningskällan - U2 - har härvid konstant spänning och varistortemperaturen får påverka induktansen hos induktorn L3. Denna kan exempelvis utgöras av en i termisk kontakt med varistorn anordnad temperaturberoende induktans (ferrit).Figure 5b shows an alternative way of controlling the time derivative of the extinguishing current depending on the operating temperature of the varistor. The voltage source - U2 - has constant voltage and varistor temperature may affect the inductance at the inductor L3. This can, for example, consist of one in thermal contact with varistor arranged temperature-dependent inductance (ferrite).

Figur 5c visar en ytterligare alternativ utföringsform för styrning av släckströmmens tillväxthastighet. Här användes liksom i fig 5b en spänn- ingskälla U2 med fast spänning samt en induktor - LS - med varierbar in- duktans. Även här kan en på lämpligt sätt anordnad eller styrd temperatur- beroende induktans (f rit) användas.Figure 5c shows a further alternative embodiment for controlling the growth rate of the extinguishing current. Here, as in Fig. 5b, a clamping source voltage U2 with fixed voltage and an inductor - LS - with variable input ductans. Here too, a suitably arranged or controlled temperature dependent inductance (f) is used.

Claims

iso sas g m PATENTKRAV

1. Semiconductor connection. comprising a plurality of series-extinguishable extinguishable thyristors (T1, T2, Th), each of which is connected to a control device (SD) for extinguishing the thyristor, characterized in that each thyristor (e.g. T1) is provided with a non-linear resistor (B21) for limiting the voltage across the thyristor and with means (TT1) for determining the temperature of the resistor (1), said temperature determining means being connected to the control device (SD) of the thyristor and arranged to actuate the control device so that the switch-off time of the thyristor is delayed at a increase in the temperature of the resistor.

2. A semiconductor connection as claimed in Claim 1, characterized in that it comprises delay means (TF1) arranged to delay the extinguishing signal (EP11) to the thyristor, the magnitude of the delay being dependent on the temperature of the resistor (01).

A semiconductor connection according to claim 1, which comprises means (e.g. U1, L2, SW) arranged to emit a current pulse for switching off the thyristor, characterized in that it comprises means (U1, L3, L5) arranged to influence the time derivative of the extinguishing current pulse. depending on the temperature of the resistor (01).

Semiconductor connection according to one of the preceding claims, characterized in that the resistor (R21) is provided with a temperature sensor (TT21) for supplying the temperature of the resistor (beer).

Semiconductor connection according to one of the preceding claims, characterized in that it is provided with current measuring means for sensing the current through the voltage-dependent resistor (R21) and with means (R4, C3) for forming a temperature of the resistor. corresponding quantity (01) in dependence on the sensed current.