SE505516C2 - Anordning med seriekopplade tyristorer - Google Patents

Description

505 516 2 l24 består av en självstyrd oscillator, vilken under inverkan av en från AND-kretsen l23a på dess anslutning A erhållen insignal matar en långvarig styrsignal GP till tyristorns 8 styre och fortsätter med detta konti- nuerligt tills en signal fràn AND-kretsen l23b kommer pà dess anslutning B.

Big 2 visar ett strömstyrorgan 6, vilket används när anordningens huvudkrets är av högspänningstyp. Detta styrorgan består av ett flertal seriekopplade dioder 7a, 7b och 7c och ett flertal seriekopplade tyristorer 8a, 8b och 8c. En pulstransformator 13 och demodulatorer l4a, l4b och l4c visas också.

I det följande kommer denna anordnings funktion att beskrivas med hänvisning till vågformsdiagrammen i fig 4 och 5.

Eftersom tyristorn 8 förblir i sitt fråntillstànd tills ordersignalen q kommer, laddas den faskompenserande kondensatorn 5 till en potential, som är lika med spän- ningens V negativa maximivärde Vmax, vilket leder till att en spänning VA_K, vilken har en i fig 4 (c) visad vàgform och inbegriper både matningsspänningen V och den därpå superponerade utspänningen VC från kondensa- torn 5, pàlägges mellan tyristorns 8 anod och katod.

Antag nu att kondensatorutmatningsstyrsignalen q alstras vid tiden to. Då matas inte tändstyrsignalen PON V når sitt negativa maximivärde, trots avgivandet av ut förrän vid tiden tl, vid vilken matningsspänningen signalen q till styrsignalgeneratorn 12, så att inte heller styrsignalen GP genereras före tiden tl. Denna kretskonfiguration är anordnad pà ett sådant sätt att den förhindrar en strömrusning från den faskompenserande kondensatorn 5 genom att tyristorn 8 försätts i ett ledande tillstånd när den däröver pàlagda spänningen VA_K befinner sig i närheten av sin nollnivå. När styr- signalen GP alstras tänds tyristorn 8 för att möjliggöra för en kondensatorström Ic enligt fig 4 att flyta via den faskompenserande kondensatorn 5, varigenom den lO 505 516' 3 kompenserar för den reaktiva effekten i huvudkretsen och förbättrar dess effektfaktor.

När effektfaktorn sålunda har förbättrats för att minska den reaktiva effekten till under ett förutbestämt värde utsläcks ordersignalen q. Men även efter den i figuren vid tiden t2 visade utsläckningen av signalen q fortsätter kondensatorströmmen Ic att flyta via dio- den 7 fram till tiden t4, vid vilken matningsspänningen V når sitt negativa maximivärde. På grund av detta för- inställs släckstyrpulsen POFF till att ha en längd, som är tyristorns 8 frånslagstid TOFF kortare än en period av matningsspänningen V.

Den konventionella anordningen ovan fungerar på det beskrivna sättet när belastningen 3 är induktiv.

I det fall då belastningen 3 är en tyristorenhet eller liknande störs emellertid matningsspänningens V våg- form, såsom visas i fig 6, beroende på att högre över- toner ingår i kretsströmmen I, så att en distorderad ström kommer att flyta i den faskompenserande konden- satorn S. Ett exempel på en sådan distorderad ström visas i fig 6 (d). Om den tidpunkt, vid vilken den i dioden 7 flytande strömmen Icd (hädanefter benämnd diod- strömmen) blir noll, liksom kondensatorströmmen Ic, driver mot styrsignalens GP släckningstid t3 i det fall då strömstyrorganet 6, såsom visas i fig 2, är försett med seriekopplade tyristorer 8a, 8b och 8c kan det oönska- de fenomenet inträffa att exempelvis tyristorerna 8a och 8b slås ifrån, medan tyristorn 8c inte slår ifrån på grund av någon variation i de enskilda tyristorernas frånslagskaraktäristikor. Med den följande ökningen av matningsspänningen V efter tiden t4 kommer då hela spänningen att påläggas enbart över tyristorn 8c och slutligen orsaka spänningsöverslag i denna. (Hädanefter kommer detta att betecknas som det första fallet av spänningsöverslag.) När kondensatorströmmens Ic vågform är så distorderad, 5Û5 516 4 som visas i fig 7 (d), d v s i det fall då ström, som flyter i kretsen med tyristorer 8a, 8b och 8c vid styr- signalens GP släckningstid, överförs till kretsen med dioder 7a, 7b och 7c vid tiden t42 och därefter blocke- ras av tyristorerna 8a, 8b och 8c vid tiden t43, är perioden från tiden t42 till tiden t43 alldeles för kort för att säkerställa en tillräcklig frånslagstid, och beroende på variationen i de enskilda tyristorernas karaktäristikor inträffar fenomenet att exempelvis ty- ristorn 8c ensam lämnas i sitt till-tillstånd, vilket slutligen leder till spänningsöverslag. (Hädanefter kommer detta att betecknas som det andra fallet av spän- ningsöverslag.) Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en förbättrad anordning, vilken är utrustad med nya organ, vilka kan eliminera den förutnämnda nackdelen genom att effektivt förhindra felet att en eller flera tyristorer vid frånslagstidpunkten för ett flertal seriekopplade tyristorer ensamma slås från före de andra på grund av de ovan nämnda skälen och att de därigenom förstörs på grund av överspänning.

Enligt en exemplifierande utföringsform av denna uppfinning kan vilken som helst tyristor som har sådan karaktäristika att dess frånslag inträffar tidigare än andras skyddas genom att en tänd- eller tillslags- signal matas till varje seriekopplad tyristors styre, om den tid som krävs för att en ström, som flyter i ett spärrande, pà_ett antiparallellt sätt till tyristorerna anslutet halvledarelement, ska bli noll är kortare än en förutbestämd tid, vilken krävs för att samtliga tyris- torer skall slå ifrån och sålunda för att det oönskade fenomenet att endast de tyristorer som har en kortare frånslagstid slås ifrån skall undvikas.

Enligt en annan utföringsform utförs ett sådant skydd genom att en styrsignal åter pâlägges om tiden mellan en nollpunkt och den nästa för den i det spärrande halvledarelementet flytande strömmen är kor- 505 516 tare än den maximala frânslagstiden. I detta fall kan en tillfredsställande skyddsverkan med säkerhet uppnås, även när den i den antiparallella kretsen flytande ström- men har en oscillerande vågform.

I det följande kommer en exemplifierande utförings- form av föreliggande uppfinning att beskrivas i detalj med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig 1 är ett blockschema för en konventionell kom- pensator för reaktiv effekt. Fig 2 är ett kretsschema för ett annat strömstyrorgan, vilket är avsett för använd- ning i anordningen i fig 1. Fig 3 är ett blockschema, som visar detaljer i en i anordningen i fig 1 använd styrsignalgenerator. Fig 4-7 visar spänningsvågformer för signalerna i anordningen i fig l. Fig 8 är ett block- schema över en exemplifierande utföringsform av denna uppfinning med seriekopplade tyristorer. Fig 10 visar vågformer för signaler i anordningen i fig 9. Fig 11 är ett blockschema över en annan utföringsform av denna uppfinning med seriekopplade tyristorer. Fig 12 är ett blockschema, som visar ytterligare detaljer i en i anord- ningen i fig ll använd skyddsenhet. Fig 13 visar spän- ningsvågformer för signalerna i anordningen i fig 12.

Fig 14 är ett blockschema över ytterligare en utförings- form av denna uppfinning med seriekopplade tyristorer.

I fig 8 visas en växelströmskälla 1 för tillförsel av en matningsspänning V, en inre impedans 2, en induk- tiv belastning 3 och en kompensator 4 för reaktiv effekt.

Denna kompensator 4 innefattar en faskompenserande kon- densator 5, ett strömstyrorgan 6, bestående av en diod 7 och en tyristor 8, vilka är antiparallellkopplade, en spänningstransformator 9, en strömtransformator 10, en detektor ll för reaktiv effekt och en styrsignal- generator 12. Eftersom dessa komponenter är likvärdiga med de i fig 1 och strömstyrorganet 6 är uppbyggt pà samma sätt som det som visas i fig 2 betecknas motsva- rande delar med samma hänvisningssiffror och detaljerade förklaringar av dessa delar är utelämnade här. 505 516 lO 6 En skyddsenhet 20 har den i fig 9 visade krets- konstruktionen och har som funktion att alstra en åter- tändningspuls GF som svar på utsignalen från en ström- transformator 21, vilken detekterar en i strömstyror- ganet 6 flytande kondensatorström Ic, och också som svar på en från en styrsignalgenerator l2 mottagen styr- signal GP. I fig 9 visas en med 201 märkt ledningsperiod- detektor, vilken mottager utsignalen Ic från strömtrans- formatorn 21 och matar en detekteringssignal m med en spänningsvågform enligt fig 10 (f) till en monostabil multivibrator 202, under den tid då diodströmmen Icd flyter. Den monostabila multivibratorn 202 alstrar en nolldetekteringspuls P21 synkront med detekteringssigna- lens m fall, och en annan monostabil multivibrator 203 alstrar en puls P22 synkront med styrsignalens GP fall.

Pulsen P22 har en längd, vilken motsvarar en frånslagstid TOFF, vilken inte är kortare än den tid det tar från det att den till var och en av tyristorernas 8a, 8b och 8c styren förda styrsignalen GP börjar släckas ut till det att denna signal är fullständigt utsläckt.

En hänvisningssiffra 204 betecknar en AND-krets, till vilken pulserna P21 och P22 matas. Denna krets 204 alst- rar återtändningsorderpulsen GF under inverkan av sam- tidig inmatning av de två pulserna. Följaktligen matas både orderpulsen GF och orderpulsen q till styrsignal- generatorn l2 via en OR-krets 22.

När kondensatorströmmen Ic distorderas, såsom tidi- gare beskrivits i anslutning till fig 6, och diodström- men Icd blir noll vid tiden t4o innan matningsspänningen V ökar till sitt maximala värde efter utsläckningen av styrsignalen GP, anbringas i denna kretskonstruktion återtändningsordersignalen GF från skyddsenheten 20 via OR-kretsen 22 till styrsignalgeneratorn 12 så länge som perioden från tiden t3 till tiden t40är inom pulsens P22 längd TOFF, så vid tiden t40. Följaktligen tänds tyristorerna 8a, 8b och 8c igen vid tiden t4o för att helt och hållet för- hindra det första fallet av spänningsöverslag. Den med att styrsignalen GP matas ut igen 505 516 7 en streckad linje i fig 10 (c) visade vågformen represen- terar en framåtspänning, som pålägges tyristorserie- kretsen 8a - 8c, när tyristorerna inte tänds igen.

Fig ll visar en andra utföringsform av uppfinningen, vilken är utformad för att förhindra det andra fallet av spänningsöverslag. En skyddsenhet 30 har en i fig 12 visad kretskonstruktion, i vilken en integrator 301 mottager en detekteringssignal m från en ledningsperiod- detektor 201 och matar sin utsignal Sm till en kompa- rator 302. I figuren visas också ett motstånd 30la, en kondensator 30lb och en återställningskrets 3010.

Komparatorn 302 är så utformad att den alstrar en ut- signal n med nivån "l" när insignalen ökar över en referensnivå M, som motsvarar frånslagstiden TOFF. Den sålunda alstrade utsignalen n inverteras av ett NOT- element 303 och matas därefter till ett AND-elements 305 ena ingång. En monostabil multivibrator 304 mottager en från ledningsperiodsdetektorn 201 utmatad detekte- ringssignal m och matar en nolldetekteringspuls P34, vilken är synkroniserad med signalens m fall, till AND- elementets 305 andra ingång. Som svar på de båda pulser- na H och P34 genererar AND-elementet 305 en återtänd- ningsorderpuls FG, som därefter matas tillsammans med orderpulsen q via OR-elementet 22 till styrsignalgene- ratorn 12. Den övriga kretskonfigurationen är exakt densamma som den som visas i fig 8.

I denna utföringsform sänder ledningsperiodsdetek- torn 201 en detekteringssignal m under perioden mellan tz och t3l och också under perioden mellan t44 och t4, när kondensatorströmmen Ic är distorderad, såsom visas i fig 13 (c). Eftersom perioden tz - t3l är väsentligen längre än frånslagstiden TOFF alstrar komparatorn 302 sin utsignal efter det att frånslagstiden TOFF har för- flutit efter tiden t2. Denna utsignal "l" inverteras av NOT-elementet 303 för att bli "0“, så att återtänd- ningsordersignalen FG inte sänds trots att nolldetekte- 505 516 lO 8 ringspulsen P34 alstras av den monostabila multivibra- torn 304 vid tiden t3l, som motsvarar fallet i detek- teringssignalen m. Om den är så kort som perioden t44 - t 4 tid fallet i detekteringssignalen m att inträffa när och är kortare än frånslagstiden TOFF kommer emeller- komparatorns 302 utsignal är "0" och NOT-elementets 303 utsignal är “l", så att den monostabila multivibra- torn 304 skickar iväg sin utsignal för matning av åter- tändningsorderpulsen FG till styrsignalgeneratorn 12 vid tiden t4. Styrsignalen GP pålägges följaktligen tyristorerna 8a - 8c för att slutligen förhindra deras spänningsöverslag.

Det som krävs av den av integratorn 301 och kompa- ratorn 302 bestående kretsen är bara förmågan att detek- tera om diodströmmens Icd varaktighet är längre än en förutbestämd tid och att alstra en utsignal synkront med när strömmen upphör att flyta. På samma sätt krävs av detektorn 301 en detekteringsfunktion, som är synkro- niserad med början och slutet på diodströmmens varak- tighet.

Fig 14 visar en ytterligare utföringsform, i vilken de föregående två utföringsformernas båda skyddsenheter och 30 används för att förhindra det första och andra fallet av spänningsöverslag. Den första skyddsenheten är likvärdig med den som visas i fig 9 och den andra skyddsenheten 30 är likvärdig med den som visas i fig '12. Utsignalerna GF respektive FG avges till en styr- signalgenerator 12 via ett OR-element 22. Förutom de ovan beskrivna utföringsformerna, där serietyristor- kretsen och seriediodkretsen är anslutna på ett anti- parallellt sätt till varandra är det möjligt att uppnå samma verkan genom användning av serietyristorer i stället för diodkretsen. Diodkretsen kan dessutom lika gärna bestå av en enda diod.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 505 516 PATENTKRAV

1. Anordning med seriekopplade tyristorer, k ä n - n e t e c k n a d av ett strömstyrorgan (6), innefattan- de en seriekrets, bestående av ett flertal seriekopplade tyristorer (8), och ett spärrande halvledarelement (7), vilket är anslutet till seriekretsen på antiparallellt sätt; en styrsignalgenerator (12) för matning av en styrsignal till varje tyristors styrelektrod; och en tyristorskyddande enhet (30), bestående av en lednings- perioddetektor (201), som alstrar en detekteringssignal endast under det spärrande halvledarelementets (7) le- dande period, jämförelseorgan för jämförelse av längden på utsignalen från ledningsperioddetektorn (201) med en förutbestämd tid och för alstring av en utsignal när den förra är kortare än den senare och organ (22) för matning av jämförelseorganens utsignal som en åter- tändningspuls till styrsignalgeneratorn synkront med släckningen av utsignalen från ledningsperioddetektorn.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att jämförelseorganen består av en inte- grator (301) för integrering av utsignalen fràn led- ningsperioddetektorn, organ, som är återställningsbara vid fallet i utsignalen från ledningsperioddetektorn, och en komparator (302) för jämförelse av integratorns integralsignal med ett förinställt referensvärde.

3. Anordning enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av en andra (20) skyddande enhet för tyris- torerna, vilken består av en krets (201, 202) för detekte- ring av en nollpunkt för den i det spärrande halvledarele- mentet (7) flytande strömmen och för alstring av en noll- detekteringspuls, en monostabil multivibrator (203) för alstring av en puls med förutbestämd längd synkront med tidpunkten för styrsignalens släckning och ett AND-element (204), som är anslutet för mottagande av de två pulserna, och organ (22) för matning av AND-elementets utsignal som en återtändningspuls till styrsignalgeneratorn.