SE511858C2 - Förfarande och anordning för funktionskontroll av en fritt valbar halvledarposition i en elektrisk halvledarventil - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 511 ass 2 Halvledarkomponenten kan vara elektriskt tändbar eller direkt ljuständ. I det förra fallet kan på i och för sig känt sätt utformade kretsar för omvandling av en i form av en ljussignal mottagen tändsignal till en elektriskt signal, anpassad att påföras halvledarkomponentens styre, vara anordnade vid indikeringsenheten. I det senare fallet kan den mottagna tändsignalen via tändkanalen direkt påföras halvledarkomponenten i form av en ljussignal. lndikeringssignalen kan vara av kort typ, varmed avses att en kort puls avges då spänningen över halvledarkom- ponenten passerar det förutbestämda värdet i ökande riktning, eller av lång typ, varmed avses att en indikeringssignal avges så länge spänningen är högre än det förutbestämda värdet. Långa indikeringssignaler kan utgöras av en kontinuerlig signal eller utformas som en pulståg.

TEKNIKENS sTÅNDPUNKT För en allmän beskrivning av den tekniska bakgrunden inom det närnnda teknik- området hänvisas till Åke Ekström: High Power Electronics l-IVDC and SVC, EKC- Electric Power Research Center, The Royal Institute of Technology, Stockholm 1990, i synnerhet kapitel 9.9: Valve Control.

En elektrisk ventil, exempelvis ingående i en strömriktare för omvandling mellan växelström och högspänd likström (HVDC-strömriktare), innefattar ett vanligen stort antal sinsemellan seriekopplade halvledarkomponenter i form av tyristorer.

En på markpotential belägen styrutrustning för strömriktaren alstrar en tändor- der för ventilen och en styrutrustning för ventilen, likaså belägen på markpoten- tial, alstrar som en följd av mottagen tändorder en tändsignal för var och en av de i ventilen ingående tyristorerna. Dessa tändsignaler mottagas av en för varje tyristor anordnat tändkanal som överför tändsignalen till en vid varje tyristor anordnad elektronikenhet. Elektronikenheten, som befinner sig på tyristorns potential, innefattar i fallet med elektriskt tändbara halvledarkomponenter dels kretsar för att omvandla en såsom ljussignal mottagen tändsignal till en elektriskt tändpuls som påföras tyristorns styre och dels en indikeringsenhet. För det fall lO 15 20 25 30 3 1511 858 tyristorerna är av direkt ljuständ typ utgörs elektronikenheten endast av en indi- keringsenhet som då är ansluten till respektive tyristors styre.

Den av indikeringsenheten alstrade indikeringssignalen överföres via en indike- ringskanal till markpotential och används dels för att på i och för sig känt sätt tillförsäkra att en tyristors styre ej påföras tändpuls om dess blockspänning i framriktningen ej uppnått ett förutbestämt, för en snabb och säker tändning, anpassat värde och dels för att genom sin förekomst indikera att respektive tyristor ej är kortsluten. För det sistnämnda syftet påföras indikeringssignalen en övervakningsutrustning för ventilen eller strömriktaren, varvid förekomsten av en indikeringssignal även innebär en bekräftelse på att respektive indikerings- kanal är i funktion.

Såväl tänd- som indikeringskanal är vanligen utförda såsom optiska fiberlänkar och är vid sina ändpunkter försedda med organ för omvandling mellan elektris- ka och optiska signaler.

Med ventilen i blockerad tillstånd tar varje tyristor upp en del av spänningen över ventilen. Spänningsdelningen mellan de individuella tyristorerna bestäms av en spänningsdelare, innefattande motstånd och kondensatorer, kopplade parallellt med tyristorerna. Ventilen är vanligen så dimensionerat att för det fall en eller några enstaka tyristorer, exempelvis på grund av inre kortslutning, skulle sakna spänningsupptagande förmåga, de återstående tyristorerna under drift vid normala spänningsförhållanden ändå förmår blockera över ventilen uppträdande spänningar.

En kontroll av de i ventilen ingående tyristorernas funktion är dock nödvändig så att felaktiga enheter kan bytas ut vid planerat underhållsarbete. Övervaknin- gen utförs enligt känd teknik på sätt som ovan nämnts genom att de till kontroll- utrustningen överförda indikeringssignalerna observeras, varvid frånvaron, indi- kerade fel av typ kortslutning i respektive tyristor eller fel i indikeringskanalen, registreras tillsammans med en uppgift om vilken halvledarposition som befun- lO 15 20 25 30 511 858 nits saknar indikeringssignal.

Skulle framspänningen hos en tyristor, exempelvis på grund av störningar över- stiga en viss nivå, kan tyristorns tändas utan tändsignal. För att förhindra sådana tändningar, vilka kan förstöra tyristorerna, initieras vid en viss framspännings- nivå en skyddständning genom ett i elektronikenheten anordnade överspän- ningsskydd.

Vid slutet av en tyristors ledintervall blockeras tyristorn genom nätkommutering.

Efter blockeringen har tyristom under en viss tid en begränsad förmåga att ta upp framspänning. För att skydda tyristorerna under denna återhämtningstid, aktiveras, när den slutar leda ström, ett så kallad återhämtningsskydd, anordnat i elektronikenheten. Skulle tyristorns framspänning under återhämtningstiden överstiga en viss nivå, som är lägre än den spänningsnivå, vid vilken en skydds- tändning genom överspänningsskyddet initieras, initierar återhämtningsskyddet en skyddständning av tyristorn.

I den amerikanska patentskriften US 4,377,835 beskrivs ett sådant återhämtnings- skydd. När tyristorn slutar leda ström och dess framspänning understiger en viss negativ spänningsnivå, alstras en signal som aktiverar återhämtningsskyddet un- der en viss tid, exempelvis 1 ms. Om framspänningen under denna tid överstiger ett värde, som anses kritiskt för tyristorn, alstras av återhämtningsskyddet en signal som initierar en skyddständning av tyristorn.

I den publicerade internationella patentansökan PCT/ SE 93/ 00662 föreslås ett förfarande och en anordning för funktionskontroll av överspänningsskyddet vid en vald halvledarposition. En halvledarposition kontrolleras genom att en prov- ningständsignal alstras varefter en av halvledarpositionens avgiven indikerings- signal studeras tidsmässigt. Detta förfarandet medger dock, inte en funktions- kontroll av återhämtningsskydden vid de respektive halvledarpositionerna, och således inte en fullständig kontroll av positionens skyddsfunktioner. lO 20 25 30 5 A511 sss REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande samt en anord- ning för en funktionskontroll av återhämtningsskyddet vid en fritt Valbar halvle- darposition under normal drift och utan driftstörningar av strömriktaren. Där- med förenklas underhåll och förkortas underhållsarbete väsentligt.

Enligt uppfinningen åstadkommas detta genom att den valda halvledarposition ensam påföras en aktiveringssignal och de övriga i halvledarventilen ingående halvledarpositioner bringas till ledande tillstånd i beroende av respektive halvle- darposition påförda tändsignaler. Aktiveringssignalen och tändsignalerna på- föras respektive halvledarpositioner väsentligen samtidigt. Aktiveringssignalen är pulsformad och av en första varaktighet så vald, att framspänningen över halvledarpositionen under den första varaktigheten når en nivå vid vilken åter- hämtningsskyddet vid felfri funktion alstrar en initieringssignal. I det fall att åter- härntningsskyddet alstrar en initieringssignal, bildas en tändpuls för den valda halvledarpositionen i beroende av initieringssignalen och aktiveringssignalen. En indikeringssignal bildas i beroende av inditieringssignalen och tändpulsen och en funktionssignal, indikerande att den valda halvledarpositionens halvledare brin- gats till ledande tillstånd av initieringssignalen bildas i beroende av indikerings- signalen och aktiveringssignalen.

Skulle återhämtningsskyddet av någon anledning inte initiera en tändpuls, ute- blir funktionssignalen och halvledaren tänds då aktiveringssignalen upphör.

Aktiveringssignalen och funktionskontrollen har en så kort varaktighet i förhål- lande till en period av den pålagda växelspänningen att ingen påverkan sker på ventilens normala funktion.

Då ett återhämtningsskydd på detta sätt detekteras som felaktigt, registreras detta i kontrollanordningen tillsammans med läget för dess tyristorposition. Vid 10 15 20 25 30 511 858 6 nästa rutinmässiga underhållsarbete kan elektronikenhet hos tyristorpositionen utbytas eller repareras.

Fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av nedanstående beskrivning och patentkrav.

FIGURBESKRIVN ING Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur la figur lb figur lc figur 1d figur 2 figur 3 figur 4a visar i form av ett blockschema en anordning för övervakning av halvledarpositioner i en HVDC-strömriktare, visar i schematisk form en 6-puls ventilbrygga ingående i en HVDC-strömriktare, visar en schematiskt ekvívalenskrets för en tyristor med tillhö- rande RC-kretsar, visar spännings-, ström- och signalförlopp under blockering av en tyristor med ett återhämtningsskydd enligt känd teknik, visar i form av ett blockschema en elektronikenhet med ett över- spänningsskydd och ett återhämtningsskydd enligt uppfin- ningen, visar uppbyggnad av en kontrollanordníng för kontroll av elek- tronikenheter enligt uppfinningen, visar spännings- och signalförlopp för en normal tändning av en tyristor med en elektronikenhet enligt figur 2, 10 15 20 25 30 ñgur4b figur Sa figur 5b figur 6a figurób ., 511 858 visar spännings- och signalförlopp för en normal tändning av en tyristor med en elektronikenhet enligt en andra utföringsform av uppfinningen, visar spännings- och signalförlopp under kontroll av ett funge- rande återhämtningsskydd enligt en första utföringsform av uppfinningen, visar spännings- och signalförlopp under kontroll av ett funge- rande återhämtningsskydd enligt en andra utföringsform av uppfinningen, visar spännings- och signalförlopp under kontroll av ett felaktigt återhämtningsskydd enligt en första utföringsform av uppfin- ningen, visar spännings- och signalförlopp under kontroll av ett felaktigt återhämtningsskydd enligt en andra utföringsform av uppfin- ningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Den följande beskrivningen avser såväl förfarandet som anordningen.

Figur la visar en del av en ventil V av inledningsvis angivet slag. Ventilen inne- fattar N stycken sinsemellan seriekopplade tyristorer Tj, T2,. .. TN med elektrisk tändning, ansluten mellan två huvuduttag A1, Bj, A2, BZ... AN, BN av vilka en- dast tre stycken ritats ut i figuren. Till varje tyristor Tj, Tg, ...TN hör en vid denna anordnad elektronikenhet TCU som alltså ligger på hög potential. I figuren har medelst en streckprickad linje markerats en skiljelinje så att till höger om denna linje visade delar befinner sig på högpotential medan till vänster om denna linje lO 15 20 25 30 511 858 8 visade delar befinner sig på jordpotential. Till varje elektronikenhet hör en ljus- pulsalstrare L, förbunden med respektive elektronikenhet med en första ljusle- dare 1 och en mottagande detektor D, förbunden med respektive elektronikenhet med en andra ljusledare 2, för omvandling av de tändsignaler och indike- ringssignaler, som nedan skall närmare beskrivas, från elektrisk form tills ljus respektive omvänt. En ventilstyrutrustning VCU aktiveras av en tändorder VPO för ventilen, och ventilstyrutrustningen VCU alstrar i beroende på tändordern en central tändssignal CP.

Varje tyristorposition är tillordnad en signalväljargrind PPG, vilken mottar den centrala tändsignalen CP och omvandlar den till en individuell tändsignal PP1, PPg, ...PPN En tändsignal PP förs från signalväljargrinden PPG till respektive ljuspulsalstrare L, och därifrån via signalingång SDpp, till en ljuskänslíg diod Dpp (visad i figur 2) i respektive elektronikenhet. Tändsignalen PP omvandlas i elek- tronikenheten till en elektrisk signal som via en ledare 3 påföras tyristorns styre för att bringa tyristorn till ledande tillstånd. En signalväljargrind PPG kan enligt uppfinningen dessutom motta aktiveringssignaler PPP, som alstras av en kon- trollanordning 7. En aktiveringssignal PPP är avsedd för en vald tyristorposition och förs via en ledare 8 från kontrollanordningen 7 till ingången hos en sig- nalväljargrind PPG, vilken vidarebefodrar aktiveringssignalen till respektive elektronikenhet TCU.

Var och en av elektronikenheterna innefattar också en indikeringsenhet av tidi- gare nämnt slag och från dessa indikeringsenheter avges via ljusledarna 2 indi- keringssignaler lP1, IP2, ...IPN i form av ljussignaler till respektive mottagande detektor D, i vilken mottagna ljussignalen omvandlas till en motsvarande elek- trisk signal.

Var och en av ljuspulsalstrarna L med tillhörande första ljusledare 1, i respektive elektronikenhet TCU anordnade kretsar för omvandling av tändsignalen till en elektrisk signal, samt ledaren 3 mellan dessa kretsars utgång och tyristorns styre 10 15 20 25 30 is11 ess 9 bildar alltså en tändkanal. Var och en av indikeringsenhetema samt tillhörande andra ljusledare 2 och detektor D bildar en indikeringskanal.

En tändkanal, tillhörande tyristor med motstånd och kondensatorer för spän- ningsskydd av halvledarkomponenter samt tillhörande indikeringskanal bildar en halvledarposition TS.

Figur 1b visar en strömriktare i trefas 6-puls bryggkoppling innefattande sex ven- tiler V1, V2, V6. Bryggan är på i och för sig känt sätt som del i en 12-puls bryggkoppling ansluten mellan ett trefas växelströmsnät, i figuren endast mar- kerat L1, L2, 1.3, och ett likströmsnät, i figuren endast markerat med två ledare 11, 12. Var och en av ventilerna mottar, på sätt som beskrivits i anslutning till figur 1a, en för respektive ventil gemensam tändsignal CP(1), CP(2), CP(6), alstrad av en till ventil hörande ventilstyrutrustning. Tändorder VFO alstras på i och för sig känt sätt av en styrutrustning för strömriktaren så att ventilerna cyk- liskt påföras tändorder VFO i följden V1, V2, .. V6, V1 .. . Var och en av venti- lerna innefattar N stycken halvledarpositioner, såsom beskrivits i anslutning till figur 1a.

Alla tyristorerna i ventilen V är seriekopplade, och då tyristorerna är i icke-ledan- de tillstånd fördelas ventilspänningen med hjälp av spänningsdelare SD jämt över de blockerade tyristorerna. I figur 1c visas delar av dessa spänningsdelare, innefattande en seriekoppling av ett motstånd Rz och en kondensator C2 parallell kopplad med en tyristor T samt ett motstånd R1, likaså parallellkopplad med tyristorn T1 Vid spänningsändringar är hastigheten av spänningsändringen över de enstaka tyristorerna begränsad av kondensatorn C 2 i samspel med motstån- den R1 och Rz.

Direkt efter strömmens nollgenomgång i samband med en blockering av tyris- torn har dessa en begränsat spänningshållfasthet. För att skydda tyristorn under återhämtningstiden aktiveras därför ett återhämtningsskydd RP vid tyristorns lO 15 20 25 30 511 858 lO släckning.

För att illustrera funktionen av ett återhämtningsskydd enligt känd teknik visas i figur 1d spännings- och strömförlopp vid en typisk tyristorkommutering. Före tiden ta leder tyristorn T i en första halvledarventil, t ex VT, och spänningen UT över tyristorn har ett lågt, positivt värde. Vid tiden t a tänds en andra halvledar- ventil, t ex V3, och strömmens kommutering till den andra halvledarventilen startas. Tyristorströmmen IT i den första ventilen avtar och går genom noll vid tidpunkten tb för att därefter antar ett negativt värde. Vid tidpunkten tc startar tyristorn T i den första halvledarventilen att ta upp spärrspänning och spännin- gen UT blir negativ. När tyristorspänningen understiger ett värde U3 aktiveras återhämtningsskyddet för en tid IRF. Under en normal kommutering följer spän- ningen UT mellan tiden tc och tcj den kontinuerliga linjen i figuren och sedan den streckade linjen markerat med U'. Skulle exempelvis en transient störning inträf- far vid tiden td, kan framspänningen UT efter tiden td få ett förlopp enligt den kontinuerliga linjen. När spänningen vid tiden te överstiger ett förutbestämt värde URP och återhämtningsskyddet fortfarande är aktiverad, initieras genom återhämtningsskyddet RP en tyristortändning. Utan återhämtningsskydd skulle tyristorspänningen UT följa den streckade linjen markerad med U” med risk att tyristorn förstörs.

Figur 2 visar i form av ett blockschema en utföringsform av elektronikenheten TCU enligt uppfinningen. Elektronikenheten innefattar kretsar för att åstadkom- ma ett återhämtningsskydd RP och en möjlighet att kontrollera detta enligt upp- finníngen.

Via en spänningsdelare R3, R4, ansluten mellan huvuduttagen A och B på tyris- torn T, avkänns framspänningen UT över tyristorn T, och ett spänningsvärde UM proportionellt mot denna påförs fyra tröskelvärdskretsar gl, g2, g3,g4. En första tröskelvärdskrets gl alstrar en signal s1 när framspänningen UT överstiger en lO 15 20 25 30 511 sas l l första nivå U1, av exempelvis 35 V, i ökande riktning. Signalen sl påförs en första ELLER-krets g6 vilkens utgång är ansluten till en första dynamisk krets g7. Vid utgången av den första dynamiska kretsen g7 alstras en första indikeringssignal IP, när framspänningen UT överstiger den första nivån U1. Den första inclikeringssignalen IP påförs en ljusemitterande diod Dlp, och därifrån till ljusle- daren 2.

De via ljusledarna 2 i form av ljus ankommande indikeringssignalerna IP om- vandlas i detektorn D till elektriska signaler, vilka via ledningar 9 påförs kon- trollanordningen 7. I början av varje positiv halvperiod för den över ventilen pålagda växelspänningen erhålls alltså en första indikeringssignal IP från varje elektronikenhet TCU för varje felfri halvledarposition.

En andra ELLER-krets g12 har tre signalingångar och alstrar, då den påförs endera av en ingångssignal S4, s11 eller s15 en signal TP, som förstärks i en för- stärkare g13 till en tändpuls. Tändpulsen påförs tyristorns styringång via ledaren 3 och därmed tänder tyristorn, dvs bringar tyristorn till ledande tillstånd.

En central tändsignal CP omvandlas som ovan beskrivits till en individuell tänd- signal FP vilken omvandlas vid elektronikenhetens ingång Dpp till elektrisk form. Enligt uppfinningen påförs tändsignalen FP en inverterande ingång på en andra dynamisk krets g14, vilken på den negativa flanken av tändsignalen FP alstrar en signal s14. En första OCH-krets g15 påförs signalen sl och signalen sl4, vilken OCH-krets alstrar i beroende av dessa signaler en signal s15. Signalen s15 påförs en ingång på den andra ELLER-kretsen g12, vilket leder till tändning av tyristorn.

Om p g a en felfunktion, exempelvis en utebliven tändsignal FP, tyristom T inte tänder, initieras enligt känd teknik i elektronikenheten TCU en skyddständning genom det så kallade överspänningsskyddet. Spänningsvärdet UM påföras en fjärde tröskelvärdskrets g4. När framspänningen UT överstiger en fjärde nivå lO 15 20 25 30 511 858 l 2 Upj: alstrar den fjärde tröskelvärdskrets g4 en signal 54. Signalen s4 påföras den andra ELLER-kretsen g12, vilket som ovan beskrivits leder till en tändning av tyristorn T.

Ett återhämtningsskydd RP enligt uppfinningen innefattar en andra och en tredje tröskelvärdskrets g2, g3, en bistabil vippa g8, en monostabil vippa g9, en tredje ELLER-krets g10, en andra OCH-krets gll med en första och en andra ingång och en tredje OCH-krets g5 med två ingånger. Den tredje tröskelvärdskretsen g3 alstrar en signal s3 när tyristoms framspänningen UT understiger en tredje nivå U3, av exempelvis -17V. Signalen s3 påförs SET-ingången på den bistabila vippan g8. Vid utgången på den bistabila vippan g8 alstras i beroende av signalen s3 en signal s8 vilken påföras den monostabila vippan g9. I beroende av signalen S3 alstrar den monostabila vippan g9 en signal s9 med en varaktighet IRp av exem- pelvis 1 ms. Signalen s9 påföras en ingång på den tredje ELLER-kretsen g10, vil- ken vid sin utgång alstrar en signal AS, varvid återhämtningsskyddet RP är akti- verat för tiden IRp. Signalen AS påföras den första ingången på den andra OCH- kretsen g11.

Den andra tröskelvärdskretsen g2 i återhämtningsskyddet RP alstrar en signal s2 när tyristorns framspänning överstiger en andra nivå URP av exempelvis lkV, vilken signal påföras den andra ingången på den andra OCH-kretsen g11. Denna krets alstrar en signal s11 i beroende av signalerna s2 och AS. Signalen s11 påförs en ingång på den andra ELLER-kretsen g12, och initierar på så sätt en tyristor- tändning som ovan beskrivits. Signalen TP påförs också RESET-ingången av den bistabila vippan g8, vilken på så sätt återställs vid varje tyristortändning.

Enligt uppfinningen åstadkoms en möjlighet att genomföra en funktionskontroll av återhämtningsskydden på en fritt valbar halvledarposition. Därför påförs sig- nalen s2 från den andra tröskelvårdskretsen till en ingång på den tredje OCH- kretsen g5. Den andra ingången på den tredje OCH-kretsen g5 påförs signalen TP, och den tredje OCH-kretsen g5 alstrar på så sätt en signal s5 när tyristorn har 10 15 20 25 30 13 5511 858 tänts genom återhämtningsskyddet RP. Signalen s5 påföras en ingång på den första ELLER-kretsen g6 och initierar därmed en andra indikeringspuls IP som ovan beskrivits.

Enligt uppfinningen påförs tändsignalerna FP, och på den valda halvledarposi- tion en aktiveringssignal FPP, inte bara den andra dynamiska kretsen g14 utan också en ingång på den tredje ELLER-kretsen gl0. Aktiveringssignalen FPP akti- verar på så sätt återhämtningsskyddet RP under denna signals varaktighet. Akti- veringssignalen FPP skickas av kontrollanordningen 7 till den halvledarpositio- nen TS vars elektronikenhet TCU ska kontrolleras. Aktiveringssignalen FPP alst- ras samtidigt med den centrala tändordern CP. Aktiveringssignalen FPP är lik- som tändsignalen FP pulsformad, men av en längre varaktighet t, typiskt 50 us vid en systemfrekvens av 50 Hz, jämfört med en typisk varaktighet av 1-2 us för tändsignalen. Tyristorema i de icke kontrollerade halvledarpositionerna i ven- tilen V tänds enligt uppfinningen på de negativa flankema av tändsignalerna FP.

Framspänningen UT över den kontrollerade halvledarpositionen TS stiger snabbt, i sin ändringshastighet begränsad genom den kapacitiva delen av spän- ningsdelaren SD. Närframspänningen UT överstiger den andra nivån URI: tänds tyristorn genom återhämtningsskyddet RP. Varaktigheten I av aktiveringssig- nalen FPP är så vald, att framspänningen UT med kännedom dess om förväntade tidsderivata åtminstone under en förutbestämd del av dess periodtid efter dess nollgenomgång till positiv polaritet över den valda halvledarpositionen, når en nivå som överstiger det andra värdet URP under varaktigheten I men inte upp- når det fjärde värdet Upp, vid vilken en skyddständning genom överspännings- skydd initieras. Skulle återhämtningsskyddet uppvisa en felfunktion, tänds tyris- torn T på den negativa flanken av aktiveringssignalen FPP, utan att den blir ska- dad genom kontrollen.

En utföringsform av kontrollanordningen 7 enligt uppfinningen visas i figur 3.

Kontrollanordningen innefattar en demultiplexer 712 och en multiplexer 721, med ett antal utgångar respektive ingångar som svarar mot antalet halvledarpo- 10 15 20 30 511 858 14 sitioner i ventilen V, varvid varje halvledarposition TS är tillordnad en utgång på demultiplexern och en ingång på multiplexern. Var och en av demultiplexerns utgångar är via var sin ledare 8 ansluten till respektive signalväljargrind FPG och var och en av multiplexerns ingångar mottar via var sin ledare 9 indikeringssig- naler från respektive halvledarposition, såsom beskrivits i anslutning till figur 1.

Kontrollanordningen innefattar vidare en mikroprocessor 74, en provningsenhet 77, en signalbuss 75. Signalbussen är ansluten såväl till multiplexern 721, demul- tiplexern 712, mikroprocessorn 74 som provningsenheten 77.

Kontrollen av tyristorpositionerna kan initieras automatiskt, direkt genom prov- ningsenheten 77 eller från en här inte visad central datorenhet som skickar en provorder till provningsenheten 77. Exempelvis kan en rutinmässig provning av alla halvledarpositionerna genomföras efter en viss tidsintervall. I provningsen- heten väljs ut vid vilken halvledarposition TS en funktionskontroll skall genom- föras och adressinformation om denna sänds via signalbussen 75 till mikropro- cessorn 74.

Mikroprocessorn 74 mottar från provningsenheten 77 adressinformationen avse- ende den valda halvledarpositionen i ventilen och överför via signalbussen 75 på i och för sig känt sätt denna information till demultiplexern 712 och multiplexern 721 och påverkar dem så att indikeringssignalen IP för den kontrollerade halv- ledarpositionen TS uppträder på multiplexems 721 utgång och att aktiverings- signalen FPP, alstrad exempelvis på nedan beskrivit sätt, och påförd demulti- plexerns 712 ingång, uppträder på den utgång av demultiplexern 712 som är ansluten till den valda halvledarpositionens signalväljargrind PPG.

Vid en kontroll av en halvledarposition TS alstras av provningsenheten 77 en signal b, vilken påföras en ingång på en fjärde OCH-krets 763 med två ingångar.

Den andra ingången på den fjärde OCH-kretsen 763 påföras den centrala tänd- signalen CP via en ledning 10. Vid utgången på den fjärde OCH-kretsen 763 alst- ras i beroende av signalerna b och CP en signal c, vilken påföras både en ingång på mikroprocessorn 74 och ingången på en monostabil vippa 764. Denna vippa lO 15 20 25 30 15 i 511 ass avger aktiveringssignalen FPP av varaktigheten I, då en signal c påföras dess ingång. Aktiveringssignalen FPP påföras demultiplexerns 712 ingång och från dess utgång vidare till den kontrollerade halvledarpositionen som ovan beskri- vits.

Multiplexerns 721 utgång är ansluten till en ingång på en femte OCH-krets 761, vilken ingång är ansluten till multiplexerns utgång för att motta den andra indi- keringssignalen IP alstrad från den valda halvledarpositionen. Den andra ingången på den femte OCH-kretsen 761 påföras aktiveringssignalen FPP. Vid den femte OCH-kretsens 761 utgång alstras en signal a1, när en andra indike- ringssignal IP inträffar under aktiveringssignalens FPP varaktighet. Signalen a1 påföras en ingång på provningsenheten 77, i vilken i närvaro av signalen a1 registreras att respektive elektronikenhets återhärntningsskydd RP är i funktion.

Vid en utebliven signal a1 registreras respektive elektronikenhet som felaktig.

I figur 4-6 visas spännings- och signalförlopp, som illustrerar kontrollförfarandet.

Figurerna 4a, Sa och 6a avser en första utföringsform av uppfinningen då elektro- nikenheten alstrar indikeringssignaler av ovan beskriven kort typ, medan figur- erna 4b, 5b, 6b avser en andra utföringsform av uppfinningen då elektroniken- heten alstrar indikeringssignaler av så kallad lång typ. Figur 4a visar tidsförlop- pen vid normal, ostörd drift. Tyristorns T framspänning UT överstiger i början av den pålagda växelspänningens positiva spänningshalvvåg den första nivån U1 vid en första tidpunkt t1, och en första indikeringssignal IP alstras. Den centrala styrenheten alstrar vid en tidpunkt t2 en central tändorder CP, som påföras sig- nalväljargrindarna PPG och därifrån som individuella tändsignaler till halvle- darpositionerna TS1, TS2, TSN i halvledarventilen V. Vid tidpunkten tza, då tändsignalen upphör, bildas på ovan beskrivet sätt tändpulsen TP.

I figur Sa visas förloppen för en kontrollerad halvledarposition TS, när återhämt- ningsskyddet RP på halvledarpositionen TS fungerar. Då framspänningen UT överstiger nivån U1 vid tidpunkten t1 alstras en första indikeringssignal IP. Vid 10 15 20 25 30 511 ass 16 tidpunkten tg alstras i den centrala styrenheten en central tändorder CP. Samti- digt alstras i kontrollanordningen 7 en aktiveringssignal FPP. Under aktive- ringssignalens FPP varaktighet t aktiveras återhämtningsskyddet och signalen AS alstras. Vid tidpunkten tza tänds tyristorerna i de icke kontrollerade halvle- darpositionerna och framspänningen UT på den kontrollerade halvledarpositio- nen stiger snabbt. Vid en tidpunkt t3 under aktiveringssignalens FPP varaktighet överstiger framspänningen UT den andra nivån URP och en signal s2 alstras. I följd alstras signalerna s11 och TP och tyristorn T tänds. Signalen s5 alstras, som beskrives i anslutning till figur 2, och därmed en andra indikeringssignal IP, Vil- ken leder till alstring av en första funktionssignal a1 i kontrollenheten 7.

I figur 6a visas signalförloppen när återhämtningsskyddet RP uppvisar en fel- funktion. T o rn tidpunkten t3 är spännings- och signalförloppen identiska med de i figur 5a visade. Vid tidpunkten t3 överstiger framspänningen UT värdet URP, men p g a en felfunktion uteblir signalen s11 och tyristorn T tänds inte. Vid tidpunkten t4, när aktiveringssignalen FPP upphör, alstras på dess negativa flank en signal s15, vilket leder till alstring av en signal TP och tyristorn T tänds. P g a att tyristorn tänds efter att aktiveringssignalen har upphört, alstras ingen första funktionssignal al i kontrollanordningen 7.

Från provningsenheten 77 översänds informationen om en felaktig halvledarpo- sition på ett icke-visat sätt till den centrala datorenheten. Informationen kan ex- empelvis visas eller anropas på en display i övervakningscentralen.

Vid den andra utföringsformen av uppfinningen alstras i elektronikenheten indi- keringssignaler IPL av långt typ, det vill säga så länge tyristorns T framspänning UT är högre än den första nivån Ul alstras den tredje indikeringssignalen IPL.

Den tredje indikeringssignalen IPL upphör då tyristorn tänds och framspän- ningen UT blir lägre än den första nivån U1. Indikeringssignalerna IPL överförs via indikeringskanalerna till kontrollanordningen 7. Indikeringssignalerna IPL 10 15 20 25 30 i? s11 ass påföras ingångama på multiplexern 721 och därifrån en inverterande ingång på en sjätte OCH-krets 762, visad i figur 3 med streckade linjer.

Vid kontroll av en halvledarposition TS alstras en aktiveringssignal FPP av den monostabila vippan 764. Aktiveringssignalen FPP påföras en andra ingång på den sjätte OCH-kretsen 762. Då den tredje indikeringssignalen IPL upphör under aktiveringssignalens FPP varaktighet IRF alstras en signal az som kvarstår tills aktiveringssignalen FPP upphör. Signalen ag påföras en ingång på provningsen- heten 77. Om tyristom inte tänds under aktiveringssignalens FPP varaktighet IRp, upphör den tredje indikeringssignalen IPL vid tändning av tyristorn på den negativa flanken av aktiveringssignalen FPP. I provningsenheten registreras respektive halvledarposition TS som ovan beskrivits.

I figur 4b visas spännings- och signalförloppen under normal drift. Till skillnad mot den första utföringsformen upphör den tredje indikeringssignalen IPL först då tyristorn tänds.

I figur 5b visas förloppen för en kontrollerad halvledarposition TS, när återhämt- ningsskyddet på halvledarpositionen TS fungerar. Då framspänningen UT över- stiger nivån U1 vid tidpunkten t1 alstras den tredje indikeringssignalen IPL. Vid tidpunkten tg alstras i den centrala styrenheten en central tändorder CP, och en aktiveringssignal FPP i kontrollanordningen. Under aktiveringssignalens FPP varaktighet t aktiveras återhämtningsskyddet RP och signalen AS alstras. Vid tidpunkten tza tänds de tyristorema på de icke kontrollerade halvledarpositio- nerna och framspänningen UT på den kontrollerade halvledarpositionen stiger snabbt. Vid en tidpunkt t3 under aktiveringssignalens FPP varaktighet överstiger framspänningen UT den andra nivån URp och en signal s2 alstras. I följd alstras signaler s11 och TP och tyristorn T tänds. Den tredje Indikeringssignalen IPL upphör vilket leder till alstring av en andra funktionssignal a 2 som upphör då aktiveringssignalen FPP upphör vid tidpunkten t4. 10 15 20 25 30 511 858 18 I figur ób visas signalförloppen när återhämtningsskyddet RP uppvisar en fel- funktion. T o m tidpunkten t3 är spännings- och signalförloppen identiska med de i figur 5b visade. Vid tidpunkten t3 överstiger tyristorspänningen UT värdet URP, men p g a en felfunktion uteblir signalen sn och tyristorn T tänds inte. Vid tidpunkten t4, när aktiveringssignalen FPP upphör, alstras på dess negativa flank en signal s15 vilken leder till alstring av en signal TP, tyristorn T tänds och den tredje indikeringssignalen IPL upphör. P g a att tyristorn tänds efter att aktive- ringssignalen FPP har upphört, alstras ingen andra funktionssignal az i kontrol- lanordningen 7.

Genom uppfinningen är det möjligt att genomföra en automatisk funktionskon- troll av samtliga i ventilen ingående halvledarpositioner. Det rör sig ofta om mycket stora anläggningar med ett stort antal positioner. I varje ventil kan antalet tyristorer vara upp till 250 stycken, och vid ett 12-pulssystem kan därmed antalet enheter som skall kontrolleras uppgå till storleksordningen 3 000 enheter. Alter- nativet att genomföra en med nödvändighet eljest manuell mätníngsprotokoll på samtliga positioner är därför ett mycket omfattande företag, vilket kan förorsaka ytterligare felfunktioner, som genom uppfinningen väsentligen kan elimineras.

Endast de positioner som diagnosticerats enligt uppfinningen behöver därmed gås igenom manuellt.

Uppfinningen har exemplifierats med en ventil där de egentliga halvledarkom- ponenterna utgörs av tyristorer med elektrisk tändning. Det är tänkbart att även direkt ljustända tyristorer komma att användas i motsvarande sammanhang, och det bör därför framhållas att uppfinningen även kan tillämpas för funktionskon- troll av halvledarpositioner innefattande dessa typer av halvledarkomponenter.

Uppfinningen kan givetvis tillämpas även på halvledarventiler avsedda för andra ändamål än omvandling mellan växelström och likström.

Claims (11)

10 15 20 25 30 19 “511 sss PATENTKIKAV

1. Förfarande för funktionskontroll av en fritt valbar halvledarposition (TSl, TSZ, TSN) ingående i en elektrisk halvledarventil (V), exempelvis en halvledar- ventil i en omriktare för omvandling mellan växelström och högspänd likström, vilken halvledarventil innefattar ett flertal halvledarpositioner med sinsemellan seriekopplade halvledarkomponenter (T1, T2, TN), varvid var och en av halv- ledarkomponenterna kan bringas till ledande tillstånd genom att påföras en tänd- puls och var och en har två huvuduttag (A1, Bl, A2, BZ, AN, BN) mellan vilka en halvledarspänning (Un, Um, UTN), benämnd framspänning uppträder, vilken spänning periodiskt antar såväl positiv som negativ polaritet, en första indikeringssignal (IP) bildas när framspänningen blir högre än en förutbestämd första nivå ([31) med positiv polaritet, och vid var och en av halvledarpositioner- na är anordnat ett återhämtningsskydd (RP) som vid felfri funktion alstrar en ini- tieringssignal (s2) då framspänningen överstiger en förutbestämd andra nivå (URP) med positiv polaritet, k ä n n e t e c k n at a v att den valda halvledarpositionen ensam påföras en aktiveringssignal (FPP) och de övriga i halvledarventilen ingående halvledarkomponenterna bringas till ledande tillstånd i beroende av respektive halvledarpositioner påförda tändsig- naler (FP), varvid nämnda aktiveringssignal och nämnda tändsignaler påföras respektive halvledarpositioner väsentligen samtidigt och varvid nämnda aktive- ringssignal är pulsformad och av en första varaktighet (I), så vald, med känne- dom om framspänningens förväntade tidsderivata åtminstone under en förutbe- stämd del av dess periodtid efter dess nollgenomgång till positiv polaritet över den valda halvledarpositionen, att framspänningen över halvledarpositionen under nämnda första varaktighet når en nivå som överstiger den andra nivån, varvid, för det fall återhämtningsskyddet alstrar en initieringssignal, en tändpuls för den valda halvledarpositionen bildas i beroende av initieringssig- nalen och nämnda aktiveringssignal, en andra indikeringssignal bildas i bero- ende av initieringssignalen och tändpulsen, och en första funktionssignal (al) bil- 511 ass 20 10 15 25 30 das i beroende av nämnda andra indikeringssignal och nämnda aktiveringssig- nal, indikerande att den valda halvledarpositionens halvledare bringats till le- dande tillstånd iberoende av initieringssignalen.

2. Förfarande för funktionskontroll av en fritt valbar halvledarposition (TS1, TSQ, TSN) ingående i en elektrisk halvledarventil (V), exempelvis en halvledar- ventil i en omriktare för omvandling mellan växelström och högspänd likström, vilken halvledarventil innefattar ett flertal halvledarpositioner med sinsemellan seriekopplade halvledarkomponenter (T1, T2, TN), varvid var och en av halv- ledarkomponenterna kan bringas till ledande tillstånd genom att påföras en tändpuls och var och en har två huvuduttag (A1, 81, A2, Bg, AN, BN) mellan vilka en halvledarspänning (UT1, UTz, UTN), benämnd framspänning, uppträ- der, vilken spänning periodiskt antar såväl positiv som negativ polaritet, en tred- je indikeringssignal (IPL) bildas då framspänningen är större än en förutbestämd första nivå (Ul) med positiv polaritet, och vid var och en av halvledarpositioner- na är anordnat ett återhämtningsskydd (RP) som vid felfri funktion alstrar en ini- tieringssignal (S2) då framspänningen överstiger en förutbestämd andra nivå (URp) med positiv polaritet, k ä n n e t e c k n at a v att den valda halvledarpositionen ensam påföras en aktiveringssignal (FPP) och de övriga i halvledarventilen ingående halvledarkomponenterna bringas till ledande tillstånd i beroende av respektive halvledarposition påförda tändsignaler (FP), varvid nämnda aktiveringssignal och nämnda tändsignaler påföras respektive halvledarpositioner väsentligen samtidigt och varvid nämnda aktive- ringssignal är pulsformad och av en första varaktighet (t), så vald, med känne- dom om framspänníngens förväntade tidsderivata åtminstone under en förutbe- stämd del av dess periodtid efter dess nollgenomgång till positiv polaritet över den valda halvledarpositionen, att framspänningen över halvledarpositionen under nämnda första varaktighet når en nivå som överstiger den andra nivån, varvid, för det fall återhämtningsskyddet alstrar en initieringssignal, en tändpuls för den valda halvledarpositionen bildas i beroende av initie- 10 15 20 25 30 21 i 511 ess ringssignalen och nämnda aktiveringssignal, halvledarkomponenten bringas till ledande tillstånd i beroende av nämnda tändpuls, nämnda tredje indikerings- signal upphör i beroende av att halvledarkomponenten är i ledande tillstånd, och en funktionssignal (ag) bildas i beroende av nämnda aktiveringssignal och upp- hörandet av nämnda tredje indikeringssignal, indikerande att den valda halvle- darpositionens halvledare bringats till ledande tillstånd i beroende av initierings- signalen.

3. Förfarande enligt något av patentkraven 1-2 vid vilken en skyddständning av halvledarkomponenten initieras när framspänningen överstiger en fjärde nivå (Upp) som är högre än den andra nivå (URP), k ä nne t ec k nat a v att var- aktigheten (I) av aktiveringssignalen är så vald, att framspänningen inte översti- ger den fiärde nivån under funktionskontrollen.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-2, varvid den valda halvledar- positionen har en signalingång (Dpp) och påförs en tändsignal på signalingången, vilken tändsignal är pulsformad och av en andra varaktighet, mindre än nämnda första varaktighet, k ä n n e te c k n a t a v att tändpulser för den valda halvledarpositionen bildas i beroende av att signaler påförda signalingången upphör och av att aktiveringssignalen påföras också nämnda signalíngång.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1 och 3, när patentkravet 3 beror av patentkravet 1, varvid nämnda första och andra indikeringssignal (IP) är av kort typ, k ä n n e te c k n a t a v att funktionssignalen (al) bildas i beroende av att aktive- ringssignalen och den andra indikeringssignalen föreligger samtidigt.

6. Pörfarande enligt något av patentkraven 2 och 3, när patentkravet 3 beror av patentkravet 2, varvid nämnda tredje indikeringssignal (IPL) är av lång typ, k ä n n e t e c k n a t a v att funktionssignalen (az) bildas i beroende av att aktive- ringssignalen föreligger i frånvaro av den första indikeringssignalen. 511 858 lO 15 20 25 30 22

7. Anordning för funktionskontroll av en fritt valbar halvledarposítion (TS1, TSg, TSN) ingående i en elektrisk halvledarventil (V), exempelvis en halvledar- ventil i en omriktare för omvandling mellan växelström och högspänd likström, vilken halvledarventil innefattar ett flertal halvledarpositioner med sinsemellan seriekopplade halvledarkomponenter (T1, Tg, TN), varvid var och en av halv- ledarkomponenterna kan bringas till ledande tillstånd genom att påföras en tändpuls (TP) och var och en har två huvuduttag (A1, Bl, A2, H2, AN, BN) mellan vilka, då halvledarventilen är i drift, en halvledarspänning (UT1, UT2, UTN), benämnd framspänning uppträder, vilken spänning periodiskt antar såväl positiv som negativ polaritet, vilken anordning vidare innefattar ett första nivå- kånnande or an, som alstrar en första indikerin ssi al (IP), när frams ännin en g g Sn P 8 blir högre än en förutbestämd första nivå (Ul) med positiv polaritet, vilken an- ordning vidare innefattar ett återhämtningsskydd (RP) med ett andra nivåav- kännande organ (g2) som vid felfri funktion alstrar en initieringssignal (s2) då framspänningen överstiger en förutbestämd andra nivå (URP) med positiv pola- ritet, vilken anordning k ä n n e t e c k n a s a v att den innefattar medel (763, 764, 712) som påför den valda halvledarpositionen ensam en aktiveringssignal (FPP) och som påför övriga i halvledarventilen ingående halvledarpositioner tändsignaler (FP) för att bringa dessa till ledande tillstånd, varvid nämnda aktiveringssignal och nämnda tändsignaler påföras respektive halvledarpositioner väsentligen samtidigt och varvid nämnda aktiveringssignal är pulsformad och av en första varaktighet (I), så vald, med kännedom om framspänningens förväntade tidsderivata åtminstone under en förutbestämd del av dess periodtid efter dess nollgenomgång till posi- tiv polaritet över den valda halvledarpositionen, att framspänningen över halv- ledarpositionen under nämnda första varaktighet når en nivå som överstiger den andra nivån, och att anordningen vidare innefattar medel (g10, g11, g12) som, för det fall återhämtningsskyddet alstrar en ini- tieringssignal, alstrar en tändpuls för den valda halvledarpositionen i beroende av initieringssignalen och nämnda aktiveringssignal, 10 15 20 25 30 23 511 sss medel (g5, gó, g7) som bildar en andra indikeringssignal (IP) i beroende av den sålunda bildade tändpulsen, och medel (721, 761) som bildar en funktionssignal (al) iberoende av nämnda andra indikeringssignal och nämnda aktiveringssignal, indikerande att den valda halvledarpositionens halvledare bringats till ledande tillstånd i beroende av initi- eringssignalen

8. Anordning för funktionskontroll av en fritt Valbar halvledarposition (TS1, TS2, TSN) ingående i en elektrisk halvledarventil (V), exempelvis en halvledar- ventil i en omriktare för omvandling mellan växelström och högspänd likström, vilken halvledarventil innefattar ett flertal halvledarpositioner med sinsemellan seriekopplade halvledarkomponenter (T1, Tg, TN), varvid var och en av halv- ledarkomponenterna kan bringas till ledande tillstånd genom att påföras en tänd- puls och var och en har två huvuduttag (A1, Bl, A2, 82, AN, BN) mellan vilka, då halvledarventilen är i drift, en halvledarspänning (UT1, UT2, UTN), be- nämnd framspänning, uppträder, vilken spänning periodiskt antar såväl positiv som negativ polaritet, vilken anordning vidare innefattar ett femte nivåavkän- nande organ som alstrar en tredje indikeringssignal (IPL) då framspänningen överstiger en förutbestämd första nivå (U1) med positiv polaritet, ett återhämt- ningsskydd (RP) med ett andra nivåavkännande organ (g2) som vid felfri funk- tion alstrar en initieringssignal (s2) då frarnspänningen är högre än en förutbe- stämd andra nivå (URp) med positiv polaritet, vilken anordning kännetecknas av att den innefattar medel (763, 764, 712) som påför den valda halvledarpositionen ensam en aktiveringssignal (FPP) och som påför övriga i halvledarventilen ingående halvledarpositioner tändsígnaler (FP) föra att bringa dessa till ledande tillstånd, varvid nämnda aktiveringssignal och nämnda tänd- signaler påföras respektive halvledarpositioner väsentligen samtidigt och varvid nämnda aktiveringssignal är pulsformad och av en första varaktighet (I), så vald, med kännedom om framspänningens förväntade tidsderivata åtminstone under en förutbestämd del av dess periodtid efter dess nollgenomgång till positiv pola- ritet över den valda halvledarpositionen, att framspänningen över halvledarpo- 10 15 20 25 30 511 858 2 4 sitionen under nämnda första varaktighet når en nivå som överstiger den andra nivån, och att anordningen vidare innefattar medel (g10, g11, g12) som, för det fall återhämtningsskyddet alstrar en ini- tieringssignal, alstrar en tändpuls för den valda halvledarpositionen i beroende av initieringssignalen och nämnda aktiveringssignal, och medel (721, 762) som bildar en funktionssignal (a2) i beroende av nämnda tredje indikeringssignal och nämnda aktiveringssignal, indikerande att den valda halvledarpositionens halvledare bringats till ledande tillstånd i beroende av initi- eringssignalen.

9. Anordning enligt något av patentkraven 7-8, varvid den valda halvledar- positionen har en signalingång (Dpp) för mottagande av tändsignaler då halvle- darventilen är i drift, vilka tändsignaler är pulsformade och av en andra varaktig- het, mindre än nämnda första varaktighet, k ä n n e te c k n a t a v att tändpulser för den valda halvledarpositionen bildas i beroende av att pulsformade signaler påförda signalingången upphör och av att signalingången är anordnad för mot- tagande av aktiveringssignalen.

10. Anordning enligt något av patentkraven 7 och 9, när patentkravet 9 beror av patentkravet 7, varvid indikeringssignalen (IP) är av kort typ, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda medel för bildande av funktionssignalen innefattar en OCH-krets (761) med en ingång för mottagande av aktiveringssig- nalen och med en ingång för mottagande av den första indikeringssignalen.

ll. Anordning enligt något av patentkraven 8 och 9, när patentkravet 9 beror av patentkravet 8, varvid indikeringssignalen (IPL) är av lång typ, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda medel för bildande av funktionssignalen innefattar en OCH-krets (762) med en ingång för mottagande av aktiveringssig- nalen och med en negerande ingång för mottagande av den första indikerings- signalen.