Способ ограничения напряжения высоковольтного тиристорного вентиля

 

СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ш«:оковольтного ТИРИСТОРНОГО ВЕНТИЛЯ, состоящего из последовательно соединенных тиристоров, разделенных на группы, заключающийся в том, что напряжение на каждой группе тиристоров ограничивают величиной, большей напряжения переключения одного тиристора этой группы и меньшей произведения напряжения переключения одного тиристора на число тиристоров группы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения числа последовательно соединенных тиристоров при сохранении надежности, определяют напряжение на тиристоре, первом от места приложения волны перенапряжения , и на последующих тиристорах группы в момент достижения напряжения на указанном тиристоре заданной величины и последовательно определяют, сумму напряжений на тиристорах , считая от указанного первого, и их количество до достижения этой п напряжений уровня, равного с отношению амплитуды волны перенапряжения к общему числу тиристоров вентиля, умноженному на полученное число тиристоров группы, и ограничивают напряжение на полученной группе тиристоров указанным уровнем.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

5 ЛИО И

РЕСПУБЛИК аи6 Н 02 И 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕП:ЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЬСЯ (21) 3224740/24-07 (22) 26.12.80 (46) 15 ° 12.84. Бюл. р 46 (72) P.À.Ëûòàåâ, О.П.Нечаев и А.И.Федотов (71) Всесоюзный электротехнический йнститут им. В.И.Ленина (53) 621.314.54(088.8) (56) 1. Патент СПА й- 3626271, кл. 321-111, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

В 244489, кл. Н 02 Н 7/127, 1969. 3. Патент США Р 3508135, кл. 321-111, 1972. (54) (57) СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ТИРИСТОРНОГО ВЕНТИЛЯ, состоящего из последовательно соединенных тиристоров, раэделенчых на группы, заключающийся в том, что напряжение на каждой группе тиристоров ограничивают величиной, больSU.„25 5 А шей напряжения переключения одного тиристора этой группы и меньшей произведения напряжения переключения одного тиристора на число тиристоров группы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения числа последовательно соединенных тиристоров при сохранении надежности, определяют напряжение на тиристоре, первом от места приложения волны перенапряжения, и на последующих тиристорах группы в момент достижения напряжения на указанном тиристоре заданной величины и последовательно определяют. сумму напряжений на тиристорах, считая от указанного первого, Я и их количество до достижения этой суммы напряжений уровня, равного отношению амплитуды волны перенапряжения к общему числу тиристоров вентиля, умноженному на полученное число тиристоров группы, и ограни-чивают напряжение на полученной группе тиристоров указанным уровнем.

982505

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исйользовано в высоковольтных тиристорных вентилях (ВТВ) для передач постоянного тока (ППТ).

Известен способ ограничения напряжения ВТВ, состоящего из четырех тиристоров, защитных PC -цепочек и дросселей.

Одним из элементов защиты являет- 10 ся конденсатор, нунтирующий часть .сопротивлений .в ЯС-цепочках двух средних тиристоров при возникновении опасной волны перенапряжения.

При этои большая часть импульсного напряжения прикладывается к двум крайним тиристорам матрицы, которые при дбстижении напряжением предельного уровня включаются по цепи, содержащей дроссели. Напряжение с крутым фронтом, выделяющееся на дросселях, складывается с импульсным напряжением, существовавшим на двух крайних тиристорах, в результате чего происходит переключение послед- 2 них вследствие превьппения критической скорости нарастания напряжения.

Число тиристоров в вентиле, составленном из последовательно соединенных матриц постоянного TQKB р соот 30 ветствует равномерному распределению импульсного напряжения

Результатом действия защиты от импульсных воздействий является включение всего ВТВ, Однако несвоев35 ременное включение БТВ приводит к нарушению нормальной коммутации преобразовательного моста и, следовательно, к снижению надежности передачи.

Известен также способ ограничения напряжения, который реализуется устройством защиты последовательно соединенных тиристоров, содержащим на кажпый тиристор цепочку из двух

45 встречно включенных лавинных диодов, перенапряжения на тиристорах ограничиваются лавинными диодами (2 .

Однако если один или несколько тиристоров не получают импульсов управления (что достаточно вероятно при большои числе последовательно соединенных тиристоров), то через лавинные диоды невключившихся тиристоров будет протекать силовой ток N всего вентиля. Естественно, это приведет к пробою лавинных диодов, их перегреву и, в конечном счете, может вызвать возгорание вентиля. Для защиты лавииных диодов в этом случае можно включить потерявшие управление тиристоры лавинным током этих диодов. Однако тогда число тиристоров, соответствующее равномерному распределению, должно быть увеличено, во-первых, на число, необходииое для отстройки от включения всего вентиля при приложении импульсного напряжения, и, во-вторых, на число, учитывающее разброс уровней срабатывания лавинных диодов. Известен способ ограничения напряжения ВТВ, состоящий из последовательно соединенных тиристоров,. разделенных на группы, заключающийся в том, что напряжение на каждой группе тиристоров ограничивают величиной, большей напряжения переключения одного тиристора этой группы и меньшей произведения напряжения переключения одного тиристора на число тиристоров группы (3 3.

Недостаток этого способа состоит в том, что при импульсных воздействиях на высоковольтный вентиль, состоящий из нескольких сотен последовательно соединенных тиристоров, имеет место резкая неравномерность деления воздействующего напряжения между тирнсторами. На части тиристоров, близких к месту приложения воздействия, напряжение превышает допустимые значения, на других частях— меньше допустимого значения. Сумма напряжений на тиристорах группы в момент ограничения напряжения на ней лавинным диодом может быть больше величины, при которой напряжения на наиболее нагруженных тиристорах не превьппают допустимых. При подключении к группе из N тиристоров ограничителя с уровнем Uorp = 0,9 МО, оп удовлетворяющего соотношению (О„

«р.моль (0 о (М 0 „ р „), напряжение на

ПЕР МиН наиболее загруженном тиристоре

Vorp т где У- степень неравномерности деления.

Если д"= 1,2, V.= 1,080 и, т е, больше допустимого значения, может произойти выход тиристора из строя.

В этом случае необходимо увеличивать число тиристоров в группе при сохранении того же уровня ограничения или

9825

3 же снижать последний. С другой стороны, ограничение напряжения на наиболее нагруженных тиристорах допустимыми значениями при произвольном числе тиристоров в группе предполагает защитный уровень вентиля, равный суммарному уровню ограничения . диодов вентиля. Обычно при проектировании высоковольтных вентилей их защитный уровень принимается равным 1О предельной амплитуде воздействующей импульсной волны. Если суммарный уровень ограничения диодов превышает его, то это автоматически приво- . дит к повышению высоковольтности вентиля и соответственно его стоимости, если он меньше, то это может оказаться недопустимым, например, по условиям отстройки от напряжений на вентиле в длительных эксплуата- 2б ционных режимах.

Цель изобретения — уменьшение числа последовательно соединенных тиристоров при сохранении надежности, Цель достигается тем, что в спо- 25 собе ограничения напряжения ВТВ, состоящего из последовательно соединенных тиристоров, разделенных на группы, заключающемся в том, что напряжение на каждой группе тиристо- щб ров ограничивают величиной, большей напряжения переключения одного тиристора этой группы и меньшей произведения напряжения переключения одного тиристора на число тиристоров группы, определяют напряжение на тиристоре, первом от места приложения волны перенапряжения, и на последующих тиристорах группы в момент достижения напряжения на указанном тиристоре заданной величины и последовательно определяют сумму напряжений на тиристорах, считая от указан- . ного первого, и их количество до достижения этой суммы напряжений 45 уровня, равного отношению амплитуды волны перенапряжения к общему числу тиристоров вентиля, умноженному на полученное число тиристоров группы, и ограничивают напряжение на полученной группе тиристоров указанным уровнем. из возможных алгоригмов вычислительного блока схемы по фиг. 2; фиг. фиг. 4 иллюстрирует распределение импульсной волны по группам тиристоров ВТВ. Воздействующее на вентиль напряжение в большинстве случаев может быть представлено с некоторым приближением волной с известными амплитудой Е и длительностью косоугольного фронта (кривая а на фиг. 1). Кривая о изображает напряжение на группе из Й тиристоров, кривые 8, ъ, д,... М вЂ” напряжения на тиристорах группы. В момент

t достижения на наиболее нагруженном тиристоре (кривая в ) установленной величины напряжения U „ под-. считывается сумма напряжений на тиристорах, считая от первого. Если

U Ъ вЂ” hl то ограничивают напряже1 Г ние на группе из И тиристоров. Уровень ограничения равен амплитуде волны, деленной на число групп (†).

При таком способе ограничения исклюК чается случай 0 4 — М при котором

Я и напряжение на наиболее загруженном тиристоре превышает допустимое значение. Кроме того, суммарный уровень ограничителей гарантирует защитный уровень вентиля, равный амплитуде. импульсной волны.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа применительно .. к вентилю для передачи постоянного тока (см. фиг. 2). Вентиль содержит последовательно соединенных тиристоров 1,к каждому из которых параллельно подключена демпфирующая РС— цепочка 2-3. Последовательно с вентилем включен анодный реактор 4.

Параллельно цепи из вентиля и реактора, являющейся плечом преобразовательного моста передачи, включен нелинейный разрядник 5, ограничивающий амплитуду напряжения на уровне

840 кИ. Параллельно вентилю подключен разрядник, в простейшем случае состоящий из и ограничителей. Уровень срабатывания каждого из ограниНа фиг. 1 представлены стилизованные кривые импульсной волны и напряжений на тиристорах; на фиг. 2 — . фунхциональная схема, представляющая пример простейшей реализации предлагаемого способа; на фиг. 3 — один чителей выбирается равным Я /n. Выходы ограничителей поступают на (n — 1) входов коммутирующего блока

6, который в общем случае может иметь (n — 1) выходов. Согласно изобретению число тиристоров в

982505 группе и уровень ограничения на ней напряжения могут быть определены следующим образом.

Датчики 7 измеряют напряжения на каждом из тиристоров 1, образующих 5 группу из и тиристоров. Сигналы от всех датчиков поступают на блок 8, коммутирующий при достижении на. наиболее нагруженном тиристоре 1 напряжения установленной величины (например, повторяющегося напряжения) выходы датчиков 7, на входы вычисли-. ,тельного блока 9, один из возможных алгоритмов которого показан на. фиг. 3. 15

Вычислительный блок последовательно подсчитывает число Й тиристоров и определяет сумму 5 напряжений на них и величину О, производя их сравнение. При равенстве этих 20 величин прекращается изменение управляющей переменной и вырабатывается сигнал, пропорциональный полученному числу тиристоров И . Этот сигнал поступает на блок 9, который соединяет выходы групп из Й ограничителей с выходами групп из N тиристоров. Реализация датчиков 7, блоков

6, 8, 9 может быть осуществлена известными техническими средствами. 30

Указанным способом можно разбить вентиль на р. групп. Фиг. 4 иллюстрирует распределение импульсной волны

rto группам при ее приложении со стороны, противоположной реактору 4 (фиг. 2). Вследствие удаленности реактора ч (фиг. 2) его влияние на распределение незначительно. Импульсное напряжение представлено косоугольной волной с амплитудой Е и длительностью фронта т . В интервале времени 0- .напряжение на нескольких группах, например 0 и 0, достигает уровня ограничения Е /И.

На фиг. 4 показано, что в моменты времени и сработали первые (!

1 два ограничителя 9 (фиг. 2) . Длительность нх работы составляет несколько долей от фронта волны

Напряжение на других удаленных группах, например U в интервале 0-

М не достигает уровня ограничения.

Начиная с момента времени, напряжения U„, U спадают ниже уровня—

Е который будет снова достигнут в интервале 1 — 1„ . При отсутствии

r< ограничителей 9 напряжение на группах изменилось бы по кривым, показанным на фиг. 4 пунктирными линиями.

В момент Т напряжения U„, U2 превьппали бы уровень ограничения. Компенсировать зто превьппение можно, увеличив чисЛо тиристоров в вентиле.

Подключение одного ограничителя с уровнем Е параллельно всему ВТВ не приводит к снижению значения

It li

1 9

U>. Он только снимает повышение напряжение на вентиле, которое происходит за счет явления перерегулирования в контуре L — RC . Меньший, чем t уровень ограничения, недопустим по условию отстройки от напряжений в длительных режимах.

982505

Составитель

Редактор С.Титова Техред .М.Надь

Корректор О.Tarop

Ю «й

Филиал,ППП "Патеит", г. Ухгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 9210/2 . Тирах Ю Подписное

ВНИКНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5