DEVICE FOR MONITORING THE VALVES OF A POWER CONVERTER OF AN ALTERNATING VOLTAGE POWER CONVERTER

Abstract: 1. A device for monitoring the controlled rectifiers (TH11, TH12, TH21, TH22) of an alternating power converter, wherein at least two switching units are respectively connected in series with an anti-parallel circuit of two power converter-controlled rectifiers, at least one of which is controllable in each switching unit and where at least one signal sensor (R1, C1 ; R2, C2) is arranged for each switching unit, which signal sensor (R1, C1 ; R2, C2) forms a signal dependent upon the voltage connected to the switching unit and is fed to an analysing device by means of a transmission device, characterized in that a common signal generator (D11 to D14 ; CP1, CP2 ; ZD1, ZD2) is arranged to emit a signal in consecutive half-cycles of each period of the supply voltage for the one or the other of the two switching devices for the signal sensors (R1, C1 ; R2, C2) of two consecutives switching units, and that the combined signal is transmitted by means of a common transmission line (LG1).

Description: Einrichtung zur Uberwachung der Stromrichterventile eines Wechselstromstellers Es wird die Priorität aus der japanischen Anmeldung T 57-139805 (PF 15 616) vom 13.08.1982 beansprucht. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Uberwachung der Stromrichterventile eines Wechselstromstellers, bei dem wenigstens zwei Schalteinheiten mit je einer Antiparallelschaltung von zwei Stromrichterventilen in Serie geschaltet sind, von denen in jeder Schalteinheit wenigstens eines steuerbar ist und wobei für jede Schalteinheit wenigstens ein Signalfühler vorgesehen ist, der ein von der an der Schalteinheit anliegenden Spannung abhängiges Signal bildet, das mittels einer Ubertragungseinrichtung einer Auswertevorrichtung zugeführt ist. Bei Serien-Parallelschaltungen von Thyristoren und Dioden in Wechselstromstellern, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten von Kondensatorbatterien zur Blindleistungskompensation ist speziell für Kondensatoren grosser Kapazität die Anzahl der Schaltelemente bzw. einheiten stark angewachsen und Gegenspannungen sind zu beachten. Uberwachungseinrichtungen für die Schaltelemente sind daher kompliziert und sehr teuer. Die Uberwachungsvorrichtungen für den Wechselstromsteller insbesondere für thyristorgeschaltete Kondensatorbatterien müssen daher vereinfacht werden. Wechselstromsteller für das Ein- und Ausschalten von Kondensatorbatterien sind im allgemeinen so aufgebaut, wie es in den Figuren 1 (A) und (B) gezeigt ist. Dabei sind in Figur (A) die Wechselstromsteller TH1 bis TH3 jeweils in Serie mit Drosselspulen L1 bis L3 und Kondensatoren C1 bis C3 für jede Phase eines Dreiphasentransformators geschaltet, wobei die Schalter Thyristoren in Gegenparallelschaltung enthalten. In der Figur (B) sind die Wechselstromsteller mit der Antiparallelschaltung jeweils eines Thyristors und einer Diode aufgebaut. Im Betrieb auftretende Spannungen und Ströme sind in Figur 2 über der Zeit t aufgetragen, wobei das Signal A die Speisespannung, die Spannung B, die am Kondensator abfallende Spannung, das Signal C den Strom über den Kondensator und die Spannung D, die am Thyristorschalter abfallende Spannung ist. Dabei wird der Thyristorschalter zum Zeitpunkt tl eingeschaltet und zum Zeitpunkt t2 abgeschaltet. Den Signalformen ist zu entnehmen, dass die am Thyristorschalter anliegende Spannung sich während der Ausschaltzeit aus der Spannung der Leistungsquelle und der Gleichspannung am Kondensator zusammensetzt. Figur 3 zeigt das Schaltbild einer handelsüblichen Uberwachungsvorrichtung, für eine Vielzahl von in Serie geschalteten Schalteinheiten, wobei jede Schalteinheit eine Cegenparallelschaltung von Thyristoren besitzt. Mit dieser Überwachungsvorrichtung werden Fehler in Schaltelementen festgestellt, die, wie oben beschrieben, betrieben werden. Bei der Uberwachungsvorrichtung wird jedes Stromrichterventil bzw. jeder Thyristor als fehlerfrei beurteilt, wenn an ihm im ausgeschalteten Zustand eine Spannung anliegt und es wird eine Betriebsstörung signalisiert, wenn in diesem Zustand an einem der Thyristoren keine Spannung ansteht. Hierzu wird die Spannung an den Widerständen Rl bis Rn überwacht, die von der Versorgungsspannung abhängt. Diese Spannung, beispielsweise die Spannung am Widerstand R1, wird mittels der Diodenbrücke Dll bis D14 gleichgerichtet und die Gleichspannung an eine lichtemittierende Diode LED1 gelegt. Das Licht der Diode LED1 wird mittels einer Lichtleitung LG1 nach aussen geführt. Da die Spannung, die an jedem der Thyristorschalter anliegt, wechselweise positiv oder negativ ist, wird mit der Vollweggleichrichtung der Diodenbrücke Dll bis D14 die anliegende Spannung für beide Polaritäten erhalten und angezeigt. Bei der herkömmlichen Uberwachungseinrichtung ist für jede Schalteinheit ein gesonderter Uberwachungsschaltkreis erforderlich, so dass die Anzahl der Uberwachungsschaltkreise der Anzahl der Schalteinheiten entspricht. Ausserdem ist auch für jeden der Uberwachungsschaltkreise eine gesonderte Ubertragungsleitung erforderlich, wobei diese Ubertragungsleitungen elektrisch isoliert zur Auswertevorrichtung geführt werden müssen, die auf der Niederspannungsseite angeordnet ist. So hat man beim herkömmlichen Gerät beispielsweise die gleiche Anzahl von lichtemittierenden Dioden LED1 bis LEDn und die gleiche Anzahl von Lichtleitern LG1 bis LGn wie die Anzahl Schalteinheiten mit Stromrichterventilen in Gegenparallelschaltung. Dies kompliziert den Aufbau des Uberwachungssystems sehr stark und erhöht die Kosten des Uberwachungssystems, das eine hohe Spannungsfestigkeit besitzen muss, so dass es erheblich unwirtschaftlich ist. Es besteht die Aufgabe, eine Uberwachungsvorrichtung für Wechselstromsteller so auszugestalten, dass die Mängel des bekannten Systems vermieden werden, wobei ein einfacher Schaltungsaufbau und eine Realisierung mit geringen Kosten anzustreben ist. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass für die Signalfühler von zwei aufeinanderfolgenden Schalteinheiten ein gemeinsamer Signalgeber vorgesehen ist, der in aufeinanderfolgenden Halbwellen jeder Periode der Speisespannung für die eine oder die andere der beiden Schalteinrichtungen ein Signal abgibt und dass das zusammengesetzte Signal über eine gemeinsame Ubertragungsleitung übertragen wird. Vorzugsweise ist jeder Signalfühler ein Differenzierglied. Im folgenden wird die erfindungsgemässe Uberwachungseinrichtung beispielhaft anhand der Figuren 4 bis 8 näher erläutert. Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Uberwachungsschaltung. Das Ausführungsbeispiel zeigt zwei Schalteinheiten mit jeweils zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren THll und TH12 bzw. TH21 und TH22. Wie angedeutet, können zu den beiden Schalteinheiten weitere Schalteinheiten in Serie geschaltet sein. Die Anoden-Kathodenspannung der Thyristoren THll und TH12 wird mittels eines Widerstandes R1 und eines Kondensators C1 und die Anoden-Kathodenspannung der Thyristoren TH21 und TH22 mittels eines Widerstandes R2 und eines Kondensators C2 erfasst. Für das weitere sei angenommen, dass der Widerstandswert jedes der Widerstände R1 und R2 gleich R, die Kapazitätswerte jedes der Kondensatoren C1 und C2 gleich C sind und die Beziehung: EMI4.1 zwischen dem Widerstand R und der Kapazität C gilt, worin f die Frequenz der anliegenden Wechselspannung ist. Unter dieser Voraussetzung ist die Grösse des Stromes, der durch den Fühlerkreis fliesst, im wesentlichen von der Kapazität C bestimmt. Der Strom entspricht damit etwa der differenzierten Anoden-Kathodenspannung der Thyristoren und der Widerstandswert R für jeden der Widerstände R1 und R2 ist so ausgelegt, dass der Einschaltstrom der Kondensatoren C1 und C2 genügend unterdrückt und verkleinert wird, den man beim Einschalten einer der Thyristoren erhält. Jeweils einer der Anschlüsse der Serienschaltungen von R1 und C1 bzw. R2 und C2 ist mit dem Wechselstromanschluss der Diodenbrücke D11 bis D14 verbunden und eine licht emittierende Diode LED1 ist zwischen die Gleichspannungs- ausgänge der Diodenbrücke geschaltet. Der Ausgang für die negative Gleichspannung der Diodenbrücke ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt der Serienschaltung der Schalteinheiten verbunden. Figur 5 zeigt die Ströme und Spannungen, die für eine Einrichtung gemäss Figur 4 im Betrieb auftreten. Dabei tritt im Zeitabschnitt TA bei keinem der Thyristoren THll, TH12, TH21 und TH22 eine Betriebsstörung auf. Der Zeitabschnitt TB zeigt Signalformen, die entstehen, wenn einer der Thyristoren TH21 oder TH22 wegen eines Kurzschlusses ausfällt. In Figur 5 ist die Spannung el der Thyristoren THll und TH12, die Spannung e2 der Thyristoren TH21 und TH22, der Strom il, der durch den Serienkreis von R1 und C1 fliesst und der Strom i2, der durch den Serienschaltkreis von R2 und C2 fliesst, dargestellt. Die Ströme il und i2 besitzen Signalformen, die angenähert gleich der differenzierten Wellenform der Schaltelementspannungen el und e2 sind. Der Strom il fliesst in seiner positiven Halbwelle Al über die Schaltelemente: R1--* C1--b Dll-- > LED1. Der Strom i2 fliesst in seiner positiven Halbwelle über die Schaltelemente: D14 c R2--sC2. In seiner negativen Halbwelle A2 fliesst der Strom il über die Schaltelemente: D13 C1--) C1--) R1 und der Strom i2 über die SChaltelemente: C2# - > R2-es Dl2#LEDl. Damit fliesst wegen der Vollweggleichrichtung jeweils nur der Strom il im Zeitraum Al und der Strom i2 im Zeitraum A2 durch die lichtemittierende Diode LED 1. Das bedeutet, dass die Ströme il und i2 abwechselnd in einer der Halbwelle jeder Periode der Versorgungsspannung durch die lichtemittierende Diode LED1 fliessen und das emittierte Licht mittels des gemeinsamen Lichtleiters LG1 einer Auswertevorrichtung übermittelt wird, die nicht gezeigt ist. Dabei kann eine Betriebsstörung in einem der Thyristoren THll, TH12, TH21 und TH22 des Wechselstromstellers festgestellt werden. Der Zeitabschnitt TB zeigt den Fall, in dem einer der Thyristoren TH21 oder TH22 durch Kurzschluss in seinem Betrieb gestört ist. Ausser den beim Betrieb auftretenden Signalformen der Figur 5 ist zu entnehmen, dass nur der Anteil des-Stromes il aber nicht der Anteil des Stromes i2 durch die lichtemittierende Diode LED1 fliesst. Damit kann der Fehler der Thyristoren TH21 oder TH22 mittels des emittierten Lichtes der lichtemittierenden Diode LED1 festgestellt werden. Figur 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Uberwachungseinrichtung. Im Schaltbild sind die Widerstände R12 und R22 Widerstände zur Erfassung des differenzierten Stromes oder der differenzierten Spannung, deren Form aus der Differentiation der Betriebsspannungen el und e2 der Schaltelemente resultiert. Ihr Widerstandswert R ist so gewählt, dass er der Beziehung: EMI6.1 genügt. Jeder der Widerstände R12 und R22 ist jeweils mit einer Vergleichsstufe CP1 bzw. CP2 verbunden, mit denen ein Signal abgegeben wird, wenn die Spannung e12 bzw. e22 einen bestimmten, vorgegebenen positiven Wert übersteigt. Die Ausgänge der Vergleichsstufen CP1 und CP2 sind jeweils an Eingänge eines OR-Gatters OR geführt und das Ausgangssignal des Gatters OR wird mit einem Impulsverstärker PA verstärkt und dann der lichtemittierenden Diode LED1 zugeführt, die entsprechend Licht emittiert. Figur 7 zeigt die Signalformen im Betriebszustand der Uberwachungseinrichtung nach Figur 6. Dabei ist im Zeitraum TA ein Betriebszustand angenommen, in dem alle Thyristoren THll, TH12, TH21 und TH22 einwandfrei arbeiten. In der Zeitspanne TB sind die Thyristoren TH21 oder TH22 gestört, beispielsweise wegen eines Kurzschlusses. Die Uberwachungsspannungen e12 und e22 sind die Anschlussspannungen der Uberwachungswiderstände R12 bzw. R22. Diese Spannungen sind sinusförmig und um 1800 gegeneinander phasenverschoben. Die Signale C und D sind die Ausgangsspannungen der Komparatoren CP1 und CP2. Das Signal E zeigt die Ausgangsspannung des Gatters OR. Dem Diagramm ist zu entnehmen, dass die Impulse des Gatters OR in jeder Halbwelle, d.h. innerhalb von 1800 el. jeder Periode der Versorgungsspannung auftreten. Dieses Ausgangssignal zeigt daher an, dass jeder der Thyristoren THll, TH12 oder TH21 und TH22 normal arbeiten. Tritt ein Fehler in einer der Gegenparallelschaltungen von Thyristoren auf, so kann dieser mit dem Ausgangssignal erfasst werden, das wechselweise in jeder Halbwelle der Versorgungsspannung erscheint. Ist beispielsweise einer oder beide Thyristoren TH21, TH22 kurzgeschlossen, so erhält man nur einen Impuls pro Periode, d.h. für 3600 el. der Versorgungsspannung am Ausgang des Gatters OR, wie es in der Zeitspanne TB des Diagramms gezeigt ist. Dadurch lässt sich der Fehler erfassen. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 6 wird ein Signal mittels der Uberwachungswiderstände R12 bzw. R22 erfasst. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Uberwachungseinrichtung zeigt Figur 8, wo ein Signal mittels der Z Dioden ZD1 bzw. ZD2 erfasst wird. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel erhält man eine Ausgangs- bzw. Signalspannung, die der Z-Spannung der Z-Dioden entspricht, wenn in der einen Halbwelle der Versorgungsspannung der Strom il in Sperrichtung der Z-Diode ZD1 und in der anderen Halbwelle der gleichen Periode der Versorgungsspannung der Strom i2 in Sperrichtung der Z-Diode ZD 2 fliesst. Bei der erfindungsgemässen Uberwachungseinrichtung wird die Thyristorspannung für einen Wechselstromsteller mittels einer Wechselstromkomponente überwacht, die man vorzugsweise durch Differentiation der Spannung erhält, die an den Schalteinheiten des Wechselstromstellers abfällt. Dabei wird die positive oder negative Halbwelle einer Uberwachungsspannung oder eines Uberwachungsstromes wechselweise in jeder Periode der Versorgungsspannung als Uberwachungssignal mittels einer gemeinsamen Uberwachungsleitung übertragen. Diese Uberwachungsspannung bzw. der Uberwachungsstrom entspricht der Spannung an den Schaltelementen des Wechelstromstellers. Als besonders vorteilhaft zeigt sich, dass die Uberwachungseinrichtung mit einer gemeinsamen Signalübertragung für zwei Schalteinheiten auskommt und dass die benötigte Anzahl der Uberwachungsschaltkreise und der Signalübertragungsleitungen in Hinblick auf herkömmliche Systeme auf die Hälfte reduziert ist. Die erfindungsgemässe Uberwachungseinrichtung kann auch bei einer Vielzahl von in Serie geschalteten Schalteinheiten angewendet werden. Ausserdem kann die Uberwachungseinrichtung auch bei mehreren parallel geschalteten Stromrichterventilen, d.h. Thyristoren oder Dioden eingesetzt werden. 2 Patentansprüche 8 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Einrichtung zur Uberwachung der Stromrichterventile eines Wechselstromstellers, bei dem wenigstens zwei Schalteinheiten mit je einer Antiparallelschaltung von zwei Stromrichterventilen in Serie geschaltet sind, von denen in jeder Schalteinheit wenigstens eines steuerbar ist und wobei für jede Schalteinheit wenigstens ein Signalfühler vorgesehen ist, der ein von der an der Schalteinheit anliegenden Spannung abhängiges Signal bildet, das mittels einer Ubertragungseinrichtung einer Auswertevorrichtung zugeführt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Signalfühler (R1, C1 bzw. R2, C2) von zwei aufeinanderfolgenden Schalteinheiten ein gemeinsamer Signalgeber (D11 bis D14; CP1 und CP2; ZD1 und ZD2) vorgesehen ist, der in aufeinanderfolgenden Halbwellen jeder Periode der Speisespannung für die eine oder die andere der beiden Schalteinrichtungen ein Signal abgibt und dass das zusammengesetzte Signal über eine gemeinsame Ubertragungsleitung (LG1) übertragen wird. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t , dass jeder Signalfühler ein Differenzierglied (R1, C1 bzw. R2, C2) ist.

Inventors: KONISHI, SHIGEO, SHIRAISHI, HIROTAKA
Applicants: FUJI ELECTRIC CO., LTD.
Application year: 1983
Main classification: H02H7
IPC codes: G01R31, H02M1, H02M7, H03K17, H02H7