Einrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrofilters

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrofilters, bei der zusätzlich zum Hochspannungsgleichrichtergerät eine Pulsspannungsquelle vorgesehen ist, die eine Antiparallelschaltung von Thyristor und Diode umfaßt. Um bei Filterkurzschlüssen eine Beschädigung des Thyristors zu vermeiden, wird der Thyristor sofort gezündet, wenn die Diodenstromftußzeit kleiner als die Thyristorschonzeit wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Im Regelfall werden heute Elektrofilter mit hoher Gleichspannung betrieben, die durch Gleichrichtung aus einem Wechselspannungsnetz erzeugt wird (vgl. z.B. Siemens-Zeitschrift 1971, Heft 9, S. 567 - 572). Es ist bekannt, dieser in Abhängigkeit von Filterkurzschlüssen regelbaren Gleichspannung noch weitere Spannungsimpulse zu überlagern (vgl. z.B. DE-OS 26 08 436 oder 30 27 172).

[0003] Es sind ferner bereits Pulsspannungsquellen zur Lieferung der Pulsspannung bekannt, bei der an eine Gleichspannungsquelle eine Antiparallelschaltung von Thyristor und Diode angeschlossen ist. Beim Zünden des Thyristors wird jedesmal der durch den Abscheider in Verbindung mit der Pulsspannungsquelle gebildete Schwingkreis angestoßen (vgl. z.B. DE-OS 26 08 436).

[0004] Beim Elektrofilter tritt normalerweise der Überschlag im Maximum oder kurz nach dem Maximum der Filterspannung auf, d.h. in der Zeitperiode, in der die Diode den Impulsstrom führt. Durch den Kurzschluß reißt nun die Schwingung sofort ab, d.h. die Diode sperrt. Damit liegt sofort wieder die volle Spannung am antiparallelgeschalteten Thyristor. Ist die Zeitdauer zwischen Löschung des Thyristors durch den Nulldurchgang des Stromes und Übernahme des Stromes durch die Diode sehr gering, d.h. geringer als die Freiwerdezeit des Thyristors, so kann der Thyristor durch die wiederkehrende Spannung auch ohne Zündimpuls zünden. Da diese Zündung relativ langsam vonstatten geht, wird der Thyristor während dieser Zeit thermisch sehr hoch belastet und unter Umständen zerstört.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dafür zu sorgen, daß bei einem Überschlag oder Kurzschluß im Elektrofilter der Thyristor oder gegebenenfalls eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von Thyristoren nicht beschädigt wird. Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Auf diese Weise wird die im Thyristor auftretende Verlustleistung begrenzt.

[0006] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0007] Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Spannungsversorgung,

Figur 2 den Verlauf der Spannung am Abscheider bei ungestörtem Filterbetrieb,

Figur 3 in vergrößertem Maßstab den primärseitigen Impulsstrom und die sekundärseitige Pulsspannung, und

Figur 4 die Spannungs- und Stromverhältnisse nach Figur 3 bei einem Überschlag im Filter.

[0008] Ein Elektrofilter 5 wird in an sich bekannter Weise aus einem Hochspannungsgleichrichtergerät 6 gespeist, das an das Netz RS angeschlossen ist. Zur Regelung der Ausgangsspannung des Elektrofilters 5 in Abhängigkeit von Überschlägen, Überstrom usw. ist eine Regeleinrichtung 7 vorgesehen, die nicht Gegenstand der Erfindung ist und beispielsweise näher in der vorgenannten Literaturstelle "Siemens-Zeitschrift" beschrieben ist.

[0009] Zusätzlich ist noch eine Pulsspannungsquelle vorgesehen, die aus dem aus einem Drehstromnetz RST gespeisten Gleichrichter 1 mit gegebenenfalls steuerbaren Halbleiterventilen 11, einem parallelgeschalteten Stützkondensator 12, einer Schaltungsanordnung 2 mit antiparallelgeschaltetem Thyristor 22 und Diode 21 und einem Impulstransformator 3 mit Primärwicklung 31 und Sekundärwicklung 32 besteht. Die an der Sekundärwicklung 32 abnehmbare Pulsspannung Up wird über einen Koppelkondensator 4 dem Elektrofilter 5 zugeführt und liegt zusammen mit der vom Hochspannungsgleichrichtergerät kommenden Gleichspannung Ug_l am Filter 5.

[0010] Dem Thyristor 22 ist eine Zündschaltung 21 zugeordnet, die in periodischen Abständen, z.B. in einem periodischen Abstand Tp von 2 ms, Zündimpulse an den Thyristor 22 liefert. Hierdurch wird der aus der Pulsspannungsquelle, d.h. den Bauteilen 12, 31, 32, Koppelkondensator 4 und Elektrofilter 5 bestehende Reihenschwingkreis angestoßen. Hier durchfließt der mit i_l in Figur 3 bezeichnete Primärstrom die Primärwicklung 31 und induziert in der Sekundärwicklung 32 die mit Up bezeichnete Pulsspannung. Die Überlagerung der Pulsspannung Up und der Hochgleichspannung U_gl ergibt dann insgesamt den in Figur 2 gezeigten Spannungsverlauf am Elektrofilter, wobei z.B. die einzelnen Pulse eine Spannungsdauer von 200 µs haben.

[0011] Die Schwingung im Primärkreis verläuft im Normalbetrieb in der Weise, daß nach dem Zünden des Thyristors 22 zunächst dieser Thyristor den mit i_T bezeichneten Strom führt, bis nach dem Nulldurchgang der Strom von der Diode 21 übernommen wird. Durch diese Diode fließt dann der Strom i_D, der den zweiten Teil der Schwingung des Primärstromes 1₁ bildet. Geht der Diodenstrom i_D wieder durch Null, so ist die Schwingung beendet, bis der Schwingungskreis wieder durch einen Zündimpuls an den Thyristor 22 angestoßen wird.

[0012] In Figur 4 sind die Verhältnisse bei einem Kurzschluß dargestellt. Wie ersichtlich, bricht zum Zeitpunkt t_k infolge eines Überschlages die Spannung Up zusammen und wird zu Null. Durch den Überschlag sperrt auch die Diode, so daß der Diodenstrom i_D ebenfalls nach Null geht und die Schwingung abreißt. Dies hat zur Folge, daß sofort wieder die volle Gleichspannung am Thyristor 22 liegt. Ist die Zeit, in der der Diodenstrom fließt, größer als die Freiwerdezeit des Thyristors 22, so zündet dieser nicht mehr. Anders ist es dagegen, wenn die Zeit t_x bis zum Verschwinden des Diodenstromes i_D kleiner ist als die erforderliche Freiwerdezeit t des Thyristors 22. In einem solchen Fall würde der Thyristor 22 wieder zünden, und zwar auch ohne Zündimpuls. Dieser Vorgang würde jedoch relativ lange dauern, so daß der Thyristor thermisch überbelastet wird. Erfindungsgemäß wird daher die Zeitdauer t_x überwacht, in der der Diodenstrom i_D, d.h. die zweite Halbwelle des Primärstromes, fließt. Ist diese Zeit t_x kleiner als die Freiwerdezeit t_q des Thyristors 22, so wird dieser sofort wieder durch einen Zündimpuls gezündet, so daß er wieder den Strom übernehmen kann. Da infolge des Kurzschlusses auch die Gleichspannung am Elektrofilter auf Null reduziert wurde, ist dieser zusätzliche Spannungsimpuls ohne größere Auswirkung.

[0013] Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird zum Zwecke der Überwachung der Diodenstrom in erfaßt. Hieraus wird ein Rechtecksignal in einer Kippschaltung 82 erzeugt, dessen Breite t dem Abstand der Nulldurchgänge des Stromes i_D entspricht. Dieses Signal stößt eine monostabile Kippstufe 83 an, die innerhalb einer Zeit wieder zurückkippt, die in etwa der Freiwerdezeit t_q des Thyristors 22 entspricht. Das Ausgangssignal dieser Kippstufe zusammen mit dem Ausgangssignal der Kippstufe 82 liegen an einer Logikschaltung 84, in der verglichen wird, ob das der Stromflußdauer t_x entsprechende Signal größer oder kleiner ist als die in der monostabilen Kippstufe 83 eingestellte Freiwerdedauer t . Steht das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 83 noch an, während das Ausgangssignal der Stufe 82 bereits verschwunden ist, d.h. ist die Dauer t zwischen denNulldurchgängen des Diodenstromes geringer als die Freiwerdezeit t_q, so spricht eine Logikschaltung 84 an und gibt auf einen Speicher 85 ein Setzsignal. Dieser Speicher gibt über Leitung 86 an die Zündschaltung 21 einen sofortigen Befehl zur Zündung des Thyristors 22 und blockiert dann für eine von den Filterbetriebswerten abhängige Zeit die Abgabe weiterer Zündimpulse durch die Zündschaltung 21. Die erneute Freigabe der Zündschaltung 21 kann dabei z.B. so getroffen werden, daB, wenn durch die Regelung 7 die Gleichspannung am Filter wieder ein bestimmtes Maß erreicht hat, das Gedächtnis 85 umgesetzt wird und die Zündschaltung 21 dadurch freigegeben wird.

[0014] Zusätzlich ist es auch noch möglich, die Zahl der pro Zeiteinheit anfallenden zusätzlichen Zündimpulse in einem Zähler 9 zu summieren und, wie durch Leitung 91 angedeutet, gegebenenfalls sodann die Pulsfrequenz zu ändern. Alternativ ist es auch möglich, die Amplitude der Pulse durch entsprechende Aussteuerung des Gleich richtergerätes 1 und/oder die Höhe der Gleichspannung durch entsprechende Aussteuerung des Hochspannungsgleichrichtergerätes 6 zu verändern.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Spannungsversorgung eines Elektrofilters

a) mit einem das Filter speisenden Hochspannungsgleichrichtergerät, das abhängig von Überschlägen regelbar ist,

b) einer Pulsspannungsquelle, bei der an eine Gleichspannungsquelle eine Antiparallelschaltung von Thyristor und Diode in Reihe mit der Primärwicklung eines Pulstransformators angeschlossen sind, dessen Sekundärwicklung seinerseits mit dem Filter verbunden ist,

c) und mit einer dem Thyristor zugeordneten Zündschaltung, die periodisch den Thyristor zündet, so daß jedesmal der durch das Filter in Verbindung mit der Pulsspannungsquelle gebildete Schwingkreis angestoßen wird und der Strom in der Primärwicklung eine Periode schwingen kann, gekennzeichnet:

d) durch die sofortige Abgabe eines Zündimpulses an den Thyristor (22), wenn die Dauer des durch die Diode (21) fließenden Primärstromes kleiner als eine von der Thyristorschonzeit abhängige Zeit ist, und

e) durch eine anschließende Sperrung der Zündschaltung für eine vom Filterzustand abhängige Zeit.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, daß eine dem Diodenstrom (i_D) proportionale Spannung in eine entsprechende Rechteckspannung umgeformt wird, daß die Rechteckspannung zusammen mit dem Ausgangssignal einer durch die Rechteckspannung angestoßenen monostabilen Kippstufe (83) an einer Logikschaltung (84) liegt, die ein die Zündschaltung steuerndes Gedächtnis setzt (85), wenn die Dauer der Rechteckspannung kleiner als die Kippzeit der Kippstufe (83) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gedächtnis (85) durch ein Signal der das Hochspannungsgleichrichtergerät (6) abhängig von den Überschlägen steuernden Regeleinrichtung (7) rücksetzbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der zusätzlichen Zündimpulse in einer vorgegebenen Zeit erfaßt und zur Aussteuerung der Periodendauer und/oder der Amplitude der Pulsspannung und/oder der Amplitude der Gleichspannung dient.

Zeichnung