[发明专利]晶闸管阀

说明书

本发明涉及将多个晶闸管进行串并联连接所构成的高电压大容量的晶闸管阀。

以下就已有的晶闸管阀的使用例、晶闸管阀的构成及用以使该晶闸管阀导通的门极脉冲发生方式进行说明。

图4为在典型的整流电路中的晶闸管阀的接线方式。在图中1-1～1-6为例如用光信号直接进行点弧的晶闸管阀，2-1～2-6为与各晶闸管阀并联连接的过电压保护用的放电器（arrester）或非线性电阻体等的保护元件（以下这些都写成放电器）。3为变换器用变压器，4为直流电抗线圈。

图5（a）为已有的晶闸管阀的构成图，图5（b）为用以使晶闸管阀导通的脉冲发生电路的示意图。

为将多个（N个），用光信号直接点弧的晶闸管阀10串联连接起来，使其作为1个晶闸管阀起作用，而连接用以使各晶闸管10-1，10-2～10-N的电压均等的分压电路11-1，11-2～11-N及用以使晶闸管导通时的“应力”（stress意指晶闸管的阳极电流i的变化率di/dt）缓和的串联电抗线圈5-1及5-2。用以使晶闸管导通的门极脉冲通过脉冲发生电路12的发光二极管20-1，20-2～20-N发出信号，并通过光波导30-1，30-2～30-N引导到各晶闸管的门极。又为了得到表示在晶闸管部分上加有正向电压的检测信号FV，在晶闸管部分上使电阻6与二极管7和发光二极管8的反向并联电路串联连接，并将发光二极管8的光信号经光波导9引到脉冲发生电路12。在脉冲发生电路12中用光电晶体三极管Trl接收FV信号作为门极脉冲的发生条件用。

为了驱动脉冲发生电路12以将门极脉冲加到晶闸管阀，从没有图示的控制装置发出通电指令信号PHS。脉冲发生电路12在通电指令信号PHS“有”和晶闸管阀的正向电压信号FV“有”这两项条件都得到满足时，就产生预定宽度的门极脉冲。

图5（b）为用以说明上述门极脉冲的发生的示意图，在图中正向电压信号FV和通电指令信号PHS输入到“与”电路40，其输出则经用以得到预定的脉冲宽度的脉冲整形电路50（单触发电路）输入到晶体三极管60的基极电路。发光二极管20-1，20-2，～20-N构成与电源70，电流限制电阻80及晶体三极管60相串联的电路，通过晶体三极管60的导通而有脉冲电流流动，从各发光二极管20-1，20-2～20-N输出光脉冲，该光输出信号通过光波导30-1，30-2～30～N而导入各串联的晶闸管10-1，10-2～10-N。

就上述结构的晶闸管阀在运转中遇到的过电压进行考虑时，因图4的变换用变压器3的初级侧产生的事故、雷击等所引起的过电压，在经变换用变压器3转移到晶闸管阀中时，同样是以从直流侧转移来时为考虑对象。任一种情况，晶闸管阀的过电压都是通过放电器2的保护电平VP进行限制，故不会超过该电平。

因此在设计晶闸管时有必要根据以下两个条件进行，即，

[1]应该是能够耐不伴随晶闸管阀的导通的最大过电压即放电器的保护电平VP。

[2]应该是在放电器动作时能耐晶闸管阀导通时的“应力”，即在晶闸管上加有过电压且放电器工作，并将晶闸管阀电压限制在VP上的状态下晶闸管阀导通时的应力。

特别是关于[2]，由于在晶闸管阀的过电压和门极脉冲的关系上并无任何相关，故在放电器动作时晶闸管阀也导通的场合是存在的。

关于[2]项的应力在图7（a）、（b）中表示有用图6的等效电路进行详细分析的结果。图7（a）表示电压和电流的相对于时间的关系，图7（b）表示晶闸管内部的结温上升Ti1，Ti6相对于时间的关系。

又为了参考，在不伴随放电器动作时（未设置放电器时）的晶闸管阀导通时的“应力”的分析结果如图8（a），（b）所示。

图6的L₀为换流电抗线圈，E为过电压电源，i_A为放电器电流，i₁～i₆为晶闸管电流，Vs₁～Vs₆为晶闸管电压。在该计算例中串联的晶闸管有6个，其中5个（2～6）同时导通，而只有1个晶闸管要延迟0.85μs才导通。

从图7和图8的结果中可以明白下述情况。

图7（放电器动作中的导通）的场合

导通过电压倍数（K2）∶K2＝Vs6/Vs1＝3.80/2.95＝1.29

结温上升比（Kj）∶Kj＝Tj6/Ti1＝1.51

图8（在不伴随放电器动作时的导通）的场合

导通过电压倍数（K2′）∶K2′＝Vs6/Vs1＝3.70/3.20＝1.16